TWI646669B - Thin film transistor array and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

提供一種即使受光照射亦具有良好電晶體特性之薄膜電晶體陣列及其製造方法。薄膜電晶體陣列具備：基板；複數之薄膜電晶體，係於基板上至少具有閘極電極、閘極絕緣膜、源極‧汲極電極、形成於源極‧汲極電極間之半導體層、層間絕緣膜以及上部像素電極；閘極配線，係連接著閘極電極；以及源極配線，係連接著源極電極，而且於互為相鄰之上部像素電極間，形成有具有遮光性之絕緣層。

Description

薄膜電晶體陣列及其製造方法
本發明係關於薄膜電晶體陣列及其製造方法。
由於資訊技術之顯著發展，現在經常藉由筆記型電腦或可攜式資訊終端裝置等進行資訊傳輸。不久之將來，不分場所即可交換資訊之普適計算社的到來乃眾所皆知之事實。於如此之社會中，將需求更輕量薄型之資訊終端裝置。
目前半導體材料之主流一般為矽系且製造方法為採用光刻法而成者。
近年，使用印刷技術製造電子元件之電子印刷受到矚目。可列舉：藉由使用印刷技術使裝置與製造成本低於光刻法、以及因不需真空與高溫而可利用塑膠基板等優點。又，印刷法具有材料利用效率高、以及因不使用顯影與蝕刻步驟而廢液少等特長，可說是一種環境負荷少之製程。
但是，印刷法相較於光刻法，大多圖形精細度與對位精度較低。特別當需要數微米以上之膜厚時，雖多使用網版印刷法，但從糊料流動性等觀點來看，難以形成高精細圖形。
薄膜電晶體中，由於習知光照射將造成半導體特性變化，因此認為需要設置遮光層，但藉由印刷法形成遮光層時，若無法形成高精細圖形或無法實現高對位精度，則遮光性不足，而有薄膜電晶體無法正常工作之顧慮。
作為解析度較網版印刷法高之印刷方法，可列舉凹版轉印(例如專利文獻1)。凹版轉印時，係透過矽氧毯(silicone blanket)形成圖形，其中在糊料從凹版被轉移至矽氧毯上時，由於溶媒會被毯吸收而降低流動性，因此解析度提高。
但是，如上部像素電極圖形等圖形形成領域較非形成領域大之情況下，矽氧毯所吸收之溶媒量亦增加，會引起降低流動性為止所需時間的變化、或因毯的膨潤造成對位精度的降低。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2011-37999號公報
本發明提供一種即使當藉由印刷法形成上部像素電極時亦不因光照射而引起工作異常之薄膜電晶體陣列及其製造方法。
關於本發明之薄膜電晶體陣列，係具備：基 板；複數之薄膜電晶體，係於基板上至少具有閘極電極、閘極絕緣膜、源極‧汲極電極、形成於源極‧汲極電極間之半導體層、層間絕緣膜以及上部像素電極；閘極配線，係連接著閘極電極；以及源極配線，係連接著源極電極，而且於互為相鄰之上部像素電極間，形成有具有遮光性之絕緣層。
又，可將上部像素電極之一部分與具有遮光性之絕緣層之一部分積層。
又，上部像素電極或具有遮光性之絕緣層之任一方表面可具有撥液性。
又，上部像素電極相較於互為相鄰之上部像素電極間設置之具有遮光性之絕緣層可更為厚膜。
又，上部像素電極與具有遮光性之絕緣層之光密度，於波長300nm至1000nm之波長區域，係膜厚每1μm可為1以上。
又，互為相鄰之上部像素電極間之距離可為10μm以上150μm以下。
關於本發明之薄膜電晶體陣列之製造方法，係藉由噴墨法形成具有遮光性之絕緣層。
關於本發明之薄膜電晶體陣列之製造方法，係藉由網版印刷法形成上部像素電極。
如以上說明，根據本發明，藉由於互為相鄰之上部像素電極間形成有具有遮光性之絕緣層，將抑制來自上部像素電極間之透射光，而減緩到達薄膜電晶體 部份之光，因此可使薄膜電晶體穩定工作。
10‧‧‧基板
11‧‧‧閘極絕緣膜
12‧‧‧半導體層
13‧‧‧封裝層
14‧‧‧層間絕緣膜
15‧‧‧具有遮光性之絕緣層
16‧‧‧導孔部
21‧‧‧閘極電極
22‧‧‧閘極配線
23‧‧‧電容電極
24‧‧‧電容配線
25‧‧‧像素電極
26‧‧‧汲極電極
27‧‧‧源極電極
28‧‧‧源極配線
29‧‧‧上部像素電極
30‧‧‧積層部
100、200‧‧‧薄膜電晶體
1000、2000‧‧‧薄膜電晶體陣列
[第1圖]第1圖係關於本發明第1實施形態之薄膜電晶體陣列之概略示意圖。
[第2圖]第2圖係第1圖中1像素份之擴大圖。
[第3圖]第3圖係第2圖中沿a-b線之剖面示意圖。
[第4圖]第4圖係關於本發明第1實施形態之薄膜電晶體陣列外圍部份之概略示意圖。
[第5圖]第5圖係關於本發明第2實施形態之薄膜電晶體陣列之概略示意圖。
[第6圖]第6圖係第4圖中1像素份之擴大圖。
[第7圖]第7圖係第5圖中沿c-d線之剖面示意圖。
[實施發明之形態]
(第1實施形態)
以下針對第1實施形態，使用第1圖至第4圖進行說明。
第1圖係薄膜電晶體陣列1000之概略示意圖，第2圖係第1圖中1像素份之擴大圖，第3圖係第2圖中沿a-b線之剖面示意圖，第4圖係薄膜電晶體陣列1000外圍部份之概略示意圖。
如第1圖至第3圖所示，薄膜電晶體陣列1000係具備：基板10；複數薄膜電晶體，係於基板10上至少具有閘極電極21、閘極絕緣膜11、源極電極27、汲極電極26、形成於源極電極27與汲極電極26間之半導體層12 、層間絕緣膜14以及上部像素電極29；閘極配線22，係連接於閘極電極21；以及源極配線28，係連接於源極電極27，而且於互為相鄰之上部像素電極29間，形成有具有遮光性之絕緣層15。
另外，本發明實施形態中，雖進一步設置有封裝層13、導孔部16、電容電極23、電容配線24以及像素電極25，但該等構成係因應需要設置即可。
以下，針對薄膜電晶體陣列1000之各構成要素依序說明。
絕緣性之基板10宜使用可撓性基板。一般所使用材料可舉例如聚對酞酸乙二酯(PET)或聚醯亞胺、聚醚碸(PES)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯等塑膠材料。亦可使用石英、玻璃基板或矽晶片等作為絕緣性基板使用，但考慮到薄型化、輕量化及可撓性化，則宜使用塑膠基板。又，考慮到各製程使用之溫度等，則基板宜使用PEN或聚醯亞胺等。
作為電極材料使用之材料無特別限定，一般使用之材料有：金、白金、鎳等金屬薄膜；銦錫氧化物等氧化物薄膜；聚(伸乙基二氧基噻吩)/聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)、聚苯胺等導電性高分子；使金、銀、鎳等金屬膠體粒子分散而成之溶液；以及將銀等金屬粒子作為導電材料使用之厚膜糊料等。
又，電極形成方法無特別限定，可為蒸鍍或濺鍍等乾式成膜法。但是，考慮到可撓性化、低成本化等，則宜為藉由網版印刷、逆向平版印刷(reverse offset printing)、凸版印刷、噴墨法等濕式成膜法形成。
關於上部像素電極29之材料，由於有將薄膜電晶體部份遮光之必要性，因此宜為具有遮光性之材料，而以光密度(OD值)作為遮光性指標，於波長300nm至1000nm之波長區域，係膜厚每1μm宜為1以上。另外，OD值可使用顯微分光器(大塚電子製MCPD2000)進行測定，藉由下列關係式(1)求得。
OD值=log10(I0/I) (1)
在此，I0：入射光強度，I：透射光強度。
上部像素電極29之形成方法無特別限定，但考慮到可撓性化、低成本化等，則宜為藉由網版印刷、凹版轉印、逆向平版印刷、凸版印刷、噴墨法等濕式成膜法形成；考慮到導孔填充等，則較適合為可形成厚膜之上部像素電極29之網版印刷與凹版轉印。
又，如第3圖所示，上部像素電極29相較於後述之具有遮光性之絕緣層15可更為厚膜。藉此，例如於薄膜電晶體陣列1000上方積層液晶、有機EL及電泳型等顯示器時，可容易達成與顯示器電極部份之接觸。又，當上部像素電極29形成後藉由噴墨法形成具有遮光性之絕緣層15時，可抑制具有遮光性之絕緣層15流入上部像素電極29表面而變得無法得到導電性之情形。
當上部像素電極29具有撥液性時，可使用含氟烷基聚合物或單體等氟系化合物、或聚矽氧系化合物等習知之撥液性材料。撥液性來講，宜為對於具有遮光性之絕緣層15材料之接觸角為45度以上。藉由利用上部 像素電極29表面之撥液性，將易於在互為相鄰之上部像素電極29間選擇性形成後述之具有遮光性之絕緣層15。
閘極絕緣膜11所使用材料無特別限定，一般使用之材料有：聚乙烯酚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醯亞胺、聚乙烯醇、環氧樹脂等樹脂、以及使氧化鋁或矽膠等粒子分散而成之無機化合物等。又，亦可將PET或PEN、PES等薄膜作為閘極絕緣膜11使用。
形成方法無特別限定，可為蒸鍍或濺鍍等乾式成膜法。但是，考慮到可撓性化、低成本化等，則宜為藉由網版印刷、逆向平版印刷、凸版印刷、及噴墨法等濕式成膜法形成。
半導體12所使用材料無特別限定，一般使用之材料可列舉：非晶矽等矽系半導體材料、InGaZnO等氧化物半導體材料；聚噻吩、聚烯丙胺、茀二噻吩共聚物、及該等之衍生物等高分子系有機半導體材料；稠五苯、稠四苯、銅酞青、苝、及該等之衍生物等低分子系有機半導體材料等。但是，考慮到低成本化、可撓性化、大面積化，則宜採用可適用印刷法之有機半導體材料。又，奈米碳管或富勒烯等碳化合物及半導體奈米粒子分散液等亦可作為半導體材料使用。
形成有機半導體層之印刷方法，可使用凹版印刷、平版印刷、網版印刷及噴墨法等習知方法。一般來講，前述有機半導體材料由於對於溶媒之溶解度低，因此宜使用適於低黏度溶液印刷之凸版印刷、逆向平版印刷、噴墨法及點膠機。特別是凸版印刷，由於印刷時 間短及油墨使用量少因而最為適宜，且適於條紋形狀之印刷。藉由使半導體層為條紋形狀，網紋凹凸造成之膜厚分布不均於條紋形狀內會被平均化而使半導體層膜厚一定，可使TFT特性均勻化。
層間絕緣膜14所使用材料無特別限定，一般使用之材料可列舉：丙烯酸樹脂、環氧樹脂、有機‧無機混成樹脂等。又，形成方法除網版印刷、凹版印刷及凹版轉印等各種印刷方法以外，亦可舉出利用光刻法之形成方法，但從低成本化及大面積化之觀點來看，宜為印刷方法，最適宜為可形成較為厚膜且微細的圖形之凹版轉印法。
具有遮光性之絕緣層15材料無特別限定，宜含有黑色著色劑。黑色著色劑可舉出例如碳黑、鈦碳、氧化鐵、氧化鈦、石墨等。
具有遮光性之絕緣層15形成方法無特別限定，除噴墨法、凹版轉印、網版印刷及逆向平版印刷等各種印刷方法以外，亦可舉出利用光刻法之形成方法，但從低成本化及大面積化之觀點來看，宜為印刷方法。
特別是當上部像素電極29形成後再形成具有遮光性之絕緣層15時，藉由噴墨法形成具有遮光性之絕緣層15，則無需準備光罩等而可於互為相鄰之上部像素電極29間選擇性形成具有遮光性之絕緣層15。又，藉由利用上部像素電極29作為分隔壁，可抑制具有遮光性之絕緣層15之濕擴散。
又，如第1圖所示，具有遮光性之絕緣層15 係形成於互為相鄰之上部像素電極29間。藉此抑制來自互為相鄰之上部像素電極29間之透射光，藉由減緩到達薄膜電晶體部份之光，可使薄膜電晶體穩定工作。
當具有遮光性之絕緣層15具有撥液性時，可使用含氟烷基聚合物或單體等氟系化合物、或聚矽氧系化合物等習知之撥液性材料。撥液性來講，宜為對於上部像素電極用材料之接觸角為45度以上。當具有遮光性之絕緣層15形成後再形成上部像素電極29時，藉由利用具有遮光性之絕緣層15表面之撥液性，將易於形成上部像素電極29彼此之間隙。
又，具有遮光性之絕緣層15之光密度(OD值)，於波長300nm至1000nm之波長區域，係膜厚每1μm宜為1以上。藉此，到達薄膜電晶體部份之光將減低為10%以下。用於活性層之半導體材料，可列舉非晶矽、氧化物半導體、有機半導體等，該等材料於波長300nm至1000nm間多具有吸收，因此藉由將該等光減低至10%以下，可使薄膜電晶體穩定工作。
本實施形態中，薄膜電晶體之構造無特別限定，可列舉上閘極型、下閘極型等構造。
薄膜電晶體陣列1000之外圍部份，存在著未形成互為相鄰之上部像素電極29之部份，此時係如第4圖所示，宜為以約略相同於互為相鄰上部像素電極29間形成之具有遮光性之絕緣層15之形狀，或者於較上部像素電極29之間更廣的波長區域，於上部像素電極29之外側形成具有遮光性之絕緣層15。換言之，於第4圖中，d2 宜為d1以上，且d4宜為d3以上。在此，上部像素電極29間於第4圖橫方向之寬度設為d1，外圍部份於第4圖橫方向之寬度設為d2，上部像素電極29間於第4圖縱方向之寬度設為d3，外圍部份於第4圖縱方向之寬度設為d4。
又，上部像素電極29亦可於薄膜電晶體陣列1000外圍部份且未形成薄膜電晶體之區域設置虛設圖形，此時於虛設區域之上部像素電極29間，具遮光性絕緣層15之形成可有可無。
又，互為相鄰之上部像素電極29間之距離(第4圖之d1及d3)宜為10μm以上150μm以下。藉此，例如以薄膜電晶體陣列1000驅動電泳型顯示器時，可實現良好之對比度。互為相鄰之上部像素電極間之距離若為150μm以上，則顯示器不受驅動之波長區域會增廣而引起對比度降低。另一方面，藉由印刷法形成上部像素電極29時，若互為相鄰之上部像素電極間之距離狹窄，則上部像素電極29間發生短路之可能性會提高，因此較宜為50μm以上。
另外，薄膜電晶體陣列1000亦可因應需要形成封裝層或阻氣層、平坦化膜等。特別是當半導體層12使用有機半導體材料時，由於半導體層12可能會依層間絕緣膜14之材料不同而因溶劑等受損，因此宜為如第3圖所示設置封裝層13。
又，薄膜電晶體陣列1000中，源極‧汲極係方便上之稱呼，亦可對調稱呼。本實施形態中，連接於源極配線28之電極稱為源極電極27，連接於像素電極25 之電極稱為汲極電極26。
(第2實施形態)
以下針對第2實施形態，使用第5圖至第7圖進行說明。
第5圖係薄膜電晶體陣列2000之概略示意圖，第6圖係第5圖中1像素份之擴大圖，第7圖係第6圖中沿c-d線之剖面示意圖。
薄膜電晶體陣列2000，係如第7圖所示，與第1實施形態之相異點在於具有將上部像素電極29之一部分與具有遮光性之絕緣層15之一部分積層而成之積層部30(第7圖中以虛線圍繞之區域)。關於其他構成則與第1實施形態相同，因此省略再次之說明。
藉由將上部像素電極29之一部分與具有遮光性之絕緣層15之一部分積層，可抑制上部像素電極29與具有遮光性之絕緣層15間之透射光，可使薄膜電晶體更穩定工作。
關於以上各實施形態之薄膜電晶體陣列之特徵，可適當組合或部份省略實施。
以下針對實施例進行說明。
(實施例1)
本實施例中，製造了經第1實施形態說明之下閘極‧下接觸型薄膜電晶體陣列1000。
基板10係使用聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)薄膜。使用使銀奈米粒子分散而成之油墨，以噴墨法得到閘極電極21、閘極配線22、電容電極23、電容配線24。閘極絕緣膜，係藉由模塗布機塗布聚醯亞胺，於180℃乾燥1小時，而形成閘極絕緣膜11。
接著，使用使銀奈米粒子分散而成之油墨，以噴墨法形成源極電極27、汲極電極26及源極配線28、像素電極25。
半導體材料，係使用6,13-雙(三異丙基矽基乙炔基)稠五苯(TIPS-稠五苯)(Aldrich製)。使用使其以2重量%溶解於四氫萘而成之物質作為油墨。又，凸版係使用感光性樹脂凸版，並使用150線之網紋轆進行凸版印刷，藉此印刷條紋形狀之半導體，於100℃乾燥60分鐘，而形成半導體層12。
接著，封裝材料，係使用CYTOP(旭硝子製)，藉由網版印刷法印刷，於100℃乾燥90分鐘，而作為封裝層13。
其次，將環氧樹脂作為層間絕緣材料藉由模塗布機塗布，藉曝光及顯影形成層間絕緣膜14及導孔部16。
其次，上部像素電極材料，係使用銀膠，藉網版印刷法而形成上部像素電極29。此時，互為相鄰之上部像素電極間之距離在設計上係100μm，而實際形成之圖形間之距離最大為90μm，最小為50μm。
其次，具有遮光性之絕緣層材料，係使用含碳黑之酚醛清漆樹脂，藉由噴墨法於上部像素電極間形成具有遮光性之絕緣層15。
另外，上部像素電極之膜厚為5μm，具有遮光性之絕緣層膜厚為1μm，且於波長300nm至1000nm之波長區域，光密度分別為5及3。
對於薄膜電晶體陣列1000使用太陽光模擬器 照射1 SUN之光同時測定電晶體特性之結果為，未發現臨界電壓變化或On‧Off電流增加等工作異常。
(實施例2)
本實施例中，製造了經第2實施形態說明之將上部像素電極29之一部分與具有遮光性之絕緣層15之一部分積層而成之下閘極‧下接觸型薄膜電晶體陣列。
至上部像素電極29為止，係藉由與實施例1同樣之方法形成。
接著，具有遮光性之絕緣層材料，係使用含碳黑之酚醛清漆樹脂，使用模塗布機塗布，藉由光刻法形成在設計上與上部像素電極29重疊5μm之具有遮光性之絕緣層15。另外，上部像素電極之膜厚為5μm，具有遮光性之絕緣層膜厚為1μm，且於波長300nm至1000nm之波長區域，光密度分別為5及4。
對於薄膜電晶體陣列2000使用太陽光模擬器照射1 SUN之光同時測定電晶體特性之結果為，未發現臨界電壓變化或On‧Off電流增加等工作異常。
(實施例3)
本實施例中，製造了經第1實施形態說明之下閘極‧下接觸型薄膜電晶體陣列1000。
至層間絕緣膜14及導孔部16為止，係藉由與實施例1同樣之方法形成。
接著，具有遮光性之絕緣層材料，係使用含碳黑之酚醛清漆樹脂中添加含氟烷基寡聚物之材料，使用模塗布機塗布，藉由光刻法形成圖形，而形成具有遮光性之 絕緣層15。此時，具有遮光性之絕緣層線寬d1、d3皆為20μm。
其次，上部像素電極材料，係使用銀膠，藉由網版印刷法，而形成上部像素電極29。此時，由於具有遮光性之絕緣層15的表面排斥銀膠，因此互為相鄰之上部像素電極間之距離成為了20μm。又，與實施例1及2同樣未發現工作異常。
(比較例1)
本比較例中，除不形成具有遮光性之絕緣層15以外，與實施例1相同。其結果，對於薄膜電晶體陣列使用太陽光模擬器照射1 SUN之光同時測定電晶體特性之結果為，與不照光之情形相比較下，臨界電壓向正電壓側偏移10V，On電流增加為2倍，Off電流增加為10倍，顯示工作異常。
(比較例2)
本比較例中，除具有遮光性之絕緣層15之光密度為0.5以外，與實施例1相同。其結果，對於薄膜電晶體陣列使用太陽光模擬器照射1 SUN之光同時測定電晶體特性之結果為，與不照光之情形相比較下，臨界電壓向正電壓側偏移4V，On電流增加為1.3倍，Off電流增加為4倍，顯示工作異常。
(比較例3)
本比較例中，除上部像素電極29之光密度為0.5以外，與實施例1相同。其結果，對於薄膜電晶體陣列使用太陽光模擬器照射1 SUN之光同時測定電晶體特性之結果 為，與不照光之情形相比較下，臨界電壓向正電壓側偏移6V，On電流增加為1.5倍，Off電流增加為6倍，顯示工作異常。
(比較例4)
本比較例中，具有遮光性之絕緣層15之光密度，於波長300nm至1000nm波長區域，係膜厚每1μm為1，且膜厚為500nm，此外與實施例2相同。其結果，對於薄膜電晶體陣列使用太陽光模擬器照射1 SUN之光同時測定電晶體特性之結果為，與不照光之情形相比較下，臨界電壓向正電壓側偏移2V，On電流增加為1.2倍，Off電流增加為2.5倍，顯示工作異常。
(比較例5)
本比較例中，具有遮光性之絕緣層15之光密度，於波長300nm至600nm波長區域，係膜厚每1μm為1，但於波長600nm至1000nm波長區域，係膜厚每1μm為0.1，此外與實施例2相同。其結果，對於薄膜電晶體陣列使用太陽光模擬器照射1 SUN之光同時測定電晶體特性之結果為，與不照光之情形相比較下，臨界電壓向正電壓側偏移2V，On電流增加為1.2倍，Off電流增加為2.5倍，顯示工作異常。
[產業上之可利用性]
本發明之薄膜電晶體陣列及其製造方法，可有效應用於例如顯示器相關之技術領域。特別適用於可撓性顯示器領域。

Claims (7)

  1. 一種薄膜電晶體陣列，具備：基板；複數之薄膜電晶體，係於前述基板上至少具有閘極電極、閘極絕緣膜、源極‧汲極電極、形成於前述源極‧汲極電極間之半導體層、層間絕緣膜以及上部像素電極；閘極配線，係連接著前述閘極電極；以及源極配線，係連接著前述源極電極，而且於互為相鄰之上部像素電極間，形成有具有遮光性之絕緣層，前述上部像素電極之一部分係積層在前述具有遮光性之絕緣層的一部分之上。
  2. 如請求項1之薄膜電晶體陣列，其中前述上部像素電極或前述具有遮光性之絕緣層之任一方表面具有撥液性。
  3. 如請求項1或2之薄膜電晶體陣列，其中前述上部像素電極相較於前述互為相鄰之上部像素電極間設置之前述具有遮光性之絕緣層更為厚膜。
  4. 如請求項1或2之薄膜電晶體陣列，其中前述上部像素電極與前述具有遮光性之絕緣層之光密度，於波長300nm至1000nm之波長區域，係膜厚每1μm為1以上。
  5. 如請求項1或2之薄膜電晶體陣列，其中前述互為相鄰之上部像素電極間之距離為10μm以上150μm以下。
  6. 一種薄膜電晶體陣列之製造方法，其係如請求項1至5中任一項之薄膜電晶體陣列之製造方法，其包含藉由噴墨法形成前述具有遮光性之絕緣層之步驟。
  7. 一種薄膜電晶體陣列之製造方法，其係如請求項1至5中任一項之薄膜電晶體陣列之製造方法，其包含藉由網版印刷法形成前述上部像素電極之步驟。
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