薄膜晶体管阵列及其制造方法与流程

本发明涉及薄膜晶体管阵列及其制造方法。

背景技术：

随着信息技术的日益发展，目前频繁地利用笔记本型个人电脑、便携信息终端等进行信息的收发。众所周知，在不久的将来将会出现能够随地进行信息交换的泛在社会。在这样的社会中，期望有更轻量、薄型的信息终端。

目前，半导体材料的主流是硅系，作为制造方法，一般使用光刻法。

近年来，使用印刷技术制造电子部件的可打印的电子设备备受关注。通过使用印刷技术，可列举出与光刻法相比装置或制造成本降低、由于不需要真空或高温而能够利用塑料基板等优点。另外，印刷法具有材料利用效率高、以及因不使用显影或蚀刻工序而废液较少等的特长，可以说是环境负荷较少的工序。

然而，与光刻法相比较，印刷法大多图案内的膜厚均匀性较低。例如在如专利文献1那样利用印刷法形成晶体管中的半导体层的情况下，虽然专利文献1没有记载，但由于印刷条件的不同会呈现各种印刷状态，伴随于此，所获得的晶体管特性也各种各样。另外，在晶体管阵列中，因半导体膜厚而使得电流值不同，存在各个晶体管特性的均匀性降低的情况。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006－63334号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

本发明鉴于上述的情况而完成，其目的在于，提供一种晶体管特性的均匀性较高的薄膜晶体管阵列。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的一方面为一种薄膜晶体管阵列，在基板上以矩阵状配置有多个薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括形成在栅极绝缘层上的源电极及漏电极、以及形成在栅极绝缘层上且源电极与漏电极之间的半导体层，其特征在于，半导体层跨越多个薄膜晶体管而形成为条纹形状，条纹的长轴方向与晶体管的沟道宽度方向一致，条纹的短轴方向的截面膜厚形状为从半导体条纹的中央朝向外侧而膜厚逐渐变薄的形状。

另外，也可以是，半导体层的膜厚最厚的部分与上述沟道区域的沟道长度方向的中心之间的距离为10μm以下

另外，也可以是，半导体层的膜厚最厚的部分的厚度为25nm以上150nm以下。

另外，也可以是，半导体层的条纹的短轴方向的截面形状为，从中央朝向外侧而膜厚逐渐变薄，还在半导体层的两端具有比中心部的膜厚薄的次峰。

另外，也可以是，在俯视时，半导体层的两端的次峰与源电极及漏电极重合。

本发明的另一方面为上述薄膜晶体管阵列的制造方法，包括利用凸版印刷法形成半导体层的工序。

发明效果

根据本发明，通过在条纹状半导体层的截面膜厚形状中使膜厚最厚的部分与沟道的中心大致重合，从而能够提供薄膜晶体管阵列中的晶体管特性的均匀性及特性较高的薄膜晶体管阵列。

附图说明

图1是实施方式的薄膜晶体管阵列的平面示意图。

图2是一个例子的薄膜晶体管的平面示意图以及截面示意图。

图3是其他例的薄膜晶体管的平面示意图以及截面示意图。

图4是表示薄膜晶体管的半导体层的截面形状的放大截面示意图。

图5是表示比较例的薄膜晶体管的平面示意图以及截面示意图。

图6是一个例子的薄膜晶体管的平面示意图以及截面示意图。

图7是表示实施例的薄膜晶体管的半导体膜厚最大值与导通电流、截止电流的关系的图。

图8是表示改变了实施例的薄膜晶体管的半导体宽度的情况下的、半导体膜厚最大位置和沟道中心的距离与迁移率之间的关系的图。

图9是表示改变了实施例的薄膜晶体管的沟道长度的情况下的、半导体膜厚最大位置和沟道中心的距离与迁移率之间的关系的图。

具体实施方式

参照附图，对本发明的一实施方式的薄膜晶体管阵列进行说明。

图1是表示薄膜晶体管阵列1的平面示意图。图2是构成薄膜晶体管阵列1的薄膜晶体管的一个例子的薄膜晶体管2的平面示意图以及其a－b间的截面示意图。

如图2所示，薄膜晶体管2包含：栅电极21、栅极布线22及电容器电极23；形成在它们之上的栅极绝缘层11；形成在栅极绝缘层11上的像素电极25、漏电极26、源电极27及源极布线28；和在栅极绝缘层11上的源电极27及漏电极26之间形成的半导体层121。如图1所示，薄膜晶体管阵列1通过将多个薄膜晶体管2以矩阵状配置在绝缘性的基板10上而形成。另外，栅电极21与栅极布线22、源电极27与源极布线28、像素电极25与漏电极26分别相连接。

如图1、图2所示，半导体层121形成为，跨越多个薄膜晶体管2以条纹状形成，条纹的长轴方向与晶体管的沟道宽度方向一致，条纹半导体层的短轴方向上的半导体层121的膜厚最厚的部分(厚膜部)12m与沟道的中心29在俯视时的距离d为10μm以下。

这样构成的薄膜晶体管2在形成半导体层121时，即使半导体层121产生了与沟道长度相同程度的位置偏移，也由于半导体层121的厚膜部与沟道区域一致，因此可获得较高的晶体管特性。特别是在对半导体层121的膜厚与规定的电压中的晶体管的导通电流值之间的关系进行曲线绘制的情况下，存在以规定的膜厚d1为界而导通电流值饱和的趋势，在沟道区域的半导体层121的膜厚比该阈值(膜厚d1)厚的情况下，薄膜晶体管阵列中的晶体管特性的均匀性提高。另外，在对半导体层121的膜厚与截止电流值的关系进行曲线绘制的情况下，存在若超过规定的膜厚d2则截止电流值上升的趋势。

另外，关于条纹状半导体层121在短轴方向上的截面形状，也可以如图2的(b)所示那样，从半导体条纹区域的中央朝向两侧而膜厚逐渐变薄。此外，这里所说的半导体层121的膜厚并非半导体层121的高度。即，源电极27和漏电极26上的半导体层121的膜厚是从半导体层121的高度减去源电极27或者漏电极26的高度后的值。在图2的(b)中记载了半导体层121的膜厚的最大值12m比源电极27和漏电极26的膜厚大，但半导体层121的膜厚的最大值12m也可以比源电极27和漏电极26的膜厚小，还可以相等。

这样构成的薄膜晶体管2由于能够减薄除沟道区域以外的不会直接有助于漏极电流的半导体层121，因此使用量减少，能够减少成本。但是，除沟道区域以外的在源电极27和漏电极26上的半导体层121具有与源电极27和漏电极26接触的作用，间接地有助于漏极电流，优选以某种程度的宽度(例如15μm以上)重叠。

图3是构成薄膜晶体管阵列1的薄膜晶体管的一个例子的薄膜晶体管3的平面示意图以及其c－d间的截面示意图。此外，对与薄膜晶体管2相同的构成要素标注相同的参照附图标记，并适当地省略说明。

关于薄膜晶体管3的条纹状半导体层122的短轴方向上的截面形状，如图3的(b)所示，从半导体条纹区域的沟道长度方向的中央朝向两侧而膜厚逐渐变薄，而且在半导体层122的两端具有比中心部的膜厚12m薄的次峰13。

这样构成的薄膜晶体管3即使半导体层122在形成时产生了与沟道长度相同程度的位置偏移，也由于半导体层122的厚膜部与沟道区域一致，因此可获得较高的晶体管特性。

另外，次峰13也可以如图3的(b)所示那样，在俯视时与源电极27以及漏电极26重合。

这样构成的薄膜晶体管3由于能够减小半导体层122与源电极27及漏电极26的接触电阻，因此能够获得较高的晶体管特性。例如将接触宽度(半导体层122与源电极27或漏电极26的表面接触的长度)设为约5μm就可获得良好的特性。

在图4中示出了半导体层121、122的截面形状。图4的(a)、(b)是薄膜晶体管2的半导体层121的例子。均为朝向短轴方向的宽度方向(图4的纸面左右方向)而膜厚逐渐变薄。图4的(c)是薄膜晶体管3的半导体层122的例子。半导体层122为，朝向短轴方向的宽度方向(图4的纸面左右方向)而膜厚逐渐变薄，在两端膜厚增加，具有比中心部的膜厚(h1)薄(h2)的次峰13。

绝缘性的基板10优选使用挠性的基板。作为一般使用的材料，例如可列举聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚酰亚胺、聚醚砜(pes)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、聚碳酸酯等塑料材料。石英等玻璃基板或硅晶片等也可作为绝缘性的基板10而使用，但考虑薄型化、轻量化、挠性化时，优选的是塑料基板。另外，考虑到各制造工序中使用的温度等时，优选使用pen或聚酰亚胺等作为基板10。

各电极所使用的材料虽然不被特别限定，但通常使用的材料有金、铂、镍、铟锡氧化物等金属或氧化物的薄膜，或者分散有聚(乙撑二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸盐(pedot/pss)、聚苯胺等导电性高分子、金、银、镍等的金属胶体粒子的溶液，或者使用银等金属粒子作为导电材料的厚膜糊料等。另外，作为电极的形成方法，不被特别限定，也可以是蒸镀或溅射等干式成膜法。然而，考虑到挠性化、低成本化等时，优选利用丝网印刷、反式胶版印刷、凸版印刷、喷墨法等湿式成膜法来形成。

栅极绝缘层11所使用的材料不被特别限定，但通常使用的材料有聚乙烯基苯酚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚乙烯醇、环氧树脂等的高分子溶液、分散有氧化铝或二氧化硅凝胶等粒子的溶液等。另外，还可以使用pet或pen、pes等的薄膜作为栅极绝缘膜11。

半导体层121、122所使用的材料不被特别限定，但通常使用的材料有聚噻吩、聚烯丙胺、芴联二噻吩共聚物和它们的衍生物那种高分子系有机半导体材料，以及并五苯、并四苯、铜酞菁、茈和它们的衍生物那种低分子系有机半导体材料。然而，考虑到低成本化、挠性化、大面积化时，优选的是使用可应用印刷法的有机半导体材料。另外，碳纳米管或富勒烯等碳化合物、半导体纳米粒子分散液等也可作为半导体材料而使用。作为形成有机半导体层的印刷方法，能够使用凹版印刷、胶版印刷、丝网印刷以及喷墨法等公知的方法。一般来说，上述有机半导体材料由于相对于溶剂的溶解度较低，因此优选使用适于低粘度溶液的印刷的凸版印刷、反式胶版印刷、喷墨法、分配器。特别是凸版印刷由于印刷时间短、墨使用量少，因此能够通过提高墨的使用效率来减少成本，与光刻法相比能够减少环境负荷，较为优选，而且适合具有条纹形状的半导体层121、122的印刷。另外，通过使半导体层121、122形成为条纹形状，由网纹的凹凸导致的膜厚不均的分布在条纹形状内被平均化，半导体层121、122的膜厚变为恒定，能够使tft特性均匀化。另外，通过使用凸版印刷法而使印刷条件最佳化，能够容易地获得半导体层121、122的截面膜厚形状。

另外，在本发明的薄膜晶体管阵列1中，也可以根据需要而形成密封层30或阻气层(未图示)、平坦化膜(未图示)、层间绝缘膜31、上部像素电极32等(图6)。图6示出了薄膜晶体管5的平面示意图以及其g－h间的截面示意图，该薄膜晶体管5在图2所示的薄膜晶体管2的基础上进一步具有覆盖半导体层121的密封层30、在像素电极25上具有开口的层间绝缘膜31、经由该开口连接于像素电极25的上部像素电极32。特别是，在使用有机半导体材料作为半导体层121、122的情况下，因层间绝缘膜31的材料的不同有时会导致半导体层121、122受到溶剂等带来的损伤，因此优选的是在半导体层121、122与层间绝缘膜31(形成在半导体层121、122、源电极27、漏电极26上的绝缘膜层)之间设置密封层30。

图6是在图2的薄膜晶体管2上具有密封层30、层间绝缘膜31、上部像素电极32的例子，但也可以在图3的薄膜晶体管3上设置密封层30、层间绝缘膜31、上部像素电极32。另外，能够在图2、图3、图6那样的薄膜晶体管阵列和具有对置电极的对置基板之间夹入显示介质而形成显示器，在图2和图3中，像素电极25对显示介质施加电压而使得进行显示，在图6中，上部像素电极32对显示介质施加电压而使得进行显示。在该情况下，优选图2和图3的薄膜晶体管阵列还具有密封层30，且该密封层30不仅覆盖半导体层121，还覆盖源电极27和源极布线28。或者，优选图2和图3的薄膜晶体管阵列还具有密封层30以及层间绝缘膜31，且该密封层30至少覆盖半导体层121，层间绝缘膜31覆盖源电极27和源极布线28。

另外，在薄膜晶体管阵列中，源和漏的名称只是为了方便说明，也可以相反地命名。在本发明中，将连接于源极布线的电极称作源电极，将连接于像素电极的电极称作漏电极。

以下，对实施例进行说明。

此外，在本发明中，关于能够充分地应用于电子纸张等的显示装置的电子器件的载流子迁移率[cm²/vs]，作为大概标准，优选为0.1以上。此外，优选导通电流为0.5μa以上，截止电流为0.5pa以下。

实施例1

对实施例1进行说明。在本实施例中，对使用了图1、图2(放大图、截面图)所示的那种底栅、底触型薄膜晶体管2的薄膜晶体管阵列进行了制造。作为基板10，使用了聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)膜。使用分散有银纳米粒子的墨，利用喷墨法在基板10上形成了栅电极21、栅极布线22、电容器电极23、电容器布线24。作为栅极绝缘层11，利用模涂法涂布聚酰亚胺，在180℃下使其干燥一小时，形成栅极绝缘层11。接下来，使用分散有银纳米粒子的墨，利用喷墨法在栅极绝缘层11上形成源电极27、漏电极26及源极布线28、像素电极25。作为半导体材料，使用了聚[2，5-双(3-十四烷基噻吩-2-基)噻吩并[3，2-b]噻吩]。作为预备实验，对利用旋涂法使膜厚变化而形成了半导体层的薄膜晶体管的漏极电流进行了测定后得知，漏极电流伴随着半导体层的膜厚的增加而增加，但在50nm以上时漏极电流饱和。接下来，将在二氯苯溶解了0.5重量％的该半导体材料来用作墨。此外，作为凸版使用感光性树脂凸版，利用凸版印刷来印刷条纹形状的半导体，在180℃下干燥60分钟，形成了半导体层121。此时，条纹状半导体层121的截面膜厚形状为中央部厚、朝向两侧而逐渐变薄的形状，膜厚最厚的部分12m的厚度为70nm。另外，条纹状半导体层的膜厚最厚的部分12m与沟道区域的中心29在俯视下的距离d为5μm。其结果，获得了较高的晶体管特性，并且薄膜晶体管阵列中的晶体管特性的均匀性也较高。

实施例2

通过与实施例1相同的方法，制作了条纹半导体层121(中央部厚且朝向两侧而逐渐变薄的形状)的元件。图7是在沟道长度为10μm、半导体层的宽度为100μm、使最大膜厚为15nm、25nm、50nm、70nm、100nm、150nm、200nm、最大膜厚部与沟道的中心之间的距离d＝0μm的情况下使vd＝－15v、vg＝－20v时的id为导通电流、使vd＝－15v、vg＝+20v时的id为截止电流时对这些值进行曲线绘制而得到的。在最大膜厚为25nm以上时，导通电流达到0.5μa以上，在最大膜厚为150nm以下时，截止电流达到0.5pa以下。晶体管特性的均匀性都较高。

实施例3

通过与实施例1相同的方法，制作了条纹半导体层121(中央部厚且朝向两侧而逐渐变薄的形状)的元件。图8是将沟道长度为10μm、最大膜厚为70nm、使半导体层的宽度为50μm、70μm、100μm、150μm、最大膜厚部与沟道的中心之间的距离d＝0μm、5μm、10μm、15μm、20μm、30μm、40μm、50μm的情况下的迁移率进行曲线绘制而得到的。在最大膜厚部和沟道中心之间的距离d为10μm以下时，获得了0.1cm²/vs以上的迁移率。晶体管特性的均匀性都较高。

实施例4

通过与实施例1相同的方法，制作了条纹半导体层121(中央部厚且朝向两侧而逐渐变薄的形状)的元件。图9是将最大膜厚为70nm、使半导体层的宽度为100μm、使沟道长度为5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、最大膜厚部与沟道的中心之间的距离d＝0μm、5μm、10μm、15μm、20μm、30μm、40μm、50μm的情况下的迁移率进行曲线绘制而得到的。在最大膜厚部和沟道中心之间的距离d为10μm以下时，获得了0.1cm²/vs以上的迁移率。晶体管特性的均匀性都较高。

实施例5

对实施例5进行说明。在本实施例中，对使用了图1、图3(放大图、截面图)所示的那种底栅、底触型薄膜晶体管3的薄膜晶体管阵列进行了制造。除了在形成半导体层122时墨向基板10转印的状态之后的压入量比实施例1大20μm以外，与实施例1相同。此时，条纹状半导体层122的截面膜厚形状是中央部厚且朝向两侧而逐渐变薄、而且具有次峰13的形状，并且膜厚最厚的部分12m的厚度为70nm，条纹状半导体层的沟道长度方向截面的两端处的次峰的膜厚为40nm。另外，膜厚最厚的部分12m与沟道区域的中心29在俯视时的距离d为5μm。其结果，获得了较高的晶体管特性，并且薄膜晶体管阵列中的晶体管特性的均匀性也较高。

实施例6

通过与实施例5相同的方法，制作了条纹半导体层121(中央部厚且朝向两侧而逐渐变薄、而且具有次峰的形状)的元件。图8的空心标记是将沟道长度为10μm、最大膜厚为70nm、次峰膜厚为40nm、半导体层的宽度为50μm或者100μm、最大膜厚部与沟道的中心之间的距离d＝0μm、5μm、10μm、15μm、20μm、30μm、40μm的情况下的迁移率进行曲线绘制而得到的。在源·漏电极与半导体层宽度的重叠为5μm～15μm时，获得了比实施例3高的迁移率。晶体管特性的均匀性都较高。

(比较例)

对比较例进行说明。本比较例除了变更实施例1中的印刷条件、半导体层的截面膜厚形状并非从中央部朝向两侧变薄、也未形成次峰之外，与实施例1相同。在这样的印刷条件下，半导体层的膜厚不均匀，沟道部的电流特性不均，在本比较例中，晶体管特性的均匀性较低。

根据以上的结果，能够确认到实施例的薄膜晶体管阵列的晶体管特性的均匀性。另外，特别是也能够确认到，如果半导体层的膜厚最厚的部分与沟道区域的沟道长度方向的中心之间的距离为10μm以下，则可获得更高晶体管特性。

工业上的可利用性

本发明在薄膜晶体管阵列中较为有用，并且在使用了其的电泳显示器、液晶显示器等中较为有用。

附图标记说明

1薄膜晶体管阵列

2、3、4薄膜晶体管

10基板

11栅极绝缘层

121、122，123半导体层

12m半导体层的膜厚的最大部

13次峰

21栅电极

22栅极布线

23电容器电极

24电容器布线

25像素电极

26漏电极

27源电极

28源极布线

29沟道的中心线

30密封层

31层间绝缘膜

32上部像素电极