专利名称：薄膜晶体管和采用该薄膜晶体管的平板显示器的制作方法
相关申请的交叉参照本申请要求了2004年5月24日申请的申请号为10-2004-0036953的韩国专利申请的优先权和利益，该申请在这里一并提出以供参考。
背景技术：
发明领域本发明涉及一种薄膜晶体管和包括该薄膜晶体管的平板显示器，尤其涉及一种具有低接触电阻的薄膜晶体管及其包含该薄膜晶体管的平板显示器。
背景技术：
的描述如液晶显示装置，有机和无机发光装置等的平板显示器，包括很多薄膜晶体管(TFT)。一般，TFTs作为用于开关象素的开关装置，和驱动象素发光的驱动装置。
每个TFT包括半导体层、栅极、源极和漏极。该半导体层包括掺杂有高浓度杂质的源和漏区域，和位于源与漏区域之间的通道区域。栅极与半导体层绝缘，可设置于通道区域的上面。源极和漏极分别与源和漏区域连接。
然而，源和漏极通常包括低功函金属以使电荷的平滑流动，因此，低功函金属与半导体层接触的区域具有高接触的电阻，从而破坏了显示装置的性能并增加了其功耗。
因此，已经采用各种方法来降低金属与半导体层之间的接触电阻，例如，当半导体层包括非晶硅时，在非晶硅和金属源极和漏极之间可设置n+硅层以促进电子或空穴的迁移。当半导体层包括多晶硅时，可掺杂多晶硅来改善金属与半导体层间的接触电阻。
然而，生产这样的TFT需要至少300℃的温度，因此，不能采用热敏感的塑料基板。
新近的平板显示器被制成薄而柔性的。
为了达到所述的柔软性，典型的显示器制造采用塑料基板代替传统的玻璃基板。然而，采用塑料基板，制造过程必须在低温下进行。因此，无法使用传统的多晶硅TFT。
为了克服这个问题，采用包括有机半导体的TFT来代替多晶硅TFT，因为有机半导体层可以在低温下制造。
然而，包括有机半导体的TFT在有机半导体材料与源极和漏极金属接触的区域具有高接触电阻。该接触电阻可通过多种方法降低。例如，与有机半导体层相邻的栅极绝缘层或保护层的顶端部分，可使用包括如十八烷三氯硅烷(OTS)、六甲基乙硅氮烷(HMDS)等化合物的自组装单层(SAM)来处理，或由含氟化物的聚合物或普通聚合物所覆盖。例如，公开号为2003-0085592的韩国待审未公开专利所公开的包括与源极和漏极相邻的掺杂通道的TFT。其中，首先将掺杂物注入到源极和漏极中，然后将与源极和漏极相邻的通道部分暴露在外。
然而，因为这种方法不能理想地降低接触电阻，因而需要进一步降低接触电阻。
发明简述本发明提供了一种在有机半导体与源极和漏极之间具有低接触电阻的TFT，以及一种包含该TFT的平板显示器。
本发明的附加特性将在随后的描述中阐明，部分特性将从描述中明显看出，或在本发明的实施中了解。
本发明公开了一种薄膜晶体管，包括栅极、源极和漏极，与栅极绝缘并与源极和漏极接触的有机半导体层，和使源极和漏极与栅极绝缘的栅极绝缘层。第一电容是位于有机半导体层、电极和栅极绝缘层彼此接触的第一点的电容。第二电容是位于有机半导体层与栅极绝缘层接触的第二点的电容。第三电容是位于电极与栅极绝缘层接触的第三点的电容。第四电容是位于有机半导体层与电极接触的第四点的电容。第一电容比第二电容、第三电容和第四电容中的一个大。
本发明还公开了一种平板显示器，包括根据本发明的示例性实施方案的薄膜晶体管，其中TFT的源极或漏极与象素电极连接。
本发明还公开了一种制造薄膜晶体管的方法，该薄膜晶体管包括栅极、源极和漏极。这种方法包括形成与栅极绝缘并与源极和漏极相接触的有机半导体层，和形成将源极和漏极与栅极绝缘的栅极绝缘层。栅极绝缘层由彼此不同的第一部分和第二部分形成。
可以理解，以上概述和以下具体表述是可实施和说明的，其目的是为了如所要求的对本发明提供进一步的解释。
附图的简要说明为了便于对发明进行进一步理解，下述附图作为说明书的一部分，和说明书一起阐述了本发明的实施例，并和描述部分一起用于解释本发明的原理。
图1为根据本发明示例性实施方案的TFT的平面图。
图2、图3和图4为表示根据本发明示例性实施方案的图1所示的TFT沿I-I’方向的截面图。
图5、图6和图7为表示根据本发明其它示例性实施方案的图1所示的TFT沿I-I’方向的截面图。
图8为包括图2所示的TFT的有机发光显示装置的截面图。
举例说明性实施方案的详细描述图1为根据本发明示例性实施方案的TFT10的平面图，图2、图3和图4是沿图1中I-I’方向的TFT截面图。
如图1、图2所示，TFT10可形成于由玻璃、塑料或其它类似材料构成的基板11上。多个TFT10在基板11上彼此相邻设置，可具有相同的结构。现在将描述TFT10的结构。
具有预定图案的栅极12可形成于基板11上，栅极绝缘层13可覆盖在栅极上。源极和漏极14a和14b可形成于栅极绝缘层13上。虽然图1和图2显示与栅极12的一部分相重叠的源极和漏极14a和14b，但这不是必需的。有机半导体层15可形成于源极和漏极14a和14b的整个上表面。
有机半导体层15包括源和漏区域15b和与源和漏区域15b相连接的通道区域15a。有机半导体层15可包括n型或p型半导体。源和漏区域15b可以采用n型或p型杂质注入。
有机半导体层15包括有机半导体材料。有机半导体层的实例包括并五苯、并四苯、蒽、萘、α-6-噻吩、α-4-噻吩、苝及其衍生物、红荧烯及其衍生物、蒄及其衍生物、苝四羧酸二酰亚胺及其衍生物、苝四羧酸双酐及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚对亚苯基亚乙烯基及其衍生物、聚对亚苯基及其衍生物、polyflorene及其衍生物、聚噻吩亚乙烯基及其衍生物、聚噻吩-杂环芳族共聚物及其衍生物、萘的低聚并苯及其衍生物、α-5-噻吩的低聚噻吩及其衍生物、含金属或不含金属的酞菁及其衍生物、苯均四酸二酐及其衍生物和1，2，4，5-苯四甲酰二亚胺及其衍生物等。
有机半导体层15可在此层与源极和漏极14a和14b相接触的区域具有比在此层与这些电极不接触的区域更少的有机半导体晶体。从而，在晶体半导体15与源极和漏极14a和14b相接触的区域，晶体的晶界增大，进而增加了设陷点和接触电阻。为了降低接触电阻，在有机半导体层15、源极或漏极14a或14b和栅极绝缘层13彼此接触的C点的第一电容可比在有机半导体层15与栅极绝缘层13相接触的部分的第二电容、在源极和漏极14a和14b与栅极绝缘层13相接触的部分的第三电容和在有机半导体层15与源极和漏极14a和14b相接触的部分的第四电容中的至少一个大。
更具体的是，第一电容可比第二电容、第三电容或第二电容和第三电容大。第二电容和第三电容可以是相等的。
公式1表示了控制电容可降低接触电阻。
Vth＝qNAt/COX…(1)其中Vth为阀值电压，q为电荷数量，NA为电荷浓度，t为有机半导体层的厚度，COX为电容。
根据公式1，当电容COX增大时，阈值电压Vth减小，从而降低了接触电阻。因此，如果C点的电容增大，则C点的阀值电压降低。从而，C点的接触电阻降低。因此，易于收集C点的空穴载流子，使得通道区域易于形成从而改善TFT的可靠性。
C点电容可根据公式2增大COX＝ε/d …(2)其中，COX为电容，ε为介电常数，d为层厚度。
具体地，如果C点下面的栅极绝缘层13的一部分薄，或者其具有一个大的介电常数，则电容增大。以下，本发明的示例性实施方案将根据附图进行详细描述。
如图2所示，有机半导体层15、源极或漏极14a或14b和栅极绝缘层13都彼此接触的C点下的栅极绝缘层13的一部分的厚度d1比与有机半导体层15相接触的栅极绝缘层13的一部分的厚度d2小。其中，由于d1和d2的不同，第一电容可比第二电容大。如公式2所示，本实施例利用了电容与栅极绝缘层13的厚度成反比的原理。
图3为表示根据本发明另一示例性实施方案的TFT的截面图。如图3所示，C点下的栅极绝缘层13的一部分的厚度d1可比厚度d2和厚度d3都小。在该情况下，厚度d2是与有机半导体层15相接触的栅极绝缘层13的一部分的厚度，厚度d3是与源极和漏极14a和14b相接触的栅极绝缘层13的一部分的厚度。厚度d2可比厚度d3小。
图4为表示根据本发明另一示例性实施方案的TFT的截面图。如图4所示，C点下的栅极绝缘层13的厚度d1比厚度d2和厚度d3都小。在该情况下，厚度d2是与有机半导体层15相接触的栅极绝缘层13的一部分的厚度，而厚度d3是与源极和漏极14a和14b相接触的栅极绝缘层13的一部分的厚度。厚度d2与厚度d3可相等。
如上所述，在图2、图3和图4的TFT中，由于栅极绝缘层13厚度的不同，C点的第一电容可比在有机半导体层15与栅极绝缘层13相接触的第二电容，和/或在源极和漏极14a和14b与栅极绝缘层13相接触的第三电容大。
栅极绝缘层13可通过采用传统方法形成第一栅极绝缘层来形成有不同的厚度。进而，可以通过掩模在在第一栅极绝缘层上形成具有预定厚度的第二栅极绝缘层，由此得到不同厚度的栅极绝缘层。可选择地，半色调掩模可以用来简单控制预定区域的暴露密度，从而，在栅极绝缘层13中提供了厚度的不同。
另外，为了得到根据本发明如上描述的不同电容，栅极绝缘层可具有不同的介电常数。如公式2所示，所述电容与该栅绝缘层介电常数成比例。因此，当栅极绝缘层13的各部分具有不同的介电常数时，各部分就具有了不同的电容。图5、图6和图7为表示根据本发明示例性实施方案的图1中所示TFT的沿I-I’方向的截面图。
根据本发明的一个示例性实施方案，TFT包括具有不同介电常数的各部分的栅极绝缘层，从而如上面提到的，提供了不同的电容。
图5为根据本发明示例性实施方案的TFT的截面图。C点下面的栅极绝缘层13的部分13a的介电常数ε1可比与有机半导体层15相接触的栅极绝缘层13的部分13b的介电常数ε2大。由于依赖栅极绝缘层13位置的介电常数的不同，C点的第一电容可比在与有机半导体层15相接触的栅极绝缘层13的部分13b的第二电容大。
图6为根据本发明示例性实施方案的TFT的截面图。C点下面的栅极绝缘层13的部分13a的介电常数ε1可比与有机半导体层15相接触的栅极绝缘层13的部分13b的介电常数ε2和与源极和漏极14a和14b相接触的栅极绝缘层13的部分13c的介电常数ε3都大。介电常数ε2可比介电常数ε3大。
图7为根据本发明其它示例性实施方案的TFT的截面图。C点下面的栅极绝缘层13的部分13a的介电常数ε1可比与有机半导体层15相接触的栅极绝缘层13的部分13b的介电常数ε2和与源极和漏极14a和14b相接触的栅极绝缘层13的部分13c的介电常数ε3都大。介电常数ε2可与介电常数ε3相等。
由于依赖栅极绝缘层13位置的介电常数的不同，在图5、图6和图7所示的TFT中，C点的第一电容可比在与有机半导体层15相接触的栅极绝缘层13的部分的第二电容、和/或在与源极和漏极14a和14b相接触的栅极绝缘层13的部分的第三电容大。
在图5、图6和图7所示的TFT中，C点下的栅极绝缘层13的部分包括至少一种选自二氧化硅和氮化硅的化合物。其中二氧化硅和氮化硅可包括至少一种选自下列的化合物TiO2、MgO、ZnO、Al2O3、SnO2、In2O3、MgF2、CaF2和其它类似材料。栅极绝缘层13的部分13b和部分13c的至少一部分可以至少是二氧化硅和氮化硅。因此，根据本发明示例性实施方案的TFT的栅极绝缘层13可通过例如掺杂或离子注入的方式来具有不同的介电常数。
现在将描述可用来提供具有不同介电常数的栅极绝缘层的离子注入的实施方案。首先，形成二氧化硅层或氮化硅层以覆盖栅极。可将具有预定图案的掩模板设置在二氧化硅层或氮化硅层之上。该掩模板可在Cr掩模层形成于二氧化硅层或氮化硅层之上之后，通过光刻处理来形成图案。然后，可将离子注入到掩模板已经形成的二氧化硅层或氮化硅层中。离子可以为选自Ti、Mg、Zn、Al、Sn、In、F和Ca的至少一种元素的离子。在离子注入完成后，采用例如湿蚀刻的方式来移除掩模板。最后，二氧化硅层或氮化硅层包括含有离子注入的部分和不含离子注入的部分。根据本发明的示例性实施方案，在氧化条件下热处理二氧化硅层或氮化硅层，以形成栅极绝缘层。
根据本发明示例性实施方案，除上述提到的层状结构，TFT还可以具有不同的层状结构。
以上述方式制备的TFT可用在平板显示装置，例如，液晶显示装置(LCD)或有机电致发光显示装置中。
图8是包括图2所示TFT的有机电致发光显示装置的截面图。
图8示出了一种有机电致发光显示装置的子象素。该子象素包括自发光有机电致发光(EL)装置30和至少一个TFT20。该子象素进一步包括电容(未示出)。
有机EL显示装置的象素图案依赖于有机EL装置的发光颜色。有机EL显示装置具有红色子象素、绿色子象素或蓝色子象素。
红(R)、绿(G)、蓝色(B)子象素均具有图8所示的TFT结构和自发光有机EL装置(OELD)。在该情况下，该TFT可为根据上述示例性实施方案中的TFT中的一种，但是并不局限于此。
如图8所示，TFT20形成于基板21上。
也就是，栅极22在基板21上以预定的图案形成，而栅极绝缘层23覆盖栅极22。源极和漏极24a和24b形成于栅极绝缘层23上。栅极绝缘层23具有上述提到的提供不同电容的结构。因为栅极绝缘层23的不同实施方案与以上描述相同，故在此不予赘述。
有机半导体层25可覆盖于源极和漏极24a和24b之上。
有机半导体层25包括源和漏区域，和与源和漏区域彼此相连的通道区域。
钝化层27可覆盖于TFT20之上。钝化层27可为单层，或包括多层。进一步地，钝化层27包括有机材料、无机材料或有机/无机复合材料。
有机发光层32可形成于象素定义层28和象素电极31之上。
有机EL装置30根据电流，通过发出红光、绿光或蓝光来显示预定的图像信息。OELD30包括与TFT20的源极和漏极24a和24b中的一个相连的象素电极31，覆盖整个象素的对向电极33，和设置于象素电极31和对向电极33之间的有机发光层32。有机发光层32使象素电极31与对向电极33绝缘，并当施加不同极性的电压时发光。然而，EL装置30可具有不同的结构。
有机发光层32可为小分子有机层或聚合物有机层。当为小分子有机层时可包括空穴注入层(HIL)、空穴传输层(HTL)、发光层(EML)、电子传输层(ETL)、电子注入层(EIL)等中的至少一个。该小分子有机层可由酞菁铜(CuPc)、N，N’-二(萘-1-基)-N，N’-二苯基联苯胺(NPB)、三-8-羟基喹啉铝(Alq3)或等通过用真空蒸镀所形成。
当有机发光层32为聚合有机层时，其可具有HTL/EML结构。该HTL可包括聚3，4-(乙亚二氧基噻吩)(PEDOT)。该EML可包括聚合有机材料，例如聚亚苯基亚乙烯基(PPV)、聚芴等。HTL和EML可通过丝网印刷、喷墨印刷或其它类似处理来形成。
有机发光层具有不同的结构，并不局限于以上描述。
象素电极31可为阳极，对向电极33可为阴极。或者，象素电极31可为阴极，而对向电极33可为阳极。
对于液晶显示装置，当制造该装置的底部基板时，底部对向层(未示出)可覆盖象素电极31。
根据本发明的TFT可用于子象素，也可用于未在显示区域中形成的驱动电路(未示出)中。
另外，有机EL装置的基板21可为柔性塑料基板。
本发明提供了一种在有机半导体层与源极和漏极之间具有低接触电阻的TFT。包括该TFT的平板显示器具有高可靠性。
显而易见地，本领域的技术人员可以在不偏离本发明的实质和范围的情况下对本发明作简单调整和改变。因此，意在本发明包括以上提供的对于本发明的简单的调整和改变，而它们均在所附权利要求和其等价物的范围内。
权利要求
1.一种薄膜晶体管，包括栅极；源极和漏极；与栅极绝缘并与源极和漏极相接触的有机半导体层；和将源极和漏极与栅极绝缘的栅极绝缘层，其中第一电容是位于有机半导体层、电极和栅极绝缘层彼此接触的第一点的电容，第二电容是位于有机半导体层与栅极绝缘层相接触的第二点的电容，第三电容是位于电极与栅极绝缘层相接触的第三点的电容，第四电容是位于有机半导体层与电极相接触的第四点的电容，而其中第一电容比第二电容、第三电容和第四电容中的一个大。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中电极是源极。
3.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中电极是漏极。
4.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中第一电容比第二电容和第三电容中的一个大。
5.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中第一电容比第二电容和第三电容都大。
6.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中第一点下面的栅极绝缘层的第一厚度小于第二点下面的栅极绝缘层的第二厚度和第三点下面的栅极绝缘层的第三厚度中的一个。
7.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中第一点下面的栅极绝缘层的第一厚度比第二点下面的栅极绝缘层的第二厚度和第三点下面的栅极绝缘层的第三厚度都小。
8.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中第一点下面的栅极绝缘层第一部分的第一介电常数比第二点下面的栅极绝缘层第二部分的第二介电常数和第三点下面的栅极绝缘层第三部分的第三介电常数中的一个大。
9.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中第一点下面的栅极绝缘层第一部分的第一介电常数比第二点下面的栅极绝缘层第二部分的第二介电常数和第三点下面的栅极绝缘层第三部分的第三介电常数都大。
10.如权利要求8所述的薄膜晶体管，其中栅极绝缘层第一部分包括二氧化硅和氮化硅中的至少之一，其中二氧化硅和氮化硅还包括至少一种选自下列的化合物TiO2、MgO、ZnO、Al2O3、SnO2、In2O3、MgF2和CaF2。
11.如权利要求10所述的薄膜晶体管，其中栅极绝缘层第二部分的一部分包括二氧化硅和氮化硅中至少之一。
12.如权利要求10所述的薄膜晶体管，其中栅极绝缘层第三部分的一部分包括二氧化硅和氮化硅中至少之一。
13.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中有机半导体层包括至少一种选自下列的化合物并五苯、并四苯、蒽、萘、α-6-噻吩、α-4-噻吩、苝及其衍生物、红荧烯及其衍生物、蒄及其衍生物、苝四羧酸二酰亚胺及其衍生物、苝四羧酸双酐及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚对亚苯基亚乙烯基及其衍生物、聚对亚苯基及其衍生物、polyflorene及其衍生物、聚噻吩亚乙烯基及其衍生物、聚噻吩-杂环芳族共聚物及其衍生物、萘的低聚并苯及其衍生物、α-5-噻吩的低聚噻吩及其衍生物、含金属或不含金属的酞菁及其衍生物、苯均四酸二酐及其衍生物和1，2，4，5-苯四甲酰二亚胺及其衍生物、苝四羧酸二酰亚胺及其衍生物、苝四羧酸双酐及其衍生物。
14.一种包括权利要求1所述的薄膜晶体管的平板显示器，其中源极和漏极中的一个与象素电极连接。
15.一种制造具有栅极、源极和漏极的薄膜晶体管的方法，包括形成与栅极绝缘并与源极和漏极相接触的有机半导体层；和形成将源极和漏极与栅极绝缘的栅极绝缘层，其中栅极绝缘层由彼此不同的第一部分和第二部分形成，其中栅极绝缘层的第一部分形成于有机半导体层、电极和栅极绝缘层彼此相接触的第一点；而栅极绝缘层的第二部分形成于有机半导体层与栅极绝缘层相接触的第二点。
16.如权利要求15所述的方法，其中第一点的电容比第二点的电容大。
17.如权利要求15所述的方法，其中栅极绝缘层的第二部分比栅极绝缘层的第一部分厚。
18.如权利要求15所述的方法，其中栅极绝缘层第一部分的介电常数比栅极绝缘层第二部分的介电常数大。
19.如权利要求15所述的方法，其中栅极绝缘层第一部分由二氧化硅和氮化硅中至少之一来制造，且其中栅极绝缘层的第一部分中的二氧化硅和氮化硅包括至少一种选自下列的化合物TiO2、MgO、ZnO、Al2O3、SnO2、In2O3、MgF2和CaF2。
20.如权利要求19所述的方法，其中栅极绝缘层第二部分的一部分由二氧化硅和氮化硅中至少之一来形成。
全文摘要
一种薄膜晶体管和采用该薄膜晶体管的平板显示器，包括栅极，源极和漏极，有机半导体层和栅极绝缘层。第一电容是位于有机半导体层、电极和栅极绝缘层彼此接触的第一点的电容，第二电容是位于有机半导体层与栅极绝缘层相接触的第二点的电容，第三电容是位于电极与栅极绝缘层相接触的第三点的电容，第四电容是一位于有机半导体层与电极相接触的第四点的电容。第一电容比第二电容、第三电容和第四电容中的一个大。
文档编号H01L51/40GK1725522SQ200510092218
公开日2006年1月25日 申请日期2005年5月24日 优先权日2004年5月24日
发明者具在本, 徐旼彻, 牟然坤 申请人:三星Sdi株式会社