专利名称：有机薄膜晶体管及其制造方法及平板显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于平板显示器的薄膜晶体管，更具体地，涉及一种防止有机半导体层表面被破坏的有机薄膜晶体管，以及具有该有机薄膜晶体管的平板显示器。
背景技术：
正在积极地进行对用于下一代显示器的有机薄膜晶体管(OTFT)的研究。OTFT使用有机膜替代硅膜来作为半导体层，并依照形成有机膜的材料分为例如使用低聚噻吩(oligothiophene)和并五苯的低分子有机薄膜晶体管、和例如聚噻吩(polythiophene)的聚合物有机薄膜晶体管。
使用有机薄膜晶体管作为开关器件的有机电致发光显示器件包括至少两个有机薄膜晶体管，例如，一个开关有机薄膜晶体管和一个驱动有机薄膜晶体管，一个电容器和具有插在上和下电极之间的有机膜层的有机发光二极管。
通常，柔性有机电致发光显示器件使用包括塑料衬底的柔性衬底。由于塑料衬底具有非常低的热稳定性，所以使用塑料衬底的有机电致发光显示器件必须通过低温工艺来制造。
因此，由于可以在低温制造有机薄膜晶体管，因此使用有机膜作为半导体层的有机薄膜晶体管大体上被考虑作为用于柔性有机电致发光显示器件的开关器件的替换物。
韩国专利公开No.2004-0028010公开了可减少薄膜淀积时间并改善空穴迁移率的并五苯薄膜晶体管。韩国专利公开物No.2002-0084427公开了有机薄膜晶体管的器件结构和可改善晶体管电性能的有机薄膜晶体管的制造方法。并且，日本公开专利No.2003-92410公开了通过把沟道区结合到具有原子团的有机化合物中而改善载流子迁移率和开/关电流比的薄膜晶体管。
具有顶栅结构的有机薄膜晶体管包括在衬底上形成的栅电极，在衬底上形成的栅绝缘膜，和在栅绝缘膜上形成的源和漏电极，以及在源和漏电极和栅绝缘膜上形成的半导体层。在这种有机薄膜晶体管中，半导体层是在衬底的整个表面上形成的未图案化的有机半导体层。结果，由于载流子例如空穴在半导体层和栅绝缘膜之间的积累，因此存在漏电流问题。为了解决上述问题，可通过激光烧蚀来构图有机半导体层。但是，激光烧蚀在图案化的半导体层的边缘部分引起热变形或重铸。因此需要克服上述问题的改进的结构和改进的制造方法，使得不存在漏电流同时没有热变形或重铸。
发明内容
因此本发明的一个目的是提供一种用于有机薄膜晶体管的改进设计。
本发明的又一个目的是提供一种使用新型薄膜晶体管的平板显示器的改进设计。
本发明的又一个目的是提供一种制造新型有机薄膜晶体管的新方法。
本发明的又一个目的是提供一种可以构图有机半导体层而不造成有机半导体层的表面损坏的有机薄膜晶体管的制造方法。
本发明的又一个目的是提供一种具有其中有机半导体层被图案化的有机薄膜晶体管的有机电致发光显示器件。
本发明的另一个目的是提供一种有机薄膜晶体管及使用它的平板显示器，以及制造有机薄膜晶体管的方法，其中可图案化有机半导体层而不损坏有机半导体层，同时防止漏电流发生并且防止热变形和防止重铸。
依照本发明的一个方面，提供一种薄膜晶体管，包括衬底，设置在衬底上的源和漏电极，接触源和漏电极并包括沟道区的半导体层，设置在半导体层上并具有与半导体层相同图形的保护膜，该保护膜包括激光吸收材料，设置在衬底上的栅电极，设置在栅电极以及源和漏电极之间的栅绝缘膜，和在半导体层内和保护膜内设置的分离图形，该分离图形适于限定半导体层的沟道区。
半导体层可以是有机半导体层，栅绝缘膜可以是单层膜和多层膜之一，单层膜和多层膜内的各层是有机膜、无机膜和有机-无机混合膜之一。保护膜可以比半导体层更薄，且可具有10-1000的厚度。保护膜可包括芳香族材料。保护膜可包括氟化物基聚合物。栅绝缘膜可包括高介电常数(高k)材料，例如Ta2O5、Y2O3、TiO2、钛酸锶钡(BST)、锆钛酸铅(PZT)和锆钛酸钡(BZT)。保护膜可包括包含选自氧化硅、氮化硅、聚乙烯醇(PVA)，聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺、聚对苯二甲撑、聚乙烯基苯酚(polyvinyl phenol，PVP)、PI/Al2O3和光敏材料的组的材料的绝缘膜。
依照本发明的另一方面，提供一种制造薄膜晶体管的方法，其包括提供包含栅极、源和漏电极以及半导体层的薄膜晶体管，在衬底上形成半导体层，在半导体层上形成保护膜，以及通过激光烧蚀构图半导体层和保护膜以限定半导体层的沟道区。
保护膜可以比半导体层更薄，且可具有10-1000的厚度。保护膜可包括氟化物基聚合物，栅绝缘膜可包括高介电常数(高k)材料，例如Ta2O5、Y2O3、TiO2、钛酸锶钡(BST)、锆钛酸铅(PZT)和锆钛酸钡(BZT)。栅极、栅绝缘膜以及源和漏电极可在形成半导体层之前形成。源和漏电极可以在形成半导体层之前形成，然后可构图半导体层，然后可形成栅绝缘膜和栅电极。可以把半导体层和保护膜构图为线形或框形来限定半导体层的沟道区。
依照本发明的另一方面，提供一种包括设置在衬底上并包含栅极、源和漏极以及具有沟道区的半导体层的薄膜晶体管的平板显示器，显示器件包含多个连接到薄膜晶体管的像素电极，设置在薄膜晶体管的栅和源和漏电极之间的栅绝缘膜，设置在半导体层上并具有与半导体层的图形相同的图形的保护膜，该保护膜的图形适于限定半导体层的沟道区，该保护膜包含激光吸收材料。
保护膜可以比半导体层更薄且可具有10-1000的厚度。保护膜可包括芳香族材料。保护膜可包括氟化物基聚合物。栅绝缘膜可包括高介电常数(高k)材料，例如Ta2O5、Y2O3、TiO2、钛酸锶钡(BST)、锆钛酸铅(PZT)和锆钛酸钡(BZT)。半导体层和保护膜均可包括适于限定沟道区的凹槽形分离图形、或线形图形、框形图形或网状图形。保护层可包括包含选自氧化硅、氮化硅、聚乙烯醇(PVA)，聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺、聚对苯二甲撑、聚乙烯基苯酚(PVP)、PI/Al2O3和光敏材料的组的材料的绝缘膜。
参考下面结合附图考虑的详细描述，对本发明及其多个附属优点的更完整的认识将容易地显而易见，并得到更好的理解，其中相似的参考标记表示相同或相似的部件，其中图1是有机薄膜晶体管的截面图；图2是示出当通过激光烧蚀来构图有机半导体层时，有机薄膜晶体管中的有机半导体层的表面损坏的扫描电子显微镜图；图3是示出依照本发明的第一实施例的有机薄膜晶体管的截面图；图4A到4D是设置在图3的有机薄膜晶体管的有机半导体层上的分离图形的平面图；图5A到5D是用于解释制造图3的有机薄膜晶体管的方法的截面图；图6是示出依照本发明的第二实施例的有机薄膜晶体管的截面图；图7是示出依照本发明的第三实施例的有机薄膜晶体管的截面图；图8A到8D是示出图7的有机薄膜晶体管中的有机半导体层上的图形的平面图；图9A到9D是用于解释制造图7的有机薄膜晶体管的方法的截面图；图10是示出依照本发明的第四实施例的有机薄膜晶体管的截面图；图11是示出依照本发明的实施例的具有有机薄膜晶体管的有机电致发光显示器件的截面图；图12是示出依照本发明的另一实施例的具有有机薄膜晶体管的有机电致发光显示器件的截面图。
具体实施例方式
现在转到附图，图1是具有顶栅结构的有机薄膜晶体管10的截面图。参考图1，有机薄膜晶体管10包括在衬底11上形成的栅电极12，在衬底11上形成的栅绝缘膜13，在栅绝缘膜13上形成的源和漏电极14和15，和在源和漏电极14和15上和栅绝缘膜13上形成的半导体层16。
在具有上述结构的有机薄膜晶体管10中，半导体层16是在衬底11的整个表面上形成的未图案化的有机半导体层。结果，由于载流子例如空穴在半导体层16和栅绝缘膜13之间的积累，因此存在漏电流的问题。为了解决上述问题，如图2所示可通过激光烧蚀构图有机半导体层。但是，激光烧蚀在图案化的半导体层的边缘部分21处引起热变形或重铸。
现在转到图3，图3是示出依照本发明的第一实施例的有机薄膜晶体管100的截面图。图3的有机薄膜晶体管100是顶栅型结构。参照图3，源和漏电极121和125形成在衬底110上。半导体层130形成在衬底以及源和漏电极121和125上以接触源和漏电极121和125，且保护膜140形成在半导体层130上。栅绝缘膜150形成在保护膜140上。栅电极155形成在栅绝缘膜150上，以对应于设置在源和漏电极121和125之间的半导体层130的沟道区135。衬底110可以是玻璃衬底、塑料衬底和金属衬底之一。金属衬底可以由不锈钢(SUS)形成。塑料衬底可以包括例如聚醚砜(PES)、聚丙烯酸酯(PAR)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚烯丙基化合物、聚酰亚胺、聚碳酸酯(PC)、三醋酸纤维素(TAC)和乙酸丙酸纤维素(CAP cellulose acetatepropinonate)的塑料膜。
半导体层130是有机半导体层。半导体层130包括有机膜，例如并五苯、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、蔻及其衍生物、苝四羧酸二酰亚胺(perylene tetracarboxylic diimide)及其衍生物、苝四羧酸二酐(perylene tetracarboxylic dianhydride)及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚对苯撑乙烯(polyparaphenylenevinylene)及其衍生物、聚对苯撑(polyparaphenylene)及其衍生物、聚芴(polyplorene)及其衍生物、聚噻吩1，2-亚乙烯基(polythiophenevinylene)及其衍生物、聚噻吩-杂环芳香族共聚物(polythiophene-heterocyclic aromatic copolymer)及其衍生物、萘的低聚并苯(oligoacene)及其衍生物、α-5-噻吩低聚噻吩及其衍生物、不包含金属的酞菁及其衍生物、苯均四酸二酐(pyromelliticdianhydride)及其衍生物、苯均四酸二酰亚胺(pyromellitic diimide)及其衍生物、苝四羧酸二酐(perylenetetracarboxylic acid dianhydride)及其衍生物、萘四羧酸二酰亚胺(naphthalene tetracarboxylic acid diimide)及其衍生物、以及萘四羧酸二酐(naphthalene tetracarboxylic acid dianhydride)及其衍生物。
栅绝缘膜150可具有一层或多层，每层可以是有机绝缘膜、无机绝缘膜或有机-无机混合膜。可用于栅绝缘膜150的无机绝缘膜的例子是SiO2、SiNX、Al2O3、Ta2O5、钛酸锶钡(BST)、锆钛酸铅(PZT)。此外，栅绝缘膜150包括一层或多层由聚苯乙烯(PS)、苯酚基聚合物、丙烯基聚合物、例如聚酰亚胺的酰亚胺基聚合物、芳醚基(arylether-based)聚合物、酰胺基聚合物、氟化物基聚合物、对二甲苯(p-zylene)基聚合物、乙烯醇基聚合物或聚对苯二甲撑制成的有机绝缘膜。
保护膜140可以是有机绝缘膜、无机绝缘膜或有机-无机混合膜。有机绝缘膜可以由光吸收材料制成，包括用于形成栅绝缘膜150的材料中的芳香族材料。保护膜140可以比半导体层130更薄。优选地，保护膜140可以具有10-1000的厚度。保护膜140由氧化硅、氮化硅、聚乙烯醇(PVA)，聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺、聚对苯二甲撑、聚乙烯基苯酚(PVP)、PI/Al2O3和光敏材料中的一种或多种制成。
保护膜140可以由氟化物基聚合物制成，其对半导体层130不具有显著的影响。由于氟化物基聚合物具有低介电常数，所以栅绝缘膜150可由具有高介电常数(高k)的材料制成。栅绝缘膜150可以是高k无机绝缘膜，例如Ta2O5、Y2O3、TiO2、钛酸锶钡(BST)、锆钛酸铅(PZT)和锆钛酸钡(BZT)。
有机薄膜晶体管100包括在半导体层130和保护膜140中形成的分离图形145。半导体层130的沟道区135，其设置在源和漏电极121和125之间并由分离图形145分开，用作有机薄膜晶体管100的沟道层。分离图形145具有凹槽形状且把沟道区135与有机薄膜晶体管的相邻沟道层分开。
现在转到图4A至4D，图4A至4D是图3的有机薄膜晶体管100的半导体层130中形成的各种分离图形设计的平面图。图4A至4D示出了形成有机电致发光显示器中的单个像素的薄膜晶体管中的薄膜晶体管，其连接到栅极线101和数据线103。本实施例描述了像素中的薄膜晶体管，但本发明不限于此。即，本发明可应用到用于有机电致发光显示器的薄膜晶体管。
参照图4A，分离图形145包括封闭的环形凹槽，其围绕沟道区135，且设置在由栅极线101和数据线103限定的像素区105中。分离图形145把沟道区135与设置在相邻像素区105a中的相邻薄膜晶体管(未示出)分开。参考数字135a和135b分别指半导体层130中沟道区135接触源和漏电极121和125的接触区。当多个薄膜晶体管设置在单个像素区中时，可以形成用于每个像素区或用于在单个像素区中设置的每个薄膜晶体管的分离图形145。可以在相应像素区105的外部形成分离图形145来与栅极线101或数据线103重叠。可以在相邻像素区105a上形成分离图形145。
现在参考图4B，分离图形145包括一对沿着栅极线101延伸的平行线凹槽，使得沟道区135设置在该对平行线凹槽之间并与设置在相邻像素区105a中的薄膜晶体管(未示出)分开。当在单个像素区中设置多个薄膜晶体管时，可以形成用于每个像素区或用于在单个像素区中设置的每个薄膜晶体管的分离图形145。对应于分离图形145的该对平行线凹槽可沿着栅极线101从相应像素区105上至相邻像素区105a延伸，使得沟道区135可以与相邻像素区105a中设置的薄膜晶体管分开。
现在参照图4C，分离图形145包括一对沿着数据线103延伸的平行的凹槽，使得沟道区135设置在该对平行线凹槽之间并与设置在相邻像素区105a中的薄膜晶体管(未示出)分开。当在单个像素区中设置多个薄膜晶体管时，可以形成用于每个像素区或用于在单个像素区中设置的每个薄膜晶体管的分离图形145。对应于分离图形145的该对平行线凹槽可沿着数据线103延伸从相应像素区105上至相邻像素区105a，使得沟道区135可以与相邻像素区105a中设置的薄膜晶体管分开。
现在参照图4D，分离图形145包括两对分别沿着栅极线101和数据线103延伸的且彼此交叉的平行线凹槽。分离图形145把设置在该两对平行线凹槽之间的沟道区135与设置在相邻像素区105a中的相邻薄膜晶体管(未示出)分开。当多个薄膜晶体管设置在单个像素区中时，对应于每一像素区或设置在单个像素区中的每个薄膜晶体管可形成分离图形145。对应于分离图形145的该两对平行线凹槽可分别沿着栅极线101和数据线103延伸从相应像素区105上至相邻像素区105a，使得沟道区135可以与设置在相邻像素区105a中的薄膜晶体管分开。
在本实施例中，通过穿过半导体层130和保护膜140完全地蚀刻以暴露源和漏电极121和125的一部分来形成凹槽形分离图形145，但本发明不限于此。例如，可以通过蚀刻半导体层130至预定厚度来形成凹槽形分离图形145。此外，图4A至4D中的分离图形145把分别设置在彼此相邻的像素区105和105a中的薄膜晶体管的沟道层分开，但是本发明不限于此。例如，分离图形145可将单个像素区中设置的多个薄膜晶体管的沟道层分开。
现在转到图5A-5D，图5A-5D是用于解释制造图3的有机薄膜晶体管100的方法的截面图。在该方法中，使用激光烧蚀工艺来构图半导体层130。参照图5A，在衬底110上形成源和漏电极121和125。衬底110可以是玻璃衬底、塑料衬底和金属衬底之一。
现在参照图5B，在衬底110以及源和漏电极121和125上形成半导体层130，并在半导体层130上形成保护膜140。半导体层130是有机半导体层。保护膜140可以是有机绝缘膜、无机绝缘膜、或有机-无机混合膜。当使用激光烧蚀工艺构图半导体层130时，保护膜140防止半导体层130的表面损坏。
现在参照图5C，使用激光烧蚀工艺蚀刻保护膜140和半导体层130，以形成分离出半导体层130的沟道区135的分离图形145。分离图形145具有如图4A-4D所示的凹槽形状。在激光烧蚀工艺准备过程中，利用保护膜140覆盖半导体层130，且形成保护膜140以具有与半导体层130相同的图形。
把保护膜140形成得比半导体层130更薄。保护膜具有小于1000的厚度，例如10-1000。如果保护膜140比半导体层130更厚，例如如果半导体层具有500-1500的厚度，且保护膜140具有1-2μm的厚度，那么当使用激光烧蚀工艺对半导体层130构图时，产生大量的颗粒。
保护膜140可包括有机绝缘膜、无机绝缘膜、或有机-无机混合膜。由于使用激光烧蚀工艺形成分离图形145，因此保护膜140可以由光吸收材料制成。例如，保护膜140可以包括由氧化硅、氮化硅、聚乙烯醇(PVA)，聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺、聚对苯二甲撑、聚乙烯基苯酚(PVP)和PI/Al2O3的一种或更多种形成的绝缘膜。保护膜140也可以包括正性或负性光敏材料。
现在参照图5D，在具有分离图形145的保护膜140上形成栅绝缘膜150。接着，在栅绝缘膜150上形成栅电极155，因此形成第一实施例的有机薄膜晶体管100。
栅绝缘膜150可以具有一层或多层，每层可以是有机绝缘膜、无机绝缘膜或有机-无机混合膜。栅绝缘膜150中的无机层可以是SiO2、SiNX、Al2O3、Ta2O5、钛酸锶钡(BST)、锆钛酸铅(PZT)之一。此外，栅绝缘膜150中的有机层可以包括聚苯乙烯(PS)、苯酚基聚合物、丙烯基聚合物、酰亚胺基聚合物例如聚酰亚胺、芳醚基聚合物、酰胺基聚合物、氟化物基聚合物、对二甲苯基聚合物、乙烯醇基聚合物、和聚对苯二甲撑中的一种或多种。
在本发明的第一实施例中，当栅绝缘膜150或保护膜140包括有机材料时，由于穿过半导体层130和保护膜140形成分离出半导体层130的沟道区135的分离图形145，所以保护膜140应当由包括吸收光的芳香族材料的有机材料形成。由于在形成分离图形145之后形成栅绝缘膜150，所以栅绝缘膜150可以是或可以不是吸收光的有机材料。当保护膜140包括具有低介电常数的氟化物基聚合物时，栅绝缘膜150可包括高k无机绝缘膜，例如Ta2O5、Y2O3、TiO2、钛酸锶钡(BST)、锆钛酸铅(PZT)和锆钛酸钡(BZT)。
现在转到图6，图6是依照本发明的第二实施例的用于柔性有机电致发光显示器中的有机薄膜晶体管200的截面图。图6的有机薄膜晶体管200是底栅型结构。参照图6，在衬底210上形成栅极215，在衬底210上形成覆盖栅极215的栅绝缘膜220。在栅绝缘膜220上形成源和漏电极231和235。在栅绝缘膜220上形成半导体层240以接触源和漏电极231和235。在半导体层240上形成保护膜250。
衬底210可以是玻璃衬底、塑料衬底和金属衬底之一。半导体层240是有机半导体层。栅绝缘膜220可以具有一层或多层，每层可以是有机绝缘膜、无机绝缘膜、和有机-无机混合膜。保护膜250吸收光，且可以是有机绝缘膜、无机绝缘膜、或有机-无机混合膜。保护膜250形成得比半导体层240更薄，且具有小于1000的厚度，例如10-1000。
有机薄膜晶体管200包括在半导体层240和保护膜250中形成的分离图形255。通过分离图形255分离出在源和漏电极231和235之间设置的半导体层240的沟道区245，该沟道区245用作有机薄膜晶体管200的沟道层。分离图形255把沟道区245从有机薄膜晶体管的相邻沟道层分开，并具有凹槽形状，如图4A-4D所示。
制造图6的有机薄膜晶体管200的方法与图5A-5D所示的制造有机薄膜晶体管100的方法相似。在衬底210上形成栅电极215、栅绝缘膜220、以及源和漏电极231和235。接着，在所得到的结构上形成半导体层240和保护膜250，且使用激光烧蚀工艺构图半导体层240来形成分离图形255。依照第二实施例，在半导体层240上形成保护膜250，接着使用激光烧蚀方法构图半导体层240，使得能够在避免载流子积累的同时避免半导体层240的表面损坏，由此减小晶体管的关断电流。
现在转到图7，图7是依照本发明的第三实施例的有机薄膜晶体管300的截面图。有机薄膜晶体管300是与图3的晶体管100的结构相似的顶栅型结构。参照图7，在衬底310上形成源和漏电极321和325，半导体层335形成在衬底310上，在源和漏电极321和325上方并与其接触，以及在源和漏电极321和325之间。保护膜345形成在半导体层335之上。构图保护膜345和半导体层335以形成沟道区。在所得到的结构上形成栅绝缘膜350，且在栅绝缘膜350上形成栅电极355。
衬底310可以是玻璃衬底、塑料衬底或金属衬底之一。金属衬底可以由不锈钢(SUS)形成。塑料衬底可以包括例如聚醚砜(PES)、聚丙烯酸酯(PAR)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚烯丙基化合物、聚酰亚胺、聚碳酸酯(PC)、三醋酸纤维素(TAC)或乙酸丙酸纤维素(CAP)的塑料膜。
半导体层335是有机半导体层。半导体层335是有机膜，例如并五苯、并四苯、蒽、萘、a-6-噻吩、a-4-噻吩、苝及其衍生物、红荧烯及其衍生物、蔻及其衍生物、苝四羧酸二酰亚胺(perylene tetracarboxylic diimide)及其衍生物、苝四羧酸二酐(perylene tetracarboxylic dianhydride)及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚对苯撑乙烯(polyparaphenylenevinylene)及其衍生物、聚对苯撑(polyparaphenylene)及其衍生物、聚芴及其衍生物、聚噻吩1，2-亚乙烯基(polythiophenevinylene)及其衍生物、聚噻吩-杂环芳香族共聚物(polythiophene-heterocyclic aromatic copolymer)及其衍生物、萘的低聚并苯(oligoacene)及其衍生物、a-5-噻吩低聚噻吩及其衍生物、不包含金属的酞菁及其衍生物、苯均四酸二酐(pyromelliticdianhydride)及其衍生物、苯均四酸二酰亚胺(pyromellitic diimide)及其衍生物、苝四羧酸二酐(perylenetetracarboxylic acid dianhydride)及其衍生物、萘四羧酸二酰亚胺(naphthalene tetracarboxylic acid diimide)及其衍生物、或萘四羧酸二酐(naphthalene tetracarboxylic acid dianhydride)及其衍生物。
栅绝缘膜350可具有一层或多层，每层可以是有机绝缘膜、无机绝缘膜或有机-无机混合膜。栅绝缘膜350中的无机绝缘膜可以是SiO2、SiNX、Al2O3、Ta2O5、BST、和PZT之一。栅绝缘膜350中的有机绝缘膜可以是聚苯乙烯(PS)、苯酚基聚合物、丙烯基聚合物、例如聚酰亚胺的酰亚胺基聚合物、芳醚基聚合物、酰胺基聚合物、氟化物基聚合物、对二甲苯基聚合物、乙烯醇基聚合物或聚对苯二甲撑。
保护膜345包括正性或负性光敏材料。保护膜345形成得比半导体层335更薄，并可具有小于1000的厚度，例如10-1000。在图7的有机薄膜晶体管300中，对应于栅极355构图半导体层335。
现在转到图8A-8D，图8A-8D是示出依照本发明的第三实施例的图7的有机薄膜晶体管300中的半导体层335的可能图形的平面图。图8A-8D关于有机电致发光显示器的单个像素中的薄膜晶体管中的连接到栅极线301和数据线303的单个薄膜晶体管。第三实施例应用于像素中的薄膜晶体管，但本发明不限于此。例如，第三实施例也可以应用于任何用于有机电致发光显示器中的薄膜晶体管。
现在参照图8A，对于由栅极线301、数据线303和电源线(未示出)、以及对应于源和漏电极321和325以及源和漏电极321与325之间的空间的框形图形来限定的每个像素区305，分别设置半导体层335。当在像素区305中设置多个薄膜晶体管时，半导体层335具有对应于该多个薄膜晶体管的每一个的框形图形，或对应于该多个薄膜晶体管的框形图形。半导体层335可以形成为框形以与相应的像素区305的外部的栅极线301或数据线303重叠。可以在相邻像素区305a上形成半导体层335以分开设置在相邻像素区305a中的薄膜晶体管。
现在参照图8B，在由栅极线301和数据线303限定的多个像素区中，半导体层335具有沿着设置在第一方向例如行方向(左到右)上的像素区延伸的线形。半导体层335与在设置在该多个像素区中的相邻行中的像素区305a中设置的薄膜晶体管分开。当在像素区中设置多个薄膜晶体管时，半导体层335具有对应于该多个薄膜晶体管的每一个的线形图形，或对应于该多个薄膜晶体管的线形图形。半导体层335可以具有形成与相应的像素区305的外部的栅极线301重叠的线形图形，或是沿着相邻像素区305a上方的栅极线301延伸的线形图形。
现在参照图8C，在由栅极线301和数据线303限定的该多个像素区中，半导体层335具有延伸以对应于在第二方向例如列方向(上和下)上设置的像素区的线形。形成半导体层335以与在设置在该多个像素区中的相邻列中的像素区305a中设置的薄膜晶体管分开。当多个薄膜晶体管设置在像素区305中时，半导体层335具有对应于该多个薄膜晶体管的每一个的线形图形，或对应于该多个薄膜晶体管的线形图形。半导体层335可以具有形成以与相应像素区305外部的数据线303重叠的线形图形，或沿着相邻像素区305a上的数据线303延伸的线形图形。
现在参照图8D，在由栅极线301和数据线303限定的该多个像素区中，半导体层335具有对应于在行和列(即第二和第一)方向上设置的像素区305的网状形状。在对应于该多个像素区的部分中，沿着数据线303和栅极线301形成半导体层335。当在像素区中设置多个薄膜晶体管时，半导体层335具有对应于该多个薄膜晶体管的每一个的网状图形，或对应于该多个薄膜晶体管的网状图形。半导体层335可具有形成以与相应的像素区305外部的栅极线301和/或数据线303重叠的网状图形，或沿着相邻像素区305a上的栅极线301和数据线303延伸的网状图形。
现在转到图9A-9D，图9A-9D是用于解释制造图7的有机薄膜晶体管300的方法的截面图。参照图9A，在衬底310上形成源和漏电极321和325，在衬底310的整个表面上形成覆盖源和漏电极321和325的有机半导体材料330。在半导体材料330上形成用于保护膜的光敏材料340。衬底310可以是玻璃衬底、塑料衬底和金属衬底之一。
现在参照图9B，曝光、显影和构图光敏材料340以形成保护膜345，使得部分保护膜345留在源和漏电极321与325以及源和漏电极321与325之间的空间上。在随后的干法蚀刻工艺中，剩余的保护膜345用作保护下面的有机半导体材料330。
现在参照图9C，使用保护膜345作为蚀刻掩模，干法蚀刻有机半导体材料330的暴露部分，以形成半导体层335。构图半导体层335以具有如图8A-8D所示的各种图形。
现在参照图9D，在所得到的结构上形成栅绝缘膜350，且在栅绝缘膜350上形成栅电极355(图9D中未示出)，以形成图7的有机薄膜晶体管300。
现在转到图10，图10是示出依照本发明的第四实施例的有机薄膜晶体管400的截面图。有机薄膜晶体管400是底栅结构型薄膜晶体管。现在参照图10，在衬底410上形成栅电极420，并在栅电极420和衬底410上形成栅绝缘膜425。在栅绝缘膜425上形成源和漏电极431和435。在源和漏电极431和435上形成半导体层445，并在半导体层445上形成保护膜455。与图7的薄膜晶体管300类似，衬底410可以是玻璃衬底、塑料衬底或金属衬底之一。栅绝缘膜420可具有一层或多层，每层可以是有机绝缘膜、无机绝缘膜或有机-无机混合膜。半导体层445是有机半导体层。保护膜445包括正性或负性光敏材料。
制造图10的有机薄膜晶体管400的方法包括使用图案化的保护膜455作为蚀刻掩模构图半导体层445，且与制造图7的有机薄膜晶体管300的方法相似。即，在衬底410上形成栅电极420、栅绝缘膜425以及源和漏电极431和435。接着，在衬底410上形成有机半导体材料和光敏材料。然后，曝光、显影并构图光敏材料以形成图案化的保护膜455。在干法蚀刻期间图案化的保护膜455和蚀刻掩模构图下面的半导体层445。接着构图有机半导体材料，由此形成半导体层445。
依照图10的第四实施例，使用如图9A-9D所示的利用保护膜455的干法蚀刻工艺来构图半导体层445，使得能够防止半导体层445的表面损坏并防止载流子积累，由此减小晶体管的关断电流。
现在转到图11，图11是示出依照本发明的实施例的具有与图3的有机薄膜晶体管100相似的顶栅型有机薄膜晶体管的有机电致发光显示器500的截面图。图11对应于单个像素并示出有机发光器件和在有机电致发光显示器500的单个像素中驱动有机发光器件的驱动薄膜晶体管。
由于显示器500的晶体管部分的结构与图3的晶体管100的结构相似，因此制造显示器500的晶体管部分的方法与图5A-5D的方法相似。现在参照图11，在衬底510上形成源和漏电极521和525。在衬底510上和在源和漏电极521与525上形成半导体层530，以接触源和漏电极521和525。然后在半导体层530上形成保护膜540。在半导体层530和保护膜540中形成限定沟道区535的分离图形545，以分开薄膜晶体管的相邻沟道层(未示出)。在所得到的结构上形成栅绝缘膜550，并在栅绝缘膜550上形成栅电极555。
衬底510可以是玻璃衬底、塑料衬底和金属衬底之一。半导体层530是有机半导体材料。栅绝缘膜550可具有一层或多层，每层可以是有机绝缘膜、无机绝缘膜或有机-无机混合膜。当构图半导体层530以形成限定沟道区535的分离图形545时，保护膜540保护沟道区535的表面。半导体层530具有与图4A-4D所示的半导体层130中的凹槽图形相同的凹槽图形。
保护膜540可以是有机绝缘膜、无机绝缘膜、或有机-无机混合膜，且包括氧化硅、氮化硅、聚乙烯醇(PVA)，聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺、聚对苯二甲撑、聚乙烯基苯酚(PVP)和PI/Al2O3中的一种。此外，保护膜540可以包括正性或负性光敏材料。保护膜540形成得比半导体层530更薄，并可具有小于1000的厚度，例如10-1000。
保护膜540可以由氟化物基聚合物制成，其对下面的半导体层530不具有显著的影响。由于氟化物基聚合物具有低介电常数，所以栅绝缘膜550可由具有高介电常数的材料制成。栅绝缘膜550可以包括高k无机绝缘膜，例如Ta2O5、Y2O3、TiO2、BST、PZT和BZT。然后，在栅绝缘膜上形成栅电极555。
在栅电极555和栅绝缘膜550上形成钝化膜560。在钝化膜560上形成有机发光器件的下电极570。下电极570通过通孔565连接到漏电极525。在钝化膜560上形成像素分离膜580，且像素分离膜580包括暴露部分下电极570的孔585。在被孔585暴露的部分下电极570上形成有机膜层590。在有机膜层590和像素分离膜580上形成上电极595。有机膜层590可以包括一层或多层有机层，例如空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和空穴阻挡层。
现在转到图12，图12是示出依照本发明的另一个实施例的具有顶栅型结构的有机薄膜晶体管的有机电致发光显示器600的截面图。图12对应于单个像素，且示出了有机发光器件和在有机电致发光显示器600的单个像素中驱动有机发光器件的驱动薄膜晶体管。在图12的显示器600中，晶体管部分与图7的晶体管300相似。
在形成显示器600中，由于显示器600的晶体管部分与图7的晶体管300相似，所以制造显示器600的晶体管部分的方法与图9A-9D的方法相似。现在参照图12，在衬底610上形成源和漏电极621和625，并在源和漏电极621和625上形成半导体层635和保护膜645。构图半导体层635和保护膜645以形成与相邻薄膜晶体管(未示出)的沟道层分开。在所得到的结构上形成栅绝缘膜650，并在栅绝缘膜650上形成栅电极655。
衬底610可以是玻璃衬底、塑料衬底和金属衬底之一。半导体层635是有机半导体材料。栅绝缘膜650可具有一层或多层，每层可以是有机绝缘膜、无机绝缘膜或有机-无机混合膜。
保护膜645用作蚀刻掩模并当通过干法蚀刻构图半导体层635时保护半导体层635的表面。半导体层635具有与图8A-8D所示的半导体图形335相似的凹槽图形。保护膜645包括正性或负性光敏材料。保护膜645形成得比半导体层635更薄，并可具有小于1000的厚度，例如10-1000。
在所得到的结构上形成钝化膜660，在钝化膜660上形成有机发光器件的像素分离膜680、下电极670、有机膜层690和上电极695。下电极670通过通孔665连接到漏电极625。通过暴露部分下电极670的孔685穿过像素分离膜680。
在图11和12的实施例中，有机电致发光显示器包括具有分别如图3和图7所示的顶栅结构的薄膜晶体管，但是图11和12的实施例也可以应用于包括分别如图6和图10所示的具有底栅结构的薄膜晶体管的有机电致发光显示器。
有机薄膜晶体管和采用它的有机电致发光显示器不限于依照本发明的实施例的附图中所示的结构，因此可应用于任何其中使用保护膜构图半导体层以把薄膜晶体管的沟道层与相邻薄膜晶体管的沟道层分开的结构。
已经描述了具有有机薄膜晶体管作为开关器件的有机电致发光显示器，但本发明不限于此。例如，本发明也可应用于使用有机薄膜晶体管作为开关器件的平板显示器，由此可以减小薄膜晶体管的关断电流，并可以防止有机半导体层的表面损伤。
依照本发明，使用激光烧蚀方法构图半导体层，使得能够防止有机半导体层的表面损坏并防止载流子积累，由此减小晶体管的关断电流。
虽然参照其示例性实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，可以在不脱离下述权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下进行形式和细节上的各种改变。
权利要求
1.一种薄膜晶体管，包括衬底；在衬底上设置的源和漏电极；接触源和漏电极并包括沟道区的半导体层；设置在半导体层上并具有与半导体层相同的图形的保护膜，该保护膜包含激光吸收材料；在衬底上设置的栅电极；在栅和源和漏电极之间设置的栅绝缘膜；和在半导体层内和保护膜内设置的分离图形，该分离图形适于限定半导体层的沟道区。
2.如权利要求1的薄膜晶体管，其中半导体层是有机半导体层，且栅绝缘膜是单层膜和多层膜中的一种，单层膜和多层膜内的各层选自由有机膜、无机膜和有机-无机混合膜构成的组。
3.如权利要求1的薄膜晶体管，其中保护膜比半导体层薄，且具有10-1000的厚度。
4.如权利要求1的薄膜晶体管，其中保护膜包含芳香族材料。
5.如权利要求4的薄膜晶体管，其中保护膜包含氟化物基聚合物。
6.如权利要求5的薄膜晶体管，其中栅绝缘膜包含选自由Ta2O5、Y2O3、TiO2、钛酸锶钡(BST)、锆钛酸铅(PZT)和锆钛酸钡(BZT)构成的组的高介电常数(高k)材料。
7.如权利要求1的薄膜晶体管，其中保护膜包括光敏材料；和绝缘材料，其包括选自由氧化硅、氮化硅、聚乙烯醇(PVA)，聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺、聚对苯二甲撑、聚乙烯基苯酚(PVP)和PI/Al2O3构成的组的材料。
8.一种方法，包括提供包含栅、源和漏电极以及半导体层的薄膜晶体管；在衬底上形成半导体层；在半导体层上形成保护膜；以及通过激光烧蚀构图半导体层和保护膜以限定半导体层的沟道区。
9.如权利要求8的方法，其中保护膜比半导体层薄，且具有10-1000的厚度。
10.如权利要求8的方法，其中保护膜包含氟化物基聚合物，以及栅绝缘膜包含选自由Ta2O5、Y2O3、TiO2、钛酸锶钡(BST)、锆钛酸铅(PZT)和锆钛酸钡(BZT)构成的组的高介电常数(高k)材料。
11.如权利要求8的方法，其中在所述形成半导体层之前形成栅、栅绝缘膜以及源和漏电极，或其中在形成半导体层之前形成源和漏电极，然后对半导体层构图，接着形成栅绝缘膜和栅电极。
12.如权利要求8的方法，其中把半导体层和保护膜构图为线形或框形以限定半导体层的沟道区。
13.一种平板显示器，包括薄膜晶体管，其设置在衬底上且包括栅、源和漏电极以及具有沟道区的半导体层；包含连接到薄膜晶体管的多个像素电极的显示器件；在薄膜晶体管的栅和源和漏电极之间设置的栅绝缘膜；和保护膜，其设置在半导体层上且具有与半导体层的图形相同的图形，保护膜的图形适于限定半导体层的沟道区，保护膜包含激光吸收材料。
14.如权利要求13的平板显示器，其中保护膜比半导体层薄，且具有10-1000的厚度。
15.如权利要求13的平板显示器，其中保护膜包含芳香族材料。
16.如权利要求15的平板显示器，其中保护膜包含氟化物基聚合物。
17.如权利要求16的平板显示器，其中栅绝缘膜包含选自由Ta2O5、Y2O3、TiO2、钛酸锶钡(BST)、锆钛酸铅(PZT)和锆钛酸钡(BZT)构成的组的高介电常数(高k)材料。
18.如权利要求13的平板显示器，其中半导体层和保护膜均包含适于限定沟道区的凹槽形分离图形、线形图形、框形图形或网状图形。
19.如权利要求13的平板显示器，进一步包括彼此交叉的多个栅极线和多个数据线，以及由该多个栅极线和该多个数据线限定的多个像素区，其中薄膜晶体管和显示器件均设置所述多个像素区之一，其中半导体层和保护膜均包含封闭的环形凹槽或沿着该多个栅极线之一和该多个数据线之一延伸的至少一对平行线形凹槽的分离图形，或者其中半导体层和保护膜均包含对应于源和漏电极及该源和漏电极之间的空间的框形图形，沿栅极线或数据线方向延伸的线形图形，或沿栅极线与数据线方向延伸的网状图形。
20.如权利要求13的薄膜晶体管，其中保护膜包括光敏材料；和绝缘材料，其包括选自由氧化硅、氮化硅、聚乙烯醇(PVA)，聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺、聚对苯二甲撑、聚乙烯基苯酚(PVP)和PI/Al2O3构成的组的材料。
全文摘要
一种防止有机半导体层的表面损坏并减小关断电流的有机薄膜晶体管及其制造方法，和一种结合该有机薄膜晶体管的有机发光器件。有机薄膜晶体管包括衬底、在衬底上设置的源和漏电极、接触源和漏电极并包括沟道区的半导体层、在半导体层上设置的且具有与半导体层相同的图形的保护膜，该保护膜包括激光吸收材料、设置在栅和源和漏电极之间的栅绝缘膜、设置在栅绝缘膜上的栅电极、以及在半导体层和保护膜内设置的分离图形，该分离图形适于限定半导体层的沟道区。
文档编号H01L27/32GK1874023SQ20061009347
公开日2006年12月6日 申请日期2006年5月24日 优先权日2005年5月24日
发明者安泽, 徐旼彻, 牟然坤 申请人:三星Sdi株式会社