专利名称：自对准有机薄膜晶体管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种有机薄膜晶体管，更具体地，涉及一种自对准有 机薄膜晶体管及其制造方法，其中，通过使用栅极电极作为掩模执行 背后啄光，直接对导电层构图，从而形成自对准源极/漏极电极。
背景技术：
最近，对将有机化合物用作半导体材料的研究已经在积极进行中。
在薄膜晶体管(TFT)领域，关于使用诸如并五苯的有机半导体来替代 诸如硅的无机材料的研究也已经在积极进行中。有机半导体通过各种 不同方法合成，易于形成为纤维或膜的形状，并且制造起来相对廉价。 由于可以在IOOC或更低的温度下使用有机半导体制造器件，所以可以 使用塑料衬底。另外，有机半导体具有优良的柔性以及传导性，从而 使有机半导体能够有效应用于各种柔性器件。
下文中，将参照附图描述常规的有机TFT。图l-4为图示常规的 有机TFT及其制造方法的截面图。
首先，如图1所示，第一导电层沉积在衬底11上并被构图，从而 形成栅极电极12。接着，如图2所示，栅极介电层13形成在衬底11 上面，以覆盖栅极电极12。然后，如图3所示，第二导电层沉积在栅 极介电层13上并被构图，从而形成源极/漏极电极14。随后形成有机 半导体层15，如图4所示。
在常规的有机TFT 10中，源极/漏极电极14中的每一个具有与栅 极电极12局部交叠的部分16。形成于两个电极12和14之间的交叠 部分16引发寄生电阻和寄生电容。因此，存在的问题在于有机TFT 10 的电特性可能降低。
发明内容
技术问题
因此，本发明的一个目标在于，通过防止在源极/漏极电极和栅极电极之间形成交叠部分来提供有机TFT的改进的电特性。 本发明的另一目标在于简化有机TFT的制造方法。 技术方案
为了实现这些目标，本发明提供一种自对准有机TFT及其制造方 法，其中，通过使用栅极电极作为掩模执行背后曝光来直接对导电层 构图，从而形成自对准源极/漏极电极。另外，本发明提供一种使用巻 到巻(reel-to-reel)过程的自对准有机TFT的制造方法。
根据本发明的自对准有机TFT包括衬底；栅极电极，其被构图 且形成于所述衬底上；栅极介电层，其覆盖所述衬底和栅极电极；源 极/漏极电极，其形成于所述栅极介电层上，使得它们与所述栅极电极 自对准，且不与所述栅极电极交叠；和有机半导体层，其形成于所述 源极/漏极电极之间和之上。
所述栅极介电层可由可透射紫外光(UV)的介电材料形成，并且 所述源极/漏极电极可由可UV固化的导电材料形成。
根据本发明的自对准有机TFT的制造方法包括步骤提供村底； 由被构图于所述衬底上的第一导电层形成栅极电极；在所述衬底上面 形成栅极介电层，以覆盖所述栅极电极；在所述栅极介电层上形成第 二导电层；执行UV背后曝光，用以使用所述栅极电极作为掩模，从所 述衬底的底侧用UV照射所述第二导电层；通过使所述第二导电层显 影，形成源极/漏极电极，所述源极/漏极电极与所述栅极电极自对准 而不与所述栅极电极交叠；以及在所述源极/漏极电极之间和之上形成 有机半导体层。
形成栅极电极的步骤可包括用阴影掩模覆盖所述衬底并热沉积所 述第一导电层的步骤。另外，形成栅极电极的步骤可包括使用热沉积、 电子束蒸发、溅射、微接触印刷和纳米压印中的任一种在所述衬底上 形成所述第一导电层的步骤。
形成栅极介电层的步骤可使用旋涂或层压法执行。优选地，所述 栅极介电层由可透射UV的介电材料形成。具体而言，所述栅极介电层 可由聚-4-乙烯基苯酚(PVP)、聚酰亚胺、聚乙烯醇(PVA)、聚苯乙 烯(PS)以及有机/无机材料的混合介电材料中的任一种形成。
形成第二导电层的步骤可使用丝网印刷、喷印、喷墨印刷、凹版印刷、胶印、反面胶印(reverse-offset)、凹版胶印以及苯胺印刷 (flexography)中的任一种执行。优选地，所述第二导电层由可UV
固化的导电材料形成。具体而言，所述第二导电层可处于浆状态或墨
状态，其中粉末状导电材料散布在UV固化树脂中。
形成有机半导体层的步骤可使用热沉积或喷墨印刷方法执行。在
此，所述有机半导体层优选地由并五苯、并四苯、蒽或者TIPS并五苯 [6, 13-双(三异丙基甲硅烷基乙炔基)并五苯]、P3HT[聚(3-己基噻
吩)]、F8T2 [聚(9， 9-二辛基药-共二瘗吩)]、PQT-12 [聚(3， 3-双十
二烷基四瘗吩)]和PBTTT[聚(2，5-双(3-四癸基瘗吩-2-基)瘗吩并噻吩]
(PBTTT[poly(2， 5-bis(3-tetradecy1thiphene-2-yl)thieno[3， 2-b ]thiophene])中的任一种形成。 所述衬底可由塑料或玻璃形成。
同时，所述衬底可设置为巻状。在此情况下，形成栅极电极、形 成栅极介电层、形成第二导电层、执行UV背后曝光、形成源极/漏极 电极以及形成有机半导体的步骤中的至少两个步骤可连贯执行，同时 所述巻状衬底被连续展开和传送。
有益效果
根据本发明的有机TFT具有如下结构，在该结构中，源极/漏极电 极被形成为与栅极电极自对准并因此不彼此交叠。因此，有机TFT的 电特性可得到改进。
具体而言，在本发明的有机TFT中，栅极介电层由可透射UV的介 电材料形成，并且用于源极/漏极电极的第二导电层由可UV固化的导 电材料形成。因此，可以将栅极电极用作掩模而执行UV背后曝光，并 且第二导电层可以被直接构图，而不需要采用应该使用光致抗蚀剂图 案的典型构图方法。因此，可以形成与栅极电极自对准的源极/漏极电 极，并可简化过程。此外，在本发明中，可以使用巻到巻过程制造有 机TFT，因此，可以简化整个制造过程。
图1-4为图示常规的有机TFT及其制造方法的截面图。图5为示出根据本发明的一个实施方案的自对准有机TFT的构造的 截面图。
图6为图示根据本发明的一个实施方案的自对准有机TFT的制造方 法的流程图。
图7-12为图示图6所示的制造方法中的各个过程的截面图。 图13为图示图6所示的制造方法中的巻到巻过程的立体图。
具体实施例方式
下文中，将参照附图详细描述本发明的实施方案。
在这些实施方案中，将省略在本发明所属领域中众所周知且不与 本发明直接相关的技术性描述。通过省略不必要的描述，将更为清晰 地传达本发明的主题类别而不会使其模糊。
在附图中， 一些部件被示意性示出，或被夸大，或被省略，并且 每个部件的尺寸并不完全反映实际尺寸。在所有附图中，相同的附图 标记指代整个说明书和所有附图中的相同元件。
自对准有机薄膜晶体管的构造
图5是显示根据本发明一实施方案的自对准有机TFT的构造的截 面图。
参照图5,有机TFT 20包括被构图和形成于衬底21上的栅极 电极22;栅极介电层23,其覆盖衬底21和栅极电极22;源极/漏极 电极25，其形成于栅极介电层23上以与栅极电极22自对准；和有机 半导体层26，其形成于源极/漏极电极25之间和之上。
在有机TFT20的构造中，源极/漏极电极25被形成为与栅极电极 22自对准，使得不产生交叠部分。因此，可以防止如下问题在如在 常规的有机TFT中所述的交叠部分16 (见图4)中产生寄生电阻和寄 生电容，并且可以改进有机TFT 20的电特性。
下文中将描述有机TFT的制造方法。根据以下描述，上述有机TFT 的构造也将变得清晰。
自对准有机薄膜晶体管的制造方法
图6是图示根据本发明一实施方案的自对准有机TFT的制造方法 的流程图，图7-12是图示图6所示的制造方法中的各个过程的截面图。
首先，如图6和7所示，制备衬底21 (步骤Sl )。村底21为玻璃或塑料衬底。诸如聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚对苯二 甲酸乙二醇酯(PET)的聚合物可用作塑料衬底的材料。
其后，在衬底21上形成栅极电极22 (步骤S2 )。可以通过将第一 导电层沉积且构图于衬底21上的方法，或通过用图形掩模覆盖衬底 21然后沉积第一导电层的方法，来形成栅极电极22。举例而言，才艮据 后一方法，用阴影掩模覆盖衬底21,并执行热蒸发过程。在这种情况 下，举例而言，第一导电层可以以1/秒的沉积速率沉积至最高达400 的厚度。同时，在前一方法的情况下，第一导电层的构图过程可采用 众所周知的光刻技术执行。
在步骤S2中，形成第一导电层的方法除了热蒸发外，还可包括电 子束蒸发、溅射、微接触印刷、纳米压印等。通常，栅极电极由各种 金属材料形成，所述金属材料包括A1、 Cr、 Mo、 Cu、 Ti、 Ta等。然而， 栅极电极可由导电的非金属材料形成。
在形成栅极电极22之后，在衬底21上面形成栅极介电层23,以 覆盖栅极电极22,如图6和8所示(步骤S3 )。使用诸如旋涂或层压 的方法形成栅极介电层23。举例而言，在旋涂的情况下，采用25mm 注射器施加介电材料30秒，同时以1000rpm的速率旋转卡盘。因此， 栅极介电层23可被形成为约5500的厚度。然后，在100C的烘箱中 执行烘焙过程10分钟，或者在200C的烘箱中执行烘焙过程5分钟。
可透射紫外光(UV)的介电材料用作栅极介电层23的材料。举例 而言，栅极介电层23可包括诸如聚-4-乙烯基苯酚(PVP)、聚酰亚胺、 聚乙烯醇(PVA)和聚苯乙烯(PS)的材料，以及诸如氧化铝/聚苯乙 烯(A1203/PS)的有机/无机材料的混合介电材料。
举例而言，当通过旋涂过程由PVP形成栅极介电层23时，PVP在 溶剂中和交联剂混合，然后被涂敷。此时，丙二醇单曱基醚醋酸酯 (PGMEA)可用作溶剂，并且公知为CLA的聚(三聚氰胺-曱醛)可用 作交联剂。PGMEA:PVP:CLA的重量比为100:10:5。
然后，如图6和9所示，在栅极介电层23上形成第二导电层24 (步骤S4)。第二导电层24为将在接下来的过程中被构图为源极/漏 极电极的层，该第二导电层在栅极电极22上方被形成而与栅极电极 22交叠。第二导电层24的形成方法可包括丝网印刷、喷印、凹版印刷、喷墨印刷、胶印、反面胶印、凹版胶印以及苯胺印刷中的任一种。
可UV固化的导电材料用作笫二导电层24的材料。该材料可处于浆状 态或墨状态，其中，诸如Ag、 Au、 Zn、 Cu、碳纳米管或导电聚合物的 粉末状导电材料散布在UV固化树脂中。该UV固化树脂包含起反应而 产生UV能量的光引发剂。
然后，如图6和IO所示，执行UV背后啄光(步骤S5)。也就是 说，使用栅极电极22作为掩模，从衬底20的底侧用UV对第二导电层 24进行照射。举例而言，UV的照射强度为7mW/cm2，并且UV的照射时 间为60分钟。在第二导电层中，覆盖以栅极电极22的部分24a的属 性保持不变，但未覆盖以栅极电极22的部分24b被UV固化，于是其 属性得以改变。第二导电层在接下来的显影过程中被显影剂去除，但 其属性被UV改变的部分24b并不被显影剂去除。
更具体地，UV能量与包含在UV固化树脂中的光引发剂反应，以 形成自由基，并且通过允许该自由基与该树脂中的单体或低聚体反应 而瞬时形成聚合物。该单体或低聚体在常态(1大气压和25C)下为液 体。然而，当强烈的UV能量被应用于所述液体时，引发聚合反应，于 是，所述液体被改变成在外观上为固体的聚合物。也就是说，引发固 化反应。
在执行UV背后膝光之后，如图6和11所示通过使第二导电层24 显影形成源极/漏极电极25。举例而言，异丙醇(IPA)用作显影剂。 作为显影过程的示例，将第二导电层浸在IPA溶液中2至3分钟，并 用IPA溶液进行清洗。随后，在流动的去离子(DI)水中对第二导电 层进行清洗，然后将其在120C的温度下烘焙5分钟。
这样，由于源极/漏极电极25由使用栅极电极22作为掩模而爆光 的第二导电层24形成，所以通过自对准它们并不与栅极电极22交叠。 因此，可以消除寄生电阻和寄生电容，并且可以改进电特性。此外， 代替使用光致抗蚀剂图案对导电层进行蚀刻的典型构图方法，可以直 接对第二导电层24进行构图，从而能够使过程大为简化。
接下来，如图6和12所示，有机半导体层26形成于源极/漏极电 极25之间和之上(步骤S7 )。优选地，有机半导体层26通过热沉积 或喷墨打印方法形成。此时，有机半导体层25优选由低分子有机半导体和聚合物有机半导体中的任一种形成，所述低分子有机半导体例如
并五苯、并四苯、蒽或者TIPS并五苯[6，13-双(三异丙基甲硅烷基乙 炔基)并五苯],所述聚合物有机半导体诸如P3HT [聚(3-己基噻吩)]、 F8T2 [聚(9, 9-二辛基芴-共二噻吩)]、PQT-12 [聚(3， 3-双十二烷基 四噻吩)]或PBTTT [聚(2， 5-双(3-四癸基噻吩-2-基)噻吩并[3， 2-b] 噻吩]。
同时，在上述自对准有机TFT的制造方法中可以使用巻到巻过程。 图13为图示图6所示的制造方法中的巻到巻过程的立体图。
参照图13，衬底21被设置为巻形状，并且在巻状衬底21被连续 展开和传送的同时，连贯地执行所有过程(至少两个过程)。衬底21 被设置成正围绕第一传送滚筒31巻绕的状态，并且在执行一系列过程 之后再围绕第二传送滚筒32巻绕。举例而言，可以使用上述过程中的 微接触印刷或纳米压印来执行栅极电极22的沉积过程，并且可以4吏用 层压过程来执行栅极介电层23的形成过程。附图标记33表示将栅极 介电层23设置成巻状的第三传送滚筒，附图标记34表示执行层压过 程的一对压力滚筒。
将用作源极/漏极电极25的第二导电层24通过丝网印刷过程形 成，其中，附图标记35表示丝网印刷掩模和在其中使用的挤压机。举 例而言，如果源极/漏极电极25通过UV背后曝光和显影过程形成，则 有机半导体层26通过分配过程形成。附图标记36表示在其中使用的 分配器。
发明状况
提供图13的巻到巻过程仅出于说明的目的，并且主要过程被示意 性示出。本发明并不限于此。另外，上文所述的实施方案和其中所用 术语以一般的含义使用，仅仅为了易于阐释本发明的主题和帮助理解 本发明，而并不限制本发明的范围。本领域技术人员将明了，除了在 此公开的实施方案之外，在本发明的技术精神内还可以对其进行各种 #"改和改变。
工业适用性
根据本发明的有机TFT具有以下结构，在该结构中，源极/漏极电 极被形成为与栅极电极自对准，使得它们并不彼此交叠。因此，可以改进有机TFT的电特性。
具体而言，在本发明的有机TFT中，栅极介电层由可透射UV的介 电材料形成，并且用于源极/漏极电极的第二导电层由可UV固化的导 电材料形成。因此，可以将栅极电极用作掩模而执行UV背后曝光，并 且第二导电层可以直接被构图，而不需要采用应该使用光致抗蚀剂图 案的典型构图方法。因此，可以形成与栅极电极自对准的源极/漏极电 极，并可简化形成过程。此外，在本发明中，可以使用巻到巻过程制 造有机TFT,因此，可以简化整个制造过程。
权利要求
1.一种自对准有机薄膜晶体管(TFT)，包括衬底；栅极电极，其被构图和形成于所述衬底上；栅极介电层，其覆盖所述衬底和栅极电极；源极/漏极电极，其形成于所述栅极介电层上，使得它们与所述栅极电极自对准，且不与所述栅极电极交叠；和有机半导体层，其形成于所述源极/漏极电极之间和之上。
2. 根据权利要求1所述的自对准有机TFT，其中，所述栅极介电 层由可透射紫外光(UV)的介电材料形成，并且所述源极/漏极电极由 可UV固化的导电材料形成。
3. —种制造自对准有机TFT的方法，包括步骤 提供衬底；从被构图于所述衬底上的第一导电层形成栅极电极； 在所述衬底上面形成栅极介电层，以覆盖所述栅极电极； 在所述栅极介电层上形成第二导电层；执行UV背后曝光，用以使用所述栅极电极作为掩模，从所述衬底 的底侧用UV照射所述第二导电层；通过使所述第二导电层显影，形成源极/漏极电极，所述源极/漏 极电极与所述栅极电极自对准而不与所述栅极电极交叠；以及在所述源极/漏极电极之间和之上形成有机半导体层。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，形成栅极电极的步骤包括 用阴影掩模覆盖所述衬底并热沉积所述第一导电层的步骤。
5. 根据权利要求3所述的方法，其中，形成栅极电极的步骤包括 使用热沉积、电子束蒸发、溅射、微接触印刷和纳米压印中的任一种 在所述衬底上形成所述第一导电层的步骤。
6. 根据权利要求3所述的方法，其中，形成栅极介电层的步骤使 用旋涂或层压方法执行。
7. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述栅极介电层由可透射 UV的介电材料形成。
8. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述栅极介电层由聚-4-乙烯基苯酚(PVP)、聚酰亚胺、聚乙烯醇(PVA)、聚苯乙烯(PS)以 及有机/无机材料的混合介电材料中的任一种形成。
9. 根据权利要求3所述的方法，其中形成第二导电层的步骤使用 丝网印刷、喷印、喷墨印刷、凹版印刷、胶印、反面胶印、凹版胶印 以及苯胺印刷中的任一种执行。
10. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二导电层由可UV 固化的导电材料形成。
11. 根据权利要求3所述的方法，其中，在形成第二导电层的步 骤中，所述第二导电层处于浆状态或墨状态，其中粉末状导电材料散 布在UV固化树脂中。
12. 根据权利要求3所述的方法，其中，形成有机半导体层的步 骤使用热沉积或喷墨打印方法执行。
13. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述有机半导体层由并 五苯、并四苯、蒽或者TIPS并五苯[6,13-双(三异丙基曱硅烷基乙炔 基)并五苯]、P3HT[聚(3-己基噻吩)]、F8T2[聚(9，9-二辛基药-共二噻吩)]、PQT-12 [聚(3, 3-双十二烷基四噻吩)]和PBTTT [聚(2， 5-双(3-四癸基噻吩-2-基)瘗吩并[3，2-b]參吩]中的任一种形成。
14. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述衬底由塑料或玻璃 形成。
15. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述衬底被设置为巻状。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中形成栅极电极、形成栅极 介电层、形成第二导电层、执行UV背后膝光、形成源极/漏极电极以 及形成有机半导体的步骤中的至少两个步骤连贯执行，同时所述巻状 衬底被连续展开和传送。
全文摘要
本发明涉及一种自对准有机薄膜晶体管(TFT)及其制造方法。根据本发明，栅极电极由在衬底上被构图的第一导电层形成，在衬底上面形成栅极介电层，以覆盖栅极电极，然后在栅极介电层上形成第二导电层。接着，使用栅极电极作为掩模，从衬底的底侧用UV对第二导电层进行照射，而执行紫外光(UV)背后曝光，然后通过使第二导电电极显影，形成与栅极电极自对准的源极/漏极电极，该源极/漏极电极被形成为不与栅极电极交叠。随后，在源极/漏极电极之间和之上形成有机半导体层。在本发明中，可使用卷到卷过程制造有机TFT，因此可简化制造过程。
文档编号H01L29/786GK101542744SQ200880000675
公开日2009年9月23日 申请日期2008年5月30日 优先权日2007年7月2日
发明者崔秉五, 崔铉喆, 李泽旻, 金东洙, 金强大 申请人:韩国机械研究院