薄膜晶体管、薄膜晶体管制造方法和电子装置的制作方法

专利名称：薄膜晶体管、薄膜晶体管制造方法和电子装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有有机半导体图形的薄膜晶体管、该薄膜晶体管的制造方法以及使用该薄膜晶体管的电子装置。
背景技术：
近年来，包括由有机半导体材料制成的沟道层的薄膜晶体管(下文称作“TFT”)， 即有机薄膜晶体管已经引起了关注。可通过涂敷或印刷方法来形成包括沟道层在内的全部层，从而能够实现低成本制造过程。另外，由于该沟道层可在比例如蒸发方法等方法更低的温度下形成，由此可将有机TFT安装在具有柔性和低耐热性的塑料膜上。如同包括由无机半导体材料制成的沟道层的无机TFT —样，已经对有机TFT作为诸如显示装置等电子装置的切换元件的用途进行了研究。有机TFT包括用于形成沟道层的有机半导体图形；以及与该有机半导体图形连接的源极电极和漏极电极。当制造有机TFT时，为了减小断态电流(OFF state current)，希望有这样的工序步骤在该工序步骤中，形成有机半导体层，然后选择性地除去(图形化)该有机半导体层以形成有机半导体图形。通常将该工序称作元件隔离。在有机TFT的制造工序中，与无机 TFT的制造工序不同的是，有机半导体图形易于溶解在有机溶剂中，这样就难以通过使用有机溶剂的光刻方法进行上述元件隔离。已经提出了用于元件隔离的一些方法。下面具体说明这些方法。用YAG激光器等照射一部分有机半导体层从而使不需要的部分升华(例如，见日本专利申请公开公报第 2005-079225号)。在源极电极和漏极电极的每一者上分别形成图形化的绝缘层(诸如氮化硅)，然后形成有机半导体层。在此情况下，利用在形成有图形化的绝缘层的区域与未形成有图形化的绝缘层的区域之间的高度差(台阶差)，将有机半导体层隔离开(例如，见日本专利申请公开公报第2000-269504号)。在有机半导体层上形成图形化的层(诸如聚乙烯醇)，然后利用该图形化的层作为蚀刻掩模对有机半导体层进行蚀刻(例如，见日本专利申请公开公报第2006-261312号)。在源极电极及漏极电极上依次形成有机半导体层和栅极绝缘层，然后利用激光烧蚀方法同时对有机半导体层和栅极绝缘层进行图形化(例如，见日本专利第4137915号)。在源极电极及漏极电极上依次形成有机半导体层和保护层(诸如氧化硅)，然后利用激光烧蚀方法同时对有机半导体层和保护层进行图形化(例如，见日本专利申请公开公报第2006-332661号)。在源极电极及漏极电极上形成有机半导体层， 然后用激光束照射除了形成有该源极电极及漏极电极的区域以外的其他区域，从而对有机半导体层进行图形化(例如，见日本专利申请公开公报第2008-5M839号(PCT申请的译文))。在源极电极及漏极电极上依次形成保护层(诸如铟锡氧化物(ITO))和有机半导体层，然后用激光束照射形成有保护层的区域，从而对有机半导体层进行图形化(例如，见日本专利申请公开公报第2007-165834号)。与无机TFT的情况一样，根据有机半导体图形与源极电极之间的位置关系以及有机半导体图形与漏极电极之间的位置关系而将有机TFT分成了顶接触型或底接触型。特别地，顶接触型有机TFT被认为是大有前途的，在该顶接触型有机TFT中，源极电极及漏极电极以重叠在有机半导体图形的上侧的方式与该有机半导体图形接触。这样做的一个原因是有机半导体图形与源极电极间的接触电阻以及有机半导体图形与漏极电极之间的接触电阻有所减小，并且耐热性有所提高。然而，对于顶接触型有机TFT的实用性制造方法还没有具体的提议，因此期望能够建立顶接触型有机TFT的实用性制造方法。在此情况下，为了保证具有有机TFT的电子装置的性能和产率，期望不仅能够制造顶接触型有机TFT，还能够容易地制造具有高性能的有机TFT。

发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是期望提供能够实现更高性能且更易于制造的薄膜晶体管及其制造方法，还期望提供一种电子装置。本发明一个实施方案的薄膜晶体管制造方法包括在基板上形成栅极电极；在所述栅极电极上形成栅极绝缘层；在所述栅极绝缘层上形成有机半导体层；利用激光烧蚀方法选择性地除去所述有机半导体层的一部分，形成有机半导体图形；以及在所述有机半导体图形上形成源极电极和漏极电极。本发明另一个实施方案的薄膜晶体管包括基板；栅极电极，所述栅极电极形成在所述基板上；栅极绝缘层，所述栅极绝缘层形成在所述栅极电极上；有机半导体图形，所述有机半导体图形是利用激光烧蚀方法而被形成在所述栅极绝缘层上；以及源极电极和漏极电极，所述源极电极和所述漏极电极形成在所述有机半导体图形上。本发明又一个实施方案的电子装置包括薄膜晶体管，其中所述薄膜晶体管包括 基板；栅极电极，所述栅极电极形成在所述基板上；栅极绝缘层，所述栅极绝缘层形成在所述栅极电极上；有机半导体图形，所述有机半导体图形是利用激光烧蚀方法而被形成在所述栅极绝缘层上；以及源极电极和漏极电极，所述源极电极和所述漏极电极形成在所述有机半导体图形上。根据本发明实施方案的薄膜晶体管制造方法、薄膜晶体管和电子装置，利用激光烧蚀方法选择性地除去所述有机半导体层的一部分来形成有机半导体图形，并在所述有机半导体图形上形成源极电极和漏极电极。因此，能够容易且稳定地制造出低电阻的顶接触型薄膜晶体管。于是，能够实现薄膜晶体管的高性能化和易制造化。应理解的是，上面的总体说明和下面的详细说明都是示例性的，并且旨在为随附权利要求的技术方案提供进一步的解释。


这里所包含的附图提供了对本发明的进一步理解，这些附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。这些附示了各实施方案，并与说明书一起用于解释本发明的原理。图1是示出了本发明实施例的薄膜晶体管的结构的截面图。图2是示出了用于薄膜晶体管制造方法的激光束加工装置的结构的框图。图3是用于说明薄膜晶体管制造方法的截面图。图4是图示了跟在图3所示工序步骤之后的工序步骤的截面图。图5是图示了跟在图4所示工序步骤之后的工序步骤的截面图。图6是对薄膜晶体管制造方法进行补充说明的截面图。图7是图示了跟在图6所示工序步骤之后的工序步骤的截面图。图8是图示了跟在图6所示工序步骤之后的另一工序步骤的截面图。图9是用于说明薄膜晶体管制造方法的变形例的截面图。图10是图示了用图9所示的工序步骤制造出来的薄膜晶体管的结构的截面图。图11图示了液晶显示装置的主要部分的结构的截面图，该液晶显示装置是薄膜晶体管的应用例。图12图示了图11所示的液晶显示装置的电路结构。
具体实施例方式下面，参照附图来详细说明本发明的实施例。对实施例进行说明时的顺序如下1.薄膜晶体管1-1.薄膜晶体管的结构1-2.薄膜晶体管制造方法2.薄膜晶体管的应用例(电子装置)1.薄膜晶体管1-1.薄膜晶体管的结构图1示出了作为本发明实施例薄膜晶体管的有机TFT的截面结构。该有机TFT具有如下结构该结构中，在支撑基板1上依次形成有栅极电极2、栅极绝缘层3、有机半导体图形4、源极电极5和漏极电极6。这里所说明的有机TFT是底栅顶接触型的，在该底栅顶接触型中，栅极电极2位于有机半导体图形4的下侧，并且源极电极 5和漏极电极6在有机半导体图形4的上侧与该有机半导体图形4重叠。这里所述的“下侧”是指有机半导体图形4的靠近支撑基板1的那一侧，“上侧”是指有机半导体图形4的远离支撑基板1的那一侧。支撑基板1由诸如塑料材料、金属材料和无机材料等任何一种以上材料制成。塑料材料例如包括聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯苯酚(polyvinylphenol，PVP)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺 (PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)、聚丙烯酸酯(PAR)、聚苯硫醚(PPS)或三乙酰纤维素(TAC)等。金属材料例如包括招(Al)、镍(Ni) 或不锈钢等。无机材料例如包括硅(Si)、氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、氧化铝(AlOx)或其他金属氧化物。氧化硅(SiOx)包括例如玻璃、石英或者旋涂玻璃(spin-on-glass)等。支撑基板1可以是诸如晶片等具有刚性的基板，或者可以是具有柔性的膜或箔。支撑基板1的表面可设置有具有特定功能的涂敷层。该涂敷层例如可以是用于提供可靠粘附性的缓冲层、用于防止气体排放的气体阻挡层。支撑基板1可具有单层结构或多层结构。当采用多层结构时，可以层叠两个以上由上述材料制成的层。这样的说明也适用于栅极电极2、栅极绝缘层3、有机半导体图形4、 源极电极5和漏极电极6。栅极电极2由诸如金属材料、无机导电材料、有机导电材料和碳材料等材料中的任何一种或两种以上制成。金属材料例如包括铝(Al)、铜(Cu)、钼(Mo)、钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)、钯(Pd)、 金(Au)、银(Ag)、钼(Pt)、钨(W)、钽(Ta)或者含有上述金属的合金等。无机导电材料例如包括氧化铟(In2O3)、铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)或氧化锌(SiO)等。有机导电材料例如包括聚乙烯二氧噻吩(polyethylene dioxythiophene，PED0T)、聚苯乙烯磺酸酯 (polystyrene sulfonate ；PSS)或聚苯胺(PANI)等。碳材料例如包括石墨等。栅极电极2 可具有包括PED0T/PSS等的多层结构。栅极绝缘层3由诸如无机绝缘材料和有机绝缘材料等材料中的任何一种或多种制成。无机绝缘材料例如包括氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钛(TiO2)、氧化铪(HfOx)或钛酸钡(BaTiO3)等。有机绝缘材料例如包括聚乙烯苯酚(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚酰亚胺、 聚酰胺、聚酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、环氧树脂、苯并环丁烯(benzocyclobutene， BCB)、氟碳聚合物、感光性聚酰亚胺、感光性酚醛清漆(novolak)树脂或聚对二甲苯 (poly-paraxylylene) 0为了能够在低电压下驱动有机TFT，栅极绝缘层3的厚度优选不超过1 μ m,并且栅极绝缘层3优选具有尽可能平坦的表面。有机半导体图形4由下述有机半导体材料中的任何一种或多种制成。有机半导体材料例如包括⑴聚吡咯；⑵聚噻吩；⑶诸如聚异硫茚(polyisothianaphthene)等异硫茚；(4)诸如聚噻吩乙炔等亚噻吩基亚乙烯基 (thienylene vinylene)类物质；(5)诸如聚对苯乙炔等亚苯基亚乙烯基(p-phenylene vinylene)类物质；(6)聚苯胺；(7)聚乙炔；(8)聚二乙炔(polydiacetylene) ； (9)聚奧 (polyazulene)或者(10)聚芘(polypyrene)。有机半导体材料例如包括(11)聚咔唑(polycartazole) ； (12)聚硒吩 (polyselenophene) ； (13)聚呋口南(po lyfuran) ； (14)聚对亚苯(Poly (p-phenylene))； (15)聚吲哚(polyindole) ； (16)聚哒嗪(polypyridazine) ； (17)并苯，例如丁省、并五苯、 并六苯、并七苯、二苯并五苯(dibenzopentacene)、四苯并五苯(tetrabenzopentacene)、 芘、二苯并芘、蒽、茈、六苯并苯、聚脂纤维(terylene)、卵苯(ovalene)、夸特锐烯 (quaterrylene)或循环蒽(circumanthracene)等；(18)用诸如氮(N)、硫(S)和氧(0) 等原子取代一个以上碳原子或者用诸如羰基等官能团取代一个以上碳原子而得到的衍生物，该衍生物包括三苯二噁嗪(triphenodioxazine)、三苯二噻嗪(triphenodithiazine) 或并六苯_6，15-苯醌等；(19)诸如聚乙烯咔唑(polyvinylcartazole)、聚苯硫醚 (polyphenylene sulfide)和聚亚乙烯基硫醚(polyvinylene sulfide)等聚合材料和多环稠合体；或者00)具有与上述聚合材料的重复单元相同的重复单元的低聚物。有机半导体材料例如包括(21)诸如铜酞菁等金属酞菁(metallicphthalocyanine) ； (22)四硫富瓦烯(tetrathiafulvalene) ； (23)四硫并环戊二烯 (tetrathiapentalene) ； (24)萘-1，4，5，8_ 四羧基二酰亚胺(tetracarboxylic acid diimide),N,N'-双(4-三氟甲基苯甲基)萘-1，4，5，8-四羧基二酰亚胺，N，N'-双(1H， IH-全氟辛基)萘-1，4，5，8-四羧基二酰亚胺、N，N'-双(1H，IH-全氟丁基)萘_1，4，5， 8-四羧基二酰亚胺以及N，N' -二辛基萘-1，4，5，8-四羧基二酰亚胺衍生物^2 诸如萘-2，3，6，7-四羧基二酰亚胺等萘四羧酸二酰亚胺(naphthalenetetracarboxylic acid diimide) ； (26)以诸如蒽_2，3，6，7-四羧基二酰亚胺等以蒽四羧基二酰亚胺基团为特点的稠环四羧基二酰亚胺；(27)诸如C60, C70, C76, C78或C84等富勒烯；(28)诸如单壁碳纳米管 (single-wall carbon nanotube, SffNT)等碳纳米管；(29)诸如部花青颜料和半花青颜料等颜料；或者(30)诸如 2，9-二萘基-迫咕吨并咕吨 Q，9-dinanphthyl-peri-xantheno-xan thene)等迫咕吨并咕吨化合物。有机半导体材料也可以是上述一系列材料的衍生物。该衍生物是指一种以上取代基团被引入至上述材料而得到的材料，并且可以使用任意种类的取代基团，而且可将取代基团引入至材料的任意位置。特别地，利用激光烧蚀方法来形成有机半导体图形4。更具体地，如下面的具体说明(参照图幻，利用激光烧蚀方法对形成在栅极绝缘层3上的有机半导体层7进行图形化， 从而形成有机半导体图形4。下面能够证实在完成的有机TFT中是通过激光烧蚀方法形成有机半导体图形4的这一事实。对于通过减法来图形化有机半导体层的方法来说，除了激光烧蚀方法之外也可以使用干式蚀刻方法。当采用干式蚀刻方法时，在诸如氧气(O2)、氩气(Ar)、氮气(N2)和氢气(H2)等气体氛围下对有机半导体层进行图形化。因此，在有机半导体层的表面上会沉积 (附着)有作为副产物而生成的反应产物。通过使用有机溶剂的清洗处理能够除去该反应产物，但是有机溶剂也会轻易地溶解大部分有机半导体层。因此，当采用干式蚀刻方法来图形化有机半导体层时，也许不能进行利用有机溶剂的清洗处理。即使进行该清洗处理，也很难持续该清洗处理直到将反应产物完全除去，因此在有机半导体层的表面上残留有反应产物。相反地，当采用激光烧蚀方法时，不会生成反应产物，从而不会在有机半导体层的表面上沉积反应产物。因此，可通过检测在有机半导体图形4的表面上是否沉积有反应产物，来证实有机半导体图形4是否是通过激光烧蚀方法形成的。源极电极5和漏极电极6优选由与构成栅极电极2的材料相同的材料制成，并且优选与有机半导体图形4欧姆接触。源极电极5和漏极电极6的形成区域不受限制，只要源极电极5和漏极电极6各自的一端在有机半导体图形4上与该有机半导体图形4重叠即可。特别地，源极电极5和漏极电极6各自的另一端优选延伸至栅极绝缘层3上的部分，因为这会使得源极电极5及漏极电极6与有机半导体图形4的上部和侧面都接触，从而使源极电极5及漏极电极6与有机半导体图形4的接触面积变大。1-2.薄膜晶体管制造方法下面说明上述有机TFT的制造方法。图2示出了用于有机TFT制造方法的激光束加工装置的结构。图3至图8是用于说明有机TFT制造方法的说明性图，其中每幅图示出了对应于图1的截面结构。上面已经说明了构成有机TFT的各元件的材料，下文不再赘述。下面，首先说明激光束加工装置的结构，然后说明有机TFT的制造方法。对于制造有机TFT，可以单独制造单个有机TFT或者可以共同制造(并行加工)多个有机TFT。激光束加工装置的结构激光束加工装置被用于使用激光烧蚀方法进行的加工处理(图形化)。如图2所示，激光束加工装置例如包括光源11、将从光源11出射的激光束L光学投影成预定图形的光学系统12、碎片回收系统13和平台14。碎片回收系统13在激光束L的入射侧具有透过窗19，并且该碎片回收系统13与排气泵20以及气体引入部件21和22连接。光源11的种类例如是但不限于准分子激光器。准分子激光器的激光媒体(出射波长)有好几种类型，其示例包括 XeF(351nm)、XeCl (308nm)、KrF (248nm)、ArF(193nm)和 F2(157nm)。光源11的种类也可以是固体激光器(第二至第四谐波)。光学系统12包括沿激光束L的光路依次放置的光束成形单元15、光罩16 (或可变光圈16)、投影透镜17和反射镜18。光束成形单元15使激光束L成形并使激光束L的强度均一化。光罩16具有与激光束L的照射形状相对应的形状的开口。光罩16例如包括由金属材料制成的带有孔的掩模、由玻璃或金属薄膜制成的光掩模、或者由介电体材料制成的介电体掩模。投影透镜17 用于以预定放大倍率将激光束L投影到平台14的表面上。反射镜18反射激光束L并调整激光束L的照射方向。平台14支撑着待加工物体。平台14被定位成使得由投影透镜17投影过来的激光束L聚焦到待加工物体的表面上(加工面)。平台14在与激光束L的光轴垂直的平面内是可移动的，从而使激光束L能够扫描待加工物体的表面。根据需要，可将激光束加工装置安装在压力可调室中。当进行激光加工时，压力例如是但不限于KT2Pa IOPa。薄膜晶体管制造方法当制造有机TFT时，如图3所示，首先提供支撑基板1，接着在支撑基板1上图形化地形成栅极电极2。为了形成栅极电极2，例如先形成覆盖支撑基板1的表面的金属材料层，之后图形化该金属材料层。金属材料层的形成方法的示例包括溅射方法、真空沉积方法、镀覆法以及使用纳米粒子的涂敷方法。金属材料层的图形化方法的示例包括光刻方法和蚀刻方法。 在此情况下，利用光刻方法在金属材料层上形成抗蚀剂图形(未图示)，接着利用该抗蚀剂图形作为掩模对该金属材料层进行蚀刻。这里的蚀刻方法例如包括湿式蚀刻方法和干式蚀刻方法。这里，可调整蚀刻条件，使得栅极电极2的宽度随着该栅极电极2越来越靠近支撑基板1而逐渐增大。在形成栅极电极2之后，例如使用采用湿式处理的溶解清洗除去方法， 或者使用灰化方法，将上述抗蚀剂图形除去。抗蚀剂图形的形成方法例如也可以是印刷方法或激光绘图方法。印刷方法的示例包括喷墨印刷法、柔版印刷法(flexographic printing method)、凹版印刷法、凹版胶印法和胶印法。另外，可采用喷墨印刷法、丝网印刷法、微接触印刷法、柔版印刷法、凹版印刷法、凹版胶印法或者胶印法，来直接图形化地形成金属纳米油墨。在形成栅极电极2时，期望在后面的工序步骤中形成与栅极电极2充分绝缘的有机半导体图形4。因此，栅极电极2优选尽可能薄以便获得良好的绝缘性。更具体地，栅极电极2的厚度优选为200nm以下。这样做的一个原因是由于栅极电极2的厚度而产生的高度差(台阶)变小了，这样在后面的工序步骤中易于形成平坦的栅极绝缘层3。然后，形成覆盖着栅极电极2及栅极电极2周围的支撑基板1的栅极绝缘层3。为了形成栅极绝缘层3，例如可将有机绝缘材料溶解于诸如有机溶剂等溶剂中以制备溶液，接着利用涂敷方法涂敷该溶液，然后使其干燥。之后，根据需要可进行热处理。涂敷方法的示例包括凹版式涂敷方法、辊式涂敷方法、吻合式涂敷方法、刀式涂敷方法、模压涂敷方法、狭缝涂敷方法、刮刀涂敷方法、旋转涂敷方法和喷墨方法。或者，可利用溅射方法或者化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)方法来沉积无机绝缘材料，由此形成栅极绝缘层3。然后，在栅极绝缘层3上形成有机半导体层7。有机半导体层7是用于形成有机半导体图形4的准备层，并且有机半导体层7的形成材料与有机半导体图形4的形成材料相同。为了形成有机半导体层7，例如使用真空蒸发方法等方法沉积有机半导体材料。取决于有机半导体材料的种类，可以使用耐加热蒸发方法或溅射方法等方法沉积该有机半导体材料。也可以采用诸如旋转涂敷方法等涂敷方法来涂敷其中溶解有该有机半导体材料的溶液。涂敷方法的示例包括凹版式涂敷方法、辊式涂敷方法、吻合式涂敷方法、刀式涂敷方法、模压涂敷方法、狭缝涂敷方法、刮刀涂敷方法、旋转涂敷方法和喷墨方法。接着，使用图2所示的激光束加工装置，利用激光烧蚀方法对有机半导体层7进行图形化。为了图形化有机半导体层7，将上面形成有有机半导体层7的支撑基板1固定至平台14上，之后将从光源11出射的激光束L照射至有机半导体层7上。这里，移动平台14 使得有机半导体层7被激光束L扫描。光源11的种类(出射波长)和激光束L的加工条件是可任意选择的。加工条件是指例如激光束L的强度(能量密度)和成形条件等。通过激光束的加工处理，在激光束L的照射(扫描)区域内的有机半导体层7被分解且被除去，从而形成了图4所示的有机半导体图形4。由此完成了元件隔离。在此情况下，例如，优选对激光束L的照射条件(强度等)进行调整，使得有机半导体图形4的在靠近栅极绝缘层3的一侧的宽度比远离栅极绝缘层3的一侧的宽度宽。这样做的一个原因是当在后面的工序步骤中形成源极电极5和漏极电极6时，这能使源极电极5和漏极电极6易于与有机半导体图形4接触。因此，在有机半导体图形4与源极电极 5之间以及有机半导体图形4与漏极电极6之间几乎不会产生间隙(非接触部分)，从而确保了它们之间的电连通性。有机半导体图形4的宽度随着该有机半导体图形4越来越靠近栅极绝缘层3可以按照阶梯方式增大、可以逐渐增大、或者可以先是均一的而稍后才增大。特别地，优选有机半导体图形4的宽度是逐渐增大的，因为这样就使得有机半导体图形4的侧面是倾斜的，从而使源极电极5和漏极电极6易于与有机半导体图形4的侧面接触。当使用激光烧蚀方法对有机半导体层7进行图形化时，根据需要，可预先在有机半导体层7上形成保护层(未图示)，并且可让该保护层与有机半导体层7同时被图形化。 该保护层例如用于防止在激光束L的照射区域以外的其他区域中有机半导体层7被无意中损坏，即用于防止有机半导体层7被激光束L损坏。保护层的形成材料的示例包括树脂材料、金属材料和无机绝缘材料。作为示例，树脂材料包括抗蚀剂等，金属材料包括金、铜或铝等，而无机绝缘材料包括氧化硅、氮化硅或氧化铝等。应注意的是，在形成有机半导体图形 4之后，优选采用不会损坏有机半导体层7的方法除去上述保护层。下面给出对利用激光烧蚀方法形成有机半导体图形4的工序步骤的补充说明。为了共同制造出多个有机TFT而多次进行利用激光烧蚀方法使有机半导体层7图形化的工序步骤时，可考虑下面的两种方法。如图6所示，除了以阵列方式布置多个栅极电极2之外，仍进行上面参照图3所述的工序来完成直至有机半导体层7的形成过程。然后，将激光束L照射至图7和图8所示的照射区域Rl和R2，从而形成多个有机半导体图形4。应注意的是，在图7和图8中，为了简化图示，将相邻栅极电极2之间的间隔显示得很窄。在此情况下，例如如图7所示，照射区域Rl和R2可以部分地彼此重叠。在照射区域Rl和R2彼此重叠的区域R3中，激光束L双重照射，这使得在除去有机半导体层7之后使栅极绝缘层3被挖陷下去。结果在栅极绝缘层3上形成了凹陷3K。因此，在完成的有机 TFT中在栅极绝缘层3上形成有凹陷: 的这一事实证明了是使用激光烧蚀方法进行图形化从而形成有机半导体图形4的。凹陷;3K的宽度WK不受具体限制，但为了增大支撑基板1 的表面的有效使用面积，该宽度WK优选为尽可能窄。作为示例，凹陷3Κ的宽度WK优选为 20 μ m以下，并且更优选为5 μ m以下。或者，例如如图8所示，照射区域Rl和R2可以不是彼此重叠的。激光束L没有照射到位于照射区域Rl与照射区域R2之间的区域R4上，这样有机半导体层7在此处就没有被分解和除去，而是保留下来。因此，在栅极绝缘层3上形成了由与有机半导体图形4的材料相同的材料制成的多余图形4P。因此，在完成的有机TFT中除了形成有有机半导体图形4 之外还形成有多余图形4P这一事实证明了使用的是激光烧蚀方法来形成有机半导体图形 4。多余图形4P与有机半导体图形4显然不同，因为多余图形4P不与栅极电极2隔着栅极绝缘层3相互面对，并且多余图形4P不与源极电极5及漏极电极6连接。多余图形4P的宽度WP例如但不限于与图7所示的凹陷: 的宽度WK相同。应注意的是，当存在照射区域Rl和R2彼此重叠的多个区域R3时，也应当形成有多个凹陷3K。对于多余图形4P的数量亦是如此。上面完成了对利用激光烧蚀方法形成有机半导体图形4的工序步骤的补充说明。在形成有机半导体图形4之后，如图5所示，形成电极层8，该电极层8覆盖有机半导体图形4及位于该有机半导体图形4周围的栅极绝缘层3。电极层8是用于形成源极电极5和漏极电极6的准备层，并且电极层8的形成材料与源极电极5的形成材料及漏极电极6的形成材料相同。电极层8的形成方法例如与栅极电极2的形成方法类似。优选使用不会损坏有机半导体图形4的方法，例如优选溅射方法。最后，如图1所示，对电极层8进行图形化从而形成源极电极5和漏极电极6。优选的是，电极层8的图形化方法例如是诸如湿式蚀刻等不会损坏有机半导体图形4的方法。在此情况下，例如，利用光刻方法在电极层8上形成抗蚀剂图形(未图示)，接着使用该抗蚀剂图形作为掩模对电极层8进行湿式蚀刻。该抗蚀剂图形的形成方法和除去方法例如与形成栅极电极2时的那些方法相类似。湿式蚀刻方法所使用的蚀刻溶液的种类例如是但不限于酸溶液、盐溶液、或它们的混合溶液等。酸的示例包括硝酸、硫酸、盐酸、醋酸、草酸、含氟酸(fluorinated acid) 和过氧化氢溶液等。盐的示例包括氟化铵、碘化钾、高锰酸盐和重铬酸盐等。当使用酸溶液时，为了抑制对有机半导体图形4的损坏，蚀刻溶液中酸的浓度优选为20%以下。为了保证稳定的蚀刻速率，蚀刻溶液中可包含有诸如有机含氮化合物等添加剂。这样，源极电极5和漏极电极6连接至有机半导体图形4，从而完成了有机TFT。薄膜晶体管及其制造方法的作用和效果在上述有机TFT及其制造方法中，是使用激光烧蚀方法对有机半导体层7进行图形化从而形成有机半导体图形4，接着在有机半导体图形4上形成源极电极5和漏极电极 6。也就是说，使用了激光烧蚀方法来制造顶接触型有机TFT。在此情况下，得到了下面的有益效果。第一种有益效果是因为采用激光烧蚀方法作为有机半导体层7的图形化方法， 所以与使用光刻方法和蚀刻方法的情况相比，能够在短时间内对有机半导体层7进行高精度的图形化。此外，消除了单独形成图形化用掩模(诸如抗蚀剂图形等)的必要。第二种有益效果是在形成有机半导体图形4之后才形成源极电极5和漏极电极 6。因此，激光烧蚀方法不会损坏源极电极5和漏极电极6。一个原因是如果在形成源极电极5和漏极电极6之后再形成有机半导体图形4的情况下(底接触型)，激光烧蚀方法可能会无意中将源极电极5和漏极电极6分解并除去，但顶接触型不会发生这种无意的分解和去除。第三种有益效果是由于源极电极5与有机半导体图形4之间的位置关系以及漏极电极6与有机半导体图形4之间的位置关系建立了顶接触型，因此与底接触型相比，有机半导体图形4与源极电极5之间的接触电阻以及有机半导体图形4与漏极电极6之间的接触电阻有所减小，并且耐热性有所提高。于是，因为能够容易且稳定地制造低电阻的顶接触型有机TFT，所以能够实现有机 TFT的高性能化和易制造化。特别地，在制造具有底栅型有机TFT的电子装置(例如反射型显示器)的背板时， 底栅型有机TFT使得能够实现高开口率。其一个原因是形成有场屏蔽(field-shielded) 像素结构，该结构中，有机TFT的漏极电极6与像素电极通过层间绝缘层而连接起来。另外， 还能够增大在有机半导体图形4的形成材料方面的自由度。其一个原因是在顶栅型中期望有机半导体图形4具有良好的表面平坦性，因此使顶栅型中的形成材料受到了限制。另外，在形成有机半导体图形4的过程中，当有机半导体图形4的宽度随着它越来越靠近栅极绝缘层3而逐渐增大时，确保了源极电极5与有机半导体图形4之间以及漏极电极6与有机半导体图形4之间的电连通性。此外，当采用湿式蚀刻方法作为电极层8的图形化方法时，与使用干式蚀刻方法的情况不同的是，能够抑制蚀刻过程对有机半导体图形4的损坏。变形例当使用激光烧蚀方法对有机半导体层7进行图形化时(图3)，例如如图9所示，可利用有机半导体图形4作为掩模，使用激光烧蚀方法选择性地将栅极绝缘层3向下挖直至某一深度。接着，形成源极电极5和漏极电极6，于是制造出了图10所示的有机TFT。该变形例也能够实现有机TFT的高性能化和易制造化。此外，该变形例使源极电极5和漏极电极6更易于与有机半导体图形4的侧面接触，由此能够进一步提高源极电极5与有机半导体图形4之间以及漏极电极6与有机半导体图形4之间的电连通性。应注意的是，当栅极绝缘层3还兼用作用于辅助电容的绝缘层时，为了抑制漏电流，栅极绝缘层3的厚度(栅极绝缘层3在未形成有栅极电极2的区域中的厚度)优选为200 μ m以上。2.薄膜晶体管的应用例(电子装置)下面，将说明上述有机TFT的应用例。有机TFT可应用于各种电子装置。电子装置的种类不受特别限制，例如可将有机TFT应用于作为显示装置的液晶显示装置。图11和图12分别示出了液晶显示装置的主要部分的截面结构和电路结构。应注意，下面说明的装置结构和电路结构是示例性的，并且可以对它们进行适当变形。电子装置的结构这里所述的液晶显示装置例如是使用了有机TFT的有源矩阵驱动方式的透射型液晶显示装置。有机TFT用作切换(像素选择)元件。如图11所示，该液晶显示装置具有将液晶层51密封在驱动基板30与对置基板40之间的结构。该液晶显示装置可以是透射型和反射型的任何一种。驱动基板30具有这样的结构在该结构中，例如，在支撑基板31的一侧上依次形成有有机TFT 32、平坦化绝缘层33和像素电极34，并且有机TFT 32和像素电极34均以矩阵形式布置着。支撑基板31例如由诸如玻璃材料和塑料材料等透光性材料形成。有机TFT 32具有与前述有机TFT类似的结构。塑料材料的种类例如与上述有机TFT的材料种类类似。平坦化绝缘层33例如由诸如聚酰亚胺等绝缘树脂材料形成。像素电极34例如由诸如ITO(铟锡氧化物)等透光性导电材料形成。像素电极34通过设在平坦化绝缘层33中的接触孔 (未图示)与有机TFT 32连接。对置基板40具有将对置电极42形成在支撑基板41的整个一侧表面上的结构。 支撑基板41例如由诸如玻璃材料和塑料材料等透光性材料形成。对置电极42例如由诸如 ITO等透光性导电材料形成。塑料材料的种类例如与上述有机TFT的材料种类类似。通过密封材料50将驱动基板30与对置基板40相互粘合在一起，使得像素电极34 与对置电极42彼此相对布置着，且在像素电极34与对置电极42之间夹有液晶层51。液晶层51中所包含的液晶分子的种类可任意选择。除此之外，液晶显示装置例如还可包括诸如相位延迟板(retardation plate)、偏光板、取向膜和背光单元等其他元件(均未图示)。如图12所示，用于驱动该液晶显示装置的电路例如包括有机TFT 32、液晶显示元件M (像素电极34、对置电极42和液晶层51)以及电容器55。在该电路中，多条信号线52 在行方向上排列着，且多条扫描线53在列方向上排列着。有机TFT 32、液晶显示元件M以及电容器阳被布置在信号线与扫描线相互交叉的位置处。信号线52和扫描线53分别连接至信号线驱动电路(数据驱动器)和扫描线驱动电路(扫描驱动器)。值得注意的是，有机TFT 32中的源极电极、栅极电极和漏极电极每一者的连接对象不限于如图12所示的示例。电子装置的操作在液晶显示装置中，由有机TFT 32来选择像素电极34。当向像素电极34与对置电极42之间施加电场时，液晶层51(液晶分子)的取向状态根据该电场的强度而变化。因此，根据液晶分子的取向状态来控制透光量(透过率)，由此显示出灰度图像。电子装置的作用和效果根据该电子装置，有机TFT 32具有与上述有机TFT相同的结构。因此，能够稳定且容易地制造出具有低电阻的顶接触型有机TFT 32。于是，能够实现电子装置的高性能化和易制造化。特别地，有机TFT 32的支撑基板使用了诸如塑料材料等柔性材料，这使得能够实现柔性的(可弯曲的)液晶显示装置。实例下面将详细说明本发明技术方案的实施例的实例。实验例1基于下面说明的工序来制造底栅顶接触型有机TFT。利用真空沉积方法在支撑基板(PES基板)上形成金属材料层(金)，接着利用湿式蚀刻方法对该金属材料层进行蚀刻从而形成栅极电极。然后，在丙二醇甲醚醋酸酯 (PGMEA)中溶解无机绝缘材料(PVP)和交联剂(聚(三聚氰胺-联-甲醛))以制备溶液，接着涂敷该溶液，然后对该溶液进行加热(在180摄氏度下加热1小时)，由此形成栅极绝缘层。之后，利用真空沉积方法形成50nm厚度的有机半导体层(并五苯)。然后，为了进行元件隔离，使用图2所示的激光加工装置通过激光烧蚀方法对该有机半导体层进行图形化。 由此，在栅极绝缘层上形成了有机半导体图形。在此情况下，使用KrF(出射波长为M8nm) 作为光源(准分子激光)。此外，样品表面上的激光束的强度(能量密度)在lOOmJ/cm2 1000mJ/cm2的范围内。将激光束的成形条件设定成能够得到具有25X25mm尺寸的大致矩形形状的激光束。最后，利用真空沉积方法形成金属材料层(金)，接着利用湿式蚀刻方法 (蚀刻溶液碘化钾溶液)对该金属材料层进行蚀刻，从而形成源极电极和漏极电极。实验例2除了进行光刻方法和干式蚀刻方法以作为用于元件隔离的方法以外，可基于与实验例1中类似的工序来制造有机TFT。实验例3除了不进行元件隔离以外，通过与实验例1中类似的工序来制造有机TFT。在本实例中，在有机半导体层上形成了源极电极和漏极电极，而没有形成有机半导体图形。检测了常温环境(23摄氏度)下的各个有机TFT的性能(迁移率、开关比(ON/OFF ratio)和阈值电压)。结果如表1所示。这里，阈值电压是对电压Vg(V)与电流IcKA)之间的关联性进行检测之时的上升电压。[表1]
权利要求
1.一种薄膜晶体管制造方法，所述方法包括如下步骤 在基板上形成栅极电极；在所述栅极电极上形成栅极绝缘层； 在所述栅极绝缘层上形成有机半导体层；利用激光烧蚀方法选择性地除去所述有机半导体层的一部分，形成有机半导体图形；以及在所述有机半导体图形上形成源极电极和漏极电极。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管制造方法，其中，在形成所述有机半导体图形时，使所述有机半导体图形的宽度随着所述有机半导体图形越来越靠近所述栅极绝缘层而增大。
3.如权利要求1所述的薄膜晶体管制造方法，其中，在形成所述有机半导体图形时，使用所述有机半导体图形作为掩模，利用激光烧蚀方法将所述栅极绝缘层选择性地向下挖直至达到所述栅极绝缘层的某一深度。
4.如权利要求1至3任一项所述的薄膜晶体管制造方法，其中，在形成所述源极电极和所述漏极电极时，在所述有机半导体图形上形成电极层，然后利用湿式蚀刻方法选择性地除去所述电极层的一部分。
5.一种薄膜晶体管，其包括 基板；栅极电极，所述栅极电极形成在所述基板上； 栅极绝缘层，所述栅极绝缘层形成在所述栅极电极上；有机半导体图形，所述有机半导体图形是利用激光烧蚀方法而被形成在所述栅极绝缘层上；以及源极电极和漏极电极，所述源极电极和所述漏极电极形成在所述有机半导体图形上。
6.一种电子装置，其包括薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括 基板；栅极电极，所述栅极电极形成在所述基板上； 栅极绝缘层，所述栅极绝缘层形成在所述栅极电极上；有机半导体图形，所述有机半导体图形是利用激光烧蚀方法而被形成在所述栅极绝缘层上；以及源极电极和漏极电极，所述源极电极和所述漏极电极形成在所述有机半导体图形上。
全文摘要
本发明公开了薄膜晶体管制造方法、薄膜晶体管和电子装置。所述制造方法包括如下步骤在基板上形成栅极电极；在所述栅极电极上形成栅极绝缘层；在所述栅极绝缘层上形成有机半导体层；利用激光烧蚀方法选择性地除去所述有机半导体层的一部分，形成有机半导体图形；以及在所述有机半导体图形上形成源极电极和漏极电极。所述薄膜晶体管包括基板；形成在所述基板上的栅极电极；形成在所述栅极电极上的栅极绝缘层；利用激光烧蚀方法在所述栅极绝缘层上形成的有机半导体图形；以及形成在所述有机半导体图形上的源极电极和漏极电极。本发明能够容易且稳定地制造出低电阻的顶接触型薄膜晶体管，能够实现薄膜晶体管的高性能化和易制造化。
文档编号H01L51/10GK102263202SQ20111012781
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月17日 优先权日2010年5月26日
发明者川岛纪之, 村瀬英寿, 胜原真央 申请人:索尼公司