TWI279008B - Thin film transistor, device electrode thereof and method of forming the same - Google Patents

Description

•1279008 18525twf2.doc/006 95-12-5 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種薄膜電晶體元件電極的形成方 法，且特別是有關於一種可提高電極圖案解析度的薄膜電 晶體元件(Thin Film Transistor)、薄膜電晶體元件電極與前 述兩者的形成方法。 【先前技術】

關於薄膜電晶體元件電極的製作，從前多採用蒸錢或 錢鍍的方式。不過這種作法除了在罩幕(mask)上有解析度 的極限，另外真空設備的使用及微影製程也有提高製程成 本的缺點，而且微影製程下的酸鹼液也會破壞有機半導體 層等材料層。因此，近來發展出使用喷墨印刷(Ink_jet printing)的技術，這種技術雖可進行直接塗佈，但因為有 機材料與基板的親疏水性及毛細現象，同樣會有解析度上 的極限，造成元件特性會有瓶頸。 【發明内容】 本發明的目的就是在提供一種薄膜電晶體元件電極， 可提升元件的解析度、改善元件特性。 。 ， 本發明的再一目的是提供一種薄膜電晶體元件，且 用雷射局部活化而形成的電極，以提升圖案之解析度了 =明的另—目的是提供一種薄膜電晶; =成^法’可降低製程溫度，並省去微影中使 = 驟’故可驗整個元件製作的流程。 的乂 本發明提出-種薄膜電晶體元件電極，其材料包括— .1279008 , 18525twf2.doc/〇〇6 95-12-5 種有機金屬魏物，這财齡屬裂解物是射 理而由絕緣體變成導體的。 田耵.、、具

本發明又提出一種薄膜電晶體元件，包括一基板、一 閘極電極、-_絕緣層…半導體層以及_源極電極與 /及極電極，其巾半導體層位於源極電極與汲極電極之上 方或下方。源極電極與汲極€極分別位於閘極電極兩侧之 上方或下方。而閘極絕緣層分隔閘極電極以及半導體層、 源極電極與没極電極。這種賴電晶體元件之特徵在ς上 述閘極電極以及/或是源極電極與汲極電極的材料是一種 有機金屬裂解物’且這财機金屬祕物是經雷射加熱處 理而由絕緣體變成導體的。 α依照本發明的較佳實施例所述之薄膜電晶體元件電極 與薄膜電晶體元件’上述有齡職解物的金屬元素包括 銅、銀、金、鋅、鎘、鈀、銥、釕、餓、铑、鉑、鐵、鈷、 鎳、銦、錫、銻、鉛或鉍。

依照本發明的較佳實施例所述之薄膜電晶體元件，上 述半導體層的材料包括有機半導體材料。其中，有機丰導 :===料、寡聚物、高分子材料或可轉變成 依照本發㈣較佳實施例所述之薄膜電晶體元件，上 ^土板包括發晶心伽）、玻璃基板、金屬基板或塑膠基 l279〇〇8 18525twf2.doc/006 - 95-12-5 其中，有機絕緣材料包括PMMA、PVA、PVP或PI…等； 而無機絕緣材料包括SiOx、SiNx或LiF···等。 本發明另提出一種薄膜電晶體元件電極的形成方法， 包=先於一基板上形成一材料層，其中材料層包括有機金 • 屬裂解層或奈米材料塗層。接著，利用雷射加熱性質，使 上述材料層局部活化形成一電極。然後，利用雷射的熱或 、 光化學作用圖案化材料層。 μ # 依照本發明的較佳實施例所述之薄膜電晶體元件電極 的形成方法，其中於該基板上形成該材料層的步驟後更包 括進行軟烤。 依照本發明的較佳實施例所述之薄膜電晶體元件電極 的形成方法’其中於該基板上形成該材料層的方法包括旋 轉塗佈法(Spin_coating)、喷墨法(inkjet printing)、滴印法 (drop printing)、滴鑄法(casting)、微觸法(micr〇-c〇ntact)、 微印法(micro_stamp)、網印法(screen printing)、擠壓式塗 佈法(slot-die)或滾印法(roll to roll printing)。 馨依照本發明的較佳實施例所述之薄膜電晶體元件電極 的形成方法，其中該有機金屬裂解層的金屬元素包括銅、 銀、金、鋅、録、把、銥、釕、餓、姥、銘、鐵、姑、鎳、 銦、錫、錄、錯或叙。 - 依照本發明的較佳實施例所述之薄膜電晶體元件電極 • 的$成方法，其中該基板包括碎晶片、玻璃基板、金屬其 板或塑膠基板。 土 依照本發明的較佳實施例所述之薄膜電晶體元件電極 1279008 18525twf2.doc/006 95.12.5 的形成方法，其中形成該材料層之前或之後，更包括於該 基板上形成一半導體層。而後利用雷射的熱或光化學作用 圖案化材料層之步驟也包括同時圖案化上述半導體層。 依照本發明的較佳實施例所述之薄膜電晶體元件電極 的形成方法，上述半導體層的材料包括有機半導體材料。 其中’有機半導體材料包括小分子材料、寡聚物、高分子 • 材料或可轉變成半導體特性的有機物。 參 本發明因為利用雷射的光化學或熱作用 (photochemistry or heat action)，直接對有機金屬裂解物進行 處理，因此不會像使用微影製程需接觸酸鹼液，故可避免 有機半導體的損害，而且能得到比使用喷墨印刷(Inkyet pnnting)好的解析度。再者，本發明使用雷射只會使局部 區域殳熱，所以比用整個基板加熱所需的溫度更低，且可 避免影響其它元件中的材料。另外，本發明還可使用雷射 進行圖案化的步驟來區分不同元件，進而避免漏電問題。 ▲為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 參錢，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下。 、 【實施方式】 本發明之概念在於利用雷射與材料間的交互作用，依 • 其輻射波長與㈣的性質分為光熱及光化學作用，或者兩 者兼具，以便在不進行微影製程的情形下，獲得高解析度 圖案。以下將舉數個實施例用以說明本發明的應 用’但疋並不表示本發明只限於這些實施例所描述的内容。 -1279008 18525twf2.doc/006 圖1A至圖IE是依照本發明之第一實施例的一種薄膜 電晶體元件電極的製造流程剖面圖。 請參照圖1A，於一基板1〇〇上先形成一層材料層 102，其中材料層1〇2可以是有機金屬裂解層、基板1〇〇 則可以是矽晶片（Si wafer)、玻璃基板、金屬基板或塑膠基 ’ 板。上述於基板1〇〇上形成材料層102的方法可選擇旋轉 ， 塗佈法（sPin-coating)、喷墨法（inkjet printing)、滴印法 (dr〇p_printing)、滴鑄法(casting)、微觸法(micro_contact)、 微印法(micro-stamp)、網印法(screen printing)、擠壓式塗 佈法(slot-die)或滾印法(roll to roll printing)。再者，有機金 屬裂解層的金屬元素例如是銅(copper)、銀(silver)、金 (gold)、鋅(zinc)、録(cadmium)、lE(palladium)、錶(iridium)、 釕(ruthenium)、餓(osmium)、铑(rhodium)、鉑(platinum)、 鐵(iron)、始(cobalt)、鎳(nickel)等 lb、lib 與 Villa 族的元 素；也可以是銦(indium)、錫(tin)、録(antimony)、錯(lead) 或叙(bismuth)。 鲁 接著’請參照圖1B，可以把包含有遮蔽區104a和透 光區104b的罩幕103放在材料層102上，而透光區i〇4b 底下的材料層102就是準備作為薄膜電晶體元件電極的部 位。之後可利用雷射106照射材料層102。 • 然後，請參照圖1C，當材料層102是有機金屬裂解物 (Metallo-Organic Decomposition，MOD)層，因為受熱至一 定溫度，使其接枝的有機物斷鍵進而由絕緣體變成導體。 也就是說，利用雷射106加熱性質，可使上述材料層1〇2 .1279008 18525twf2.doc/006 . 95-12-5 極1〇2a’故而在移開罩幕1〇3後得到未被 每射衫a的材料層1〇2與電極i〇2a。 、，隨後，請參照圖1D，可以把包含有遮蔽區施和透 光區108b的另—個罩幕1〇9放在受過一次雷射加熱處理的 • 材料層1〇2上，而透光區l〇8b底下的材料層102就是準備 ，移除的部位。然後，利用雷射11〇照射材料層1〇2，且 • 這道步驟的雷射11〇波長等於或相近於材料層102的吸收 波長。 最後，請參照圖1E，利用雷射ιι〇(：請見圖1D)的光化 學或熱作用，能圖案化材料層102,而在移開罩幕1〇9後 僅留下電極l〇2a。 圖2A至圖2D是依照本發明之第二實施例的一種薄膜 電晶體元件電極的製造流程剖面圖。其中的流程與第一實 施例雷同，因此在本實施例中採用的元件符號與第一實施 例類似者則代表類似的元件。 凊參照圖2A，於一基板200上先形成一半導體層 鲁 212，再形成材料層2〇2。其中的材料層2〇2可參考第一實 施例所提到的（亦即材料層102)各種可能範例，而半導體層 212的材料包括有機半導體材料。其中，上述有機半導體 材料例如是小分子材料、寡聚物、高分子材料或可轉變成 - 半導體特性的有機物。然後，把包含有遮蔽區204a和透光 區2〇4b的罩幕203放在材料層202上，再利用雷射2〇6 照射材料層202。 接著，請參照圖2B，將罩幕203移開。此時，因為利 .1279008 95-12-5 18525twG.doc/006 用雷射206加熱性質，所以材料層202會被局部活化形成 電極202a。 之後，請參照圖2C，把含有遮蔽區208a和透光區208b 的另一個罩幕209放在材料層202上。然後，利用雷射210 照射材料層202，以便進行圖案化的步驟。 - 然後，請參照圖2D，利用雷射的光化學或熱作用，圖 • 案化材料層202，同時也圖案化上述半導體層212(請見圖 2C)而得到所謂的「上接觸式(t〇p contact)」電極。由於半 導體層212a也被圖案化，所以能避免元件與元件間的漏電 流發生。最後可將罩幕209移開。 圖3A至圖3D是依照本發明之第三實施例的一種薄膜 電晶體元件電極的製造流程剖面圖。其中的流程與第二實 施例雷同，因此在本實施例中採用的元件符號與第二實施 例類似者則代表類似的元件。 請參照圖3A，在本實施例中是先形成材料層3〇2之 後，再於基板300上形成半導體層312。其中的材料層3〇2 • 以及半導體層312的例子可參考上述實施例。之後，把含 遮蔽304a和透光區304b的罩幕303放在半導體層312上， 再用雷射306照射半導體層312與材料層302。 接著，請參照圖3B，移開罩幕203後，可得到被局部 活化成電極302a的材料層302。 之後，請參照圖3C，把含遮蔽區308&和透光區3〇8b . 的另一個罩幕3〇9放在半導體層312上。然後，利用雷射 310照射半導體層312與材料層3〇2。 11 (S > 1279008 18525twf2.doc/006 95 12 5 最後，請參照圖3D，由於雷射的光化學或熱作用，半 導體層312與材料層302會同時被圖案化，而得到所謂的 「下接觸式(bottom contact)」電極。之後，將罩幕309移 開。 除此之外，本發明可應用於電子元件的製作，如有機薄膜 " 電晶體、有機太陽能電池…等，因此適用於低成本、大面積、 • 軟性基板的電子產品，如主動驅動顯示器（Active-Matrix

Displays)、智慧卡(Smart Card)、價格標籤(price Tags)、貨物標 籤(Inventory Tags)、無線射頻辨識系統(Radi〇 Frequeney IDentiflcation，RFID)，或者大面積感應陣列(Large-Area Sensor Arrays)。而且，依照本發明製作的電子元件可搭配所有 顯示介質，例如OLED、PLED、EPD、LCD…等。以下特舉 薄膜電晶體元件為例。 圖4A至圖4D是依照本發明之第四實施例的四種薄膜 電晶體元件之結構剖面圖。 請同時參照圖4A至圖4D，本實施例的薄膜電晶體元 件是至少由基板400、閘極電極402、閘極絕緣層4〇4、半 ‘體層406以及源極電極4〇8a與没極電極4〇8b所構成。 這種薄膜電晶體元件之特徵在於上述閘極電極4〇2以及/ 或是源極電極408a與汲極電極408b的材料都可以是有機 金屬裂解物，且這種有機金屬裂解物是經過如上述第一、 f二或第三實施朗述的方法(雷射加熱處理）而由絕緣體 變成導體的材料。因此，簡、極電極彻a與没極電極働 為例，當其為有機金屬裂解物4〇9時，源極電極4〇8a與沒 12 (S > .1279008 18525twf2.doc/006 12.5 極電極408b就是受到雷射加熱處理而由絕緣體變成導體 的，反之’仍保持絕緣體的就是未受雷射加熱處理的絕緣 部分408c。再者，本實施例的薄膜型電晶體元件可涵蓋底 部閘極-頂部接觸(Bottom gate-Top contact)式薄膜型電晶 體元件(如圖4A)、底部閘極-底部接觸(Bottom gate-Bottom contact)式薄膜型電晶體元件（圖4B)、頂部閘極-頂部接觸 (Top gate-Top contact)式薄膜型電晶體元件(如圖4C)、頂部

閘極-底部接觸(Top gate_Bottom contact)式薄膜電晶體元 件(如圖4D)。 請繼續參照圖4A至圖4D ,其中的半導體層406可以 位於源極電極408a與汲極電極408b之上方，如圖4B與 圖4D ;抑或位於源極電極4〇8a與汲極電極4〇8b之下方， 如圖4A與圖4C。另外，源極電極408a與汲極電極4〇8b 可選擇分別位於閘極電極402兩侧之上方，如圖4A與圖 4B ;或者分別位於閘極電極4〇2兩侧之下方，如圖化與 圖4D。而閘極絕緣層404是用以分隔閘極電極4〇2以及半 導體層406、源極電極4〇8a與汲極電極4〇8b。另外，本實 施例中的各元件有與前述實施例相同者均可參照其範例，、 譬如有機金屬裂解物的金屬元素可包括銅、銀、金、鋅、 鎘、鈀、銥、釕、鐵、铑、鉑、鐵、鈷、鎳、銦、錫、銻、 鉛或鉍。此外，上述閘極絕緣層4〇4的材料可包括有 緣材料或無機絕緣材料，其中有機絕緣材料例 = 丙烯酸曱酉旨(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙稀盼_ ^ 亞醯胺(ΡΙ)···等有機材料；而無機絕緣材料例如是Si〇x’、 13 -1279008 18525twG.doc/006 95-12-5

SiNx、LiF···專無機材料。此外，可在閘極絕緣層404上沉 積自組式材料(self-assembling material，SAM)或者是層間 (interlayer)材料，來促進分子排列更好，提升載子遷移率。 綜上所述，本發明之特點在於使用雷射將有機金屬裂 解物轉化成電極，因此不會像使用微影製程需接觸酸鹼 • 液，故可避免有機半導體的損害。而且，因為本發明使用 - 雷射將有機金屬裂解物轉化成電極，所以可得到比使用喷 墨印刷(Ink-jet printing)更好的解析度。此外，本發明使用 雷射將有機金屬裂解物轉化成電極，而沒有被活化的部份 仍是絕緣體，因此不必擔心漏電問題；也因此比用整個基 板加熱所需的溫度更低·，並且因為是局部區域受熱，所以 可避免影響其它元件中的材料。再者，本發明還可使用雷 射進行圖案化的步驟，以便區分不同元件，進而避免漏電 問通。另外，本發明的有機金屬裂解層以及有機材料的半 導體層可以連續塗佈，所以不需考慮圖案K(patterning)的 問題。除此之外，本發明使用雷射製程應可比目前的喷墨 # 印刷有更快的產量(throughput)。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限^本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 2範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 - 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 “圖1A至圖1E是依照本發明之第一實施例的一種薄膜 電晶體元件電極的製造流程剖面圖。 14 .1279008 18525twf2.doc/006 95-12-5 圖2A至圖2D是依照本發明之第二實施例的一種薄膜 電晶體元件電極的製造流程剖面圖。 圖3A至圖3D是依照本發明之第三實施例的一種薄膜 電晶體元件電極的製造流程剖面圖。 圖4A與圖4D是依照本發明之第四實施例的四種薄膜 * 電晶體元件之結構剖面圖。 - 【主要元件符號說明】 100、200、300、400 ··基板 • 102、202、302 :材料層 102a、202a、302a :電極 103、109、203、209、303、309 :罩幕 104a、108a、204a、208a、304a、308a :遮蔽區 104b、108b、204b、208b、304b、308b :透光區 106、110、206、210、306、310 :雷射 212、212a、312、312a、406 :半導體層 402 :閘極電極 • 4〇4 :閘極絕緣層 408a :源極電極 408b :汲極電極 408c :絕緣部分 409 :有機金屬裂解物 15

Claims (1)

1279008 95-12-5 18525twf2.doc/006 十、申請專利範圍： 1·一種薄膜電晶體元件電極，其材料包括一有機金屬 裂解物，該有機金屬裂解物是經雷射加熱處理而由絕緣體 變成導體。 2·如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體元件電 極’其中该有機金屬裂解物的金屬元素包括銅(C0pper)、銀 (silver)、金(gold)、辞(zinc)、鑛(cadmium)、妃(palladium)、 錶(iridium)、釕(ruthenium)、餓(osmium)、铑(rhodium)、鉑 (platinum)、鐵(iron)、鈷(cobalt)、鎳(nickel)以及錮(indium)、 錫(tin)、錄(antimony)、錯(lead)或叙(bismuth)。 3·—種薄膜電晶體元件，包括一基板、一閘極電極、 一閘極絕緣層、一半導體層以及一源極電極與一汲極電 極，其中： 該半導體層位於該源極電極與該没極電極之上方與下 方其中之一； 該源極電極與該汲極電極分別位於該閘極電極兩侧之 上方與下方其中之一； 該閘極絕緣層分隔該閘極電極以及該半導體層、該源 極電極與該汲極電極； 該薄膜電晶體元件的特徵在於： 該閘極電極以及/或是該源極電極與該汲極電極的材 料包括一有機金屬裂解物，該有機金屬裂解物是經雷射加 熱處理而由絕緣體變成導體。 4.如申請專利範圍第3項所述之薄膜電晶體元件，其 • -1279008 18525twf2.doc/006 95-12-5 中該有機金屬4解物的金屬元素包括銅、銀、金、鋅、錫、 鈀、銥、釕、鐵、铑、鉑、鐵、鈷、鎳、銦、錫、銻、鉛 或銀。 5·如申明專利範圍第3項所述之薄膜電晶體元件，其 中該半導體f的材料包括—有機半導㈣料。

6·如申明專利範圍第5項所述之薄膜電晶體元件，其 中該有機半導體_包括小分子㈣、寡聚物、高分子材 料或可轉魏轉體特性的有機物。 7·如申請專利範圍第3項所述之薄膜電晶體元件，其 中該基板包括石夕晶片（wafer)、玻璃基板、金屬基板或塑膠 基板。 8.如申請專利範圍第3項所述之薄膜電晶體元件，其 中該閘極絕緣層的材料包括—有機絕緣材料或—無機絕緣 材料。 9·如申請專利範圍第8項所述之薄膜電晶體元件，其 中： /、 該有機絕緣材料包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙 烯醇(PVA)、聚乙烯酚(PVP)或聚亞醯胺(pi);以及 該無機絕緣材料包括SiOx、SiNx或LiF。 10· —種薄膜電晶體元件電極的形成方法，包括： 於一基板上形成一材料層，該材料層為有機金屬裂解 層； 利用雷射加熱性質，使該材料層局部活化形成—電 極；以及 17 .1279008 18525twG.doc/006 95.12-5 零 利用雷射的光化學或熱作用圖案化該材料層。 11·如申請專利範圍第10項所述之薄膜電晶體元件電 極的形成方法，其中於該基板上形成該材料層的步驟後更 包括進行軟烤。 12·如申請專利範圍第10項所述之薄膜電晶體元件電 極的形成方法，其中於該基板上形成該材料層的方法包括 - 旋轉塗佈法(spin-coating)、喷墨法(inkjet printing)、滴印法 肇 （droP"Printing)、滴鑄法(casting)、微觸法(micro-contact)、 微印法(micro-stamp)、網印法(screen printing)、擠壓式塗 佈法(slot-die)或滾印法(r〇ii t〇 roll printing)。 13·如申請專利範圍第1〇項所述之薄膜電晶體元件電 極的形成方法，其中該有機金屬裂解層的金屬元素包括 銅、銀、金、鋅、鎘、鈀、銥、釕、锇、铑、鉑、鐵、鈷、 鎳、銦、錫、銻、鉛或鉍。 M·如申請專利範圍第10項所述之薄膜電晶體元件電 極的形成方法，其中該基板包括矽晶片、玻璃基板、金屬 鲁 基板或塑膠基板。 U·如申請專利範圍第10項所述之薄膜電晶體元件電 極的形成方法，其中形成該材料層之前或之後，更包括於 該基板上形成一半導體層。 - 16·如申請專利範圍第15項所述之薄膜電晶體元件電 • 極的形成方法’其中利用雷射的光化學或熱作用圖案化該 材料層之步驟，包括同時圖案化該半導體層。 17·如申請專利範圍第15項所述之薄膜電晶體元件電 18 .1279008 18525twf2.doc/〇〇6 95-12、5 極的形成方法，其中該半導體層的材料包括—有機半導體 材料。 18.如申請專利範園第17項所述之薄膜電晶體元件電 極的形成方法，其中該有機半導體材料包括小分子材料、 寡聚物、高分子材料或可轉變成半導體特性的有機物。 I9· 一種薄膜電晶體元件的形成方法，其特徵在於：採 - :二請專利範圍第10項所述之方法形成該薄膜電晶體元 _ 1千的元件電極。 J279008 ^ 18525twf2.doc/006 95-12-5 七、 指定代表圈： (一) 本案指定代表圖為：圖1B。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 100 :基板 102 :材料層 103 :罩幕 104a ·遮蔽區 104b :透光區 106 :雷射 八、 本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵 的化學式： 無0