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TWI392095B - 有機薄膜電晶體陣列面板及其製造方法 - Google Patents

有機薄膜電晶體陣列面板及其製造方法 Download PDF

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TWI392095B
TWI392095B TW094133438A TW94133438A TWI392095B TW I392095 B TWI392095 B TW I392095B TW 094133438 A TW094133438 A TW 094133438A TW 94133438 A TW94133438 A TW 94133438A TW I392095 B TWI392095 B TW I392095B
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TW
Taiwan
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layer
ito layer
electrode
ito
organic semiconductor
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Application number
TW094133438A
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English (en)
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TW200618312A (en
Inventor
Min-Seong Ryu
Jong-Hyun Seo
Mun-Pyo Hong
Original Assignee
Samsung Display Co Ltd
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Publication date
Application filed by Samsung Display Co Ltd filed Critical Samsung Display Co Ltd
Publication of TW200618312A publication Critical patent/TW200618312A/zh
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Description

有機薄膜電晶體陣列面板及其製造方法
本發明係關於一種薄膜電晶體陣列面板及其製造方法,且更特定言之,係關於一種有機薄膜電晶體陣列面板及其製造方法。
已經普遍研究包括有機半導體的電場效電晶體作為用於下一代顯示裝置之驅動裝置。有機半導體可分為諸如寡聚噻吩、幷五苯、酞菁、及C6 O之低分子化合物;及諸如聚噻吩及聚伸噻吩基乙烯的高分子化合物。低分子半導體具有約0.05 msV至1.5 msV範圍內之高遷移率,及優良的開/關電流比。
然而,製造包括低分子半導體化合物之有機薄膜電晶體(TFT)的習知方法可係複雜的,因為該等方法要求藉由使用一遮蔽罩及真空沉積形成一低分子半導體圖案以避免由有機溶劑引起的溶劑誘發平面內膨脹。
此外,有機半導體易於改變其特性或易於被隨後之處理步驟損壞,藉此惡化有機TFT的特徵。
因此,必須在形成用於將訊號傳輸至有機TFT的訊號線之後形成有機半導體。
判定訊號線之材料係考慮到與有機半導體之接觸。此材料之實例包括金(Au)、鉬(Mo)、鎳(Ni)及其合金。儘管Au具有低電阻率並可與有機半導體穩定接觸,但其具有與絕緣體之不良接觸特性。此外,儘管Mo及Ni具有較大功函數,但氧化物易於形成在其表面上,此降級TFT之電流特性。
近來,建議將氧化銦錫(ITO)用作有機TFT之訊號線的材料,其不會發生表面氧化並展示出與有機半導體之極好接觸。
然而,ITO與絕緣體(詳言之,有機絕緣體)接觸不良並因此難以用於ITO訊號線,且在較大顯示裝置中尤為如此。
本發明提供一種製造一薄膜電晶體陣列面板之方法,該方法包括:於一基板上形成一閘極線;於該閘極線上形成一閘極絕緣層;於約20℃至35℃之溫度下沉積一ITO層;蝕刻該ITO層以於該閘極絕緣體上形成一資料線及一汲電極;及於該資料線、該汲電極及該閘極絕緣層上形成一有機半導體。
沉積ITO層可包括:於約20℃至35℃之溫度下濺鍍ITO層以形成一經濺鍍ITO層。
經濺鍍ITO層可包括一非晶系ITO層並可具有大體上均一之薄膜品質。
閘極絕緣層可包括一有機絕緣體。
該方法可進一步包括:退火該資料線及該汲電極。可於高於約180℃之溫度下執行退火持續約一小時至三小時。經退火之資料線及經退火之汲電極可包括一似結晶ITO。
蝕刻ITO層可包括:較佳利用可包括HNO3 、(NH4 )2 Ce(NO3 )6 及H2 O的Cr蝕刻劑濕式蝕刻ITO層。蝕刻劑中HNO3 、(NH4 )2 Ce(NO3 )6 及H2 O之比例按重量百分比可分別等於約3-6w%、約8-14w%及約80-90w%。
該方法可進一步包括:於有機半導體、資料線、及汲電極上形成一鈍化層,該鈍化層具有一至少部分曝露汲電極的接觸孔;及於該鈍化層上形成一像素電極,該像素電極經由接觸孔連接至汲電極。
提供一種薄膜電晶體陣列面板,其包括:一形成於一基板上之閘極線;一形成於該閘極線上之有機絕緣層;形成於該有機絕緣層上且包括一ITO層之一資料線及一汲電極;一形成於該資料線、該汲電極及該有機絕緣層上之有機半導體;一形成於該有機半導體上之鈍化層;及一連接至該汲電極之像素電極。
該ITO層可處於自該ITO層之底部至頂部大體上均一分配之似結晶相(quasi-crystalline phase)中。
該ITO層可具有一傾斜邊緣輪廓。
該有機半導體可包括幷五苯。
現將參看隨附圖式在下文中更完整地描述本發明的較佳實施例,於該等隨附圖式中展示了本發明的較佳實施例然而,本發明可以許多不同形式實施且不應被理解為限於本文中所述之實施例。
於圖式中,為清楚起見誇示了層及區的厚度。相同數字始終指示相同元件。應瞭解,當將諸如層、區或基板之元件指示為在另一元件"上"時,該元件可直接位於另一元件上或亦可存在介入元件。相反,當將一元件指示為"直接在"另一元件"上"時,則不存在介入元件。
將參看圖1及圖2描述根據本發明之一實施例的一TFT陣列面板。
圖1為根據本發明之一實施例之用於LCD之TFT陣列面板的布局圖,且圖2為沿線II-II剖開之圖1中所示之TFT陣列面板的剖視圖。
複數個閘極線121形成於一諸如透明玻璃、聚矽氧或塑膠之絕緣基板110上。
閘極線121傳輸閘極訊號且大體上於橫向方向延伸。每一閘極線121包括向上突出之複數個閘電極124及一具有一較大區域以與另一層或一外部驅動電路接觸之末端部分129。一用於產生閘極訊號之閘極驅動電路(未圖示)可安裝於一可撓印刷電路(FPC)薄膜上,其可附著至基板110,直接安裝於基板110上,或整合於基板110上。閘極線121可延伸以連接至一可整合於基板110上的驅動電路。
閘極線121較佳由諸如Al及Al合金之含Al金屬、諸如Ag及Ag合金之含Ag金屬、諸如Au及Au合金之含Au金屬、諸如Cu及Cu合金之含Cu金屬、諸如Mo及Mo合金之含Mo金屬、Cr、Ti或Ta製成。然而,閘極線121可具有一包括兩個具有不同實體特徵之導電薄膜(未圖示)的多層結構。兩薄膜中之一者較佳由包括含Al金屬、含Ag金屬、及含Cu金屬之低電阻率金屬製成以減少訊號延遲或電壓下降。其它薄膜較佳由諸如含Mo金屬、Cr、Ta或Ti之材料製成,該等材料具有與諸如氧化銦錫(ITO)及氧化銦鋅(IZO)之其它材料的良好物理、化學及電接觸特性。兩薄膜組合的良好實例為一下部Cr薄膜與一上部Al(合金)薄膜及一下部Al(合金)薄膜與一上部Mo(合金)薄膜。然而,閘極線121可由各種金屬或導體製成。
閘極線121的側面係相對於基板之一表面傾斜,且其傾斜角度範圍在約30度至80度。
一閘極絕緣層140形成於閘極線121上。閘極絕緣層140較佳由無機絕緣體或有機絕緣體製成。無機絕緣體之實例包括氮化矽(SiNX )及二氧化矽(SiO2 ),其可具有利用十八基-三氯-矽烷(OTS)處理之一表面。有機絕緣體之實例包括馬來硫亞氨(maleimide)-苯乙烯、聚乙烯基苯酚(PVP)、及改質氰基乙基支鏈澱粉(m-CEP)。較佳地,閘極絕緣層140具有與有機半導體之良好接觸特性及較小粗糙度。
複數個資料線171及複數個汲電極175係形成於閘極絕緣層140上。
資料線171傳輸資料訊號並大體於縱向方向延伸以與閘極線121相交。每一資料線171包括向閘電極124突出之複數個源電極173及一具有一較大區域以與另一層或一外部驅動電路接觸之末端部分179。一用於產生資料訊號之資料驅動電路(未圖示)可安裝於一可撓印刷電路(FPC)薄膜上,其可附著至基板110,直接安裝於基板110上,或整合於基板110上。資料線171可延伸以連接至一可整合於基板110上之驅動電路。
汲電極175係與資料線171分離並相對於閘電極124與源電極175相對安置。
資料線171及汲電極175較佳由具有與閘極絕緣層140及有機半導體良好物理、化學、及電接觸特性之材料製成。於一實施例中,資料線171及汲電極175由一包括ITO之材料製成。用於資料線171及汲電極175之ITO具有高功函數且尤其在與閘極絕緣層140之介面處可為似結晶的,以提供與一有機閘極絕緣層140之極好接觸特性。
資料線171及汲電極175具有平滑傾斜邊緣輪廓。
複數個有機半導體島狀物154形成於源電極173、汲電極175及閘極絕緣層140上。
有機半導體島狀物154完全覆蓋閘電極124以使閘電極124之邊緣與有機半導體島狀物154重疊。
有機半導體島狀物154可包括可溶於一水溶液或有機溶劑中的高分子化合物或低分子化合物,且在該種狀況下可藉由印刷形成有機半導體島狀物154。
有機半導體島狀物154可由具有取代基之幷四苯或幷五苯製成,或由其衍生物形成。另外,有機半導體島狀物154可由包括連接於噻吩環之位置2、5處之四至八噻吩的寡聚噻吩製成。
有機半導體島狀物154可由苝四甲酸二酐(PTCDA)、萘四甲酸二酐(NTCDA)、或其醯亞胺衍生物製成。
有機半導體島狀物154可由金屬化酞菁或其鹵化衍生物製成。金屬化酞菁可包括Cu、Co、Zn、等等。
有機半導體島狀物154可由伸噻吩及伸乙烯基之共寡聚物或共聚合物製成。此外,有機半導體島狀物154可由區位規則性聚噻吩製成。
有機半導體島狀物154可由具有取代基之苝、六苯幷苯或其衍生物製成。
有機半導體島狀物154可由具有至少一有一至三十個碳原子之烴鏈之上述衍生物的芳香或雜芳環之衍生物製成。
閘電極124、源電極173、及汲電極175連同有機半導體島狀物154一起形成一具有一安置於源電極173與汲電極175之間且形成於有機半導體島狀物154中之通道的有機TFT。安置於閘電極124與有機半導體島狀物154之間的閘極絕緣層140可由一具有與有機半導體島狀物154良好接觸特性並於TFT中產生最小漏電流的材料製成。
複數個保護部件164形成於半導體島狀物154上。保護部件164較佳由可於低溫下乾式處理並沉積的絕緣材料製成。此種材料之一實例為可於室溫或低溫下形成的聚對二甲苯基。保護部件164保護有機半導體島狀物154在製造過程中免受損壞。保護部件164大體上完全覆蓋有機半導體島狀物154以使有機半導體島狀物154之邊緣由保護部件164覆蓋。保護部件164可被省略。
一鈍化層180係形成於資料線171、汲電極175、及保護部件164上。鈍化層180較佳由無機絕緣體(諸如氮化矽或氧化矽)、有機絕緣體或低介電絕緣體製成。有機絕緣體及低介電絕緣體較佳具有低於約4.0之介電常數,且低介電絕緣體包括藉由電漿增強化學氣相沉積(PECVD)形成的a-Si:C:O及a-Si:O:F。用於鈍化層180之有機絕緣體可具有光敏性且鈍化層180可具有一平坦表面。
鈍化層180具有分別曝露資料線171之末端部分179及汲電極175的複數個接觸孔182及185。鈍化層180及閘極絕緣層140具有曝露閘極線121之末端部分129的複數個接觸孔181。
複數個像素電極190及複數個接觸助件81及82係形成於鈍化層180上。該等像素電極及接觸助件較佳由諸如ITO或IZO之透明導體或諸如Ag或Al之反射導體製成。
像素電極191經由接觸孔185實體地並電連接至汲電極175以使像素電極191自汲電極175接收資料電壓。具備資料電壓之像素電極191與一具備一共同電壓之相對顯示面板(未圖示)之共同電極(未圖示)協作產生電場,電場可判定一安置於兩電極之間的液晶層(未圖示)之液晶分子(未圖示)的定向。像素電極191及共同電極形成一被稱為"液晶電容器"的電容器,該電容器於TFT關閉之後儲存所施加電壓。
像素電極190與閘極線121及資料線171重疊以增加孔徑比。
接觸助件81及82分別經由接觸孔181及182連接至閘極線121之末端部分129及資料線171之末端部分179。接觸助件81及82保護末端部分129及179並增強末端部分129及179與外部裝置之間的黏著力。
現將參看圖3至圖13以及圖1及圖2詳細描述根據本發明之一實施例之圖1及圖2中所示之有機TFT陣列面板的製造方法。
圖3、圖5、圖8、圖10及圖12為根據本發明之一實施例製造圖1及圖2中所示有機TFT陣列面板之方法的中間步驟中該面板的布局圖。圖4為沿線IV-IV'剖開之圖3所示之TFT陣列面板的剖視圖,圖6為沿線VI-VI'剖開之圖5所示之TFT陣列面板的剖視圖,圖9為沿線IX-IX'剖開之圖8所示之TFT陣列面板的剖視圖,圖11為沿線XI-XI'剖開之圖10所示之TFT陣列面板的剖視圖,且圖13為沿線XIII-XIII'剖開之圖12所示之TFT陣列面板的剖視圖。圖7為說明於使用一Cr蝕刻劑蝕刻一ITO層之後諸層截面的照片。
參看圖3及圖4,包括閘電極124及末端部分129之複數個閘極線121形成於一較佳由透明玻璃、聚矽氧、或塑膠製成之絕緣基板110上。
參看圖5及圖6,藉由CVD等沉積閘極絕緣層140。閘極絕緣層140可具有約500至3,000的厚度並可浸入OTS中。
其後,藉由濺鍍等於閘極絕緣層上沉積一較佳由ITO製成之導電層。於約20℃至35℃範圍之室溫下執行濺鍍以使經濺鍍ITO層為一非晶相並具有自底部至頂部之均一薄膜品質。
隨後,藉由微影及濕式蝕刻圖案化導電層以形成包括源電極173及末端部分179之複數個資料線171及複數個汲電極175。用於濕式蝕刻之蝕刻劑之一實例包括含有HNO3 、(NH4 )2 Ce(NO3 )6 及H2 O的Cr蝕刻劑,該蝕刻劑係用於蝕刻Cr。HNO3 、(NH4 )2 Ce(NO3 )6 及H2 O之比例按重量百分比較佳等於約3-6w%、約8-14w%及約80-90w%。
由於薄膜品質均一,因而蝕刻劑均一地蝕刻導電層,藉此防止由非均一蝕刻引起之導電層的損耗。
反之,當濺鍍溫度高於約100℃時,經濺鍍ITO層包括鄰近與閘極絕緣層140之介面的一下部非晶系部分及一剩餘似結晶部分。在該種狀況下,具有較似結晶上部部分低之密度的非晶系下部部分可較似結晶上部部分蝕刻更多以使ITO層之部分非故意被移除。
使用用於蝕刻非晶系ITO之Cr蝕刻劑可減少對閘極絕緣層140(其可為有機物)之損壞。相反,似結晶ITO可要求一含有可損壞閘極絕緣層140之氫氯酸的蝕刻劑。
圖7展示經Cr蝕刻劑蝕刻之後ITO層的一截面,該截面展示ITO層之未損耗部分。展示ITO層係經良好圖案化從而具有平滑邊緣輪廓。
接著,退火資料線171及汲電極175以使將其似結晶。較佳在一高於約180℃之溫度下執行退火持續約一小時至三小時。
參看圖8及圖9,藉由分子束沉積、氣相沉積、真空昇華、CVD、PECVD、反應性沉積、濺鍍、旋塗等沉積,並藉由微影及蝕刻來圖案化一較佳由幷五苯製成之有機半導體層以形成複數個有機半導體島狀物154。
參看圖10及圖11,於低溫或室溫下在有機半導體島狀物154上乾式沉積一絕緣層。該絕緣層可由聚對二甲苯基製成。絕緣層之低溫乾式沉積防止有機半導體島狀物154被損壞。絕緣層經受微影及乾式蝕刻以形成複數個保護部件164。保護部件164完全覆蓋有機半導體島狀物154。
參看圖12及圖13,一鈍化層180與閘極絕緣層140一起沉積並圖案化以形成分別曝露閘極線121之末端部分129、資料線171之末端部分179、及汲電極175之部分的複數個接觸孔181、182及185。由於有機半導體島狀物154由保護部件164完全覆蓋,因而有機半導體島狀物154不受鈍化層180之形成的影響。
最後,複數個像素電極190及複數個接觸助件81及82形成於如圖1及圖2中所示的鈍化層180上。此時,由於未曝露有機半導體島狀物154,因而有機半導體島狀物154將不受像素電極190及接觸助件81及82之形成的影響。
如上所述,由於沉積ITO層具有均一薄膜品質,因而可均一地被蝕刻以防止ITO層之損耗。此外,由於在非晶相中沉積ITO層,因而可藉由一可不侵蝕在ITO層下方之有機層的Cr蝕刻劑來蝕刻該ITO層。
本發明可用於包括LCD及OLED顯示器之任何顯示裝置。
儘管在上文已詳細描述了本發明之較佳實施例,但應清楚瞭解,可呈現於熟習此項技術者之本文所教示之基本發明概念的許多變化及/或修正仍將屬於隨附申請專利範圍中所界定之本發明的精神及範疇內。
81,82...接觸助件
110...絕緣基板
121,129...閘極線
124...閘電極
140...閘極絕緣層
154...半導體
164...保護部件
171,179...資料線
173...源電極
175...汲電極
180...鈍化層
181,182,185...接觸孔
190...像素電極
圖1為根據本發明之一實施例之用於一LCD的TFT顯示面板至布局圖;圖2為沿線II-II'剖開之圖1中所示之TFT陣列面板的剖視圖;圖3、圖5、圖8、圖10及圖12為根據本發明之一實施例之圖1及圖2中所示TFT陣列面板的製造方法之中間步驟中該面板的布局圖;圖4為沿線IV-IV'剖開之圖3所示之TFT陣列面板的剖視圖;圖6為沿線VI-VI'剖開之圖5所示之TFT陣列面板的剖視圖;圖7為說明在使用一Cr蝕刻劑蝕刻一ITO層之後諸層截面的照片;圖9為沿線IX-IX'剖開之圖8所示之TFT陣列面板的剖視圖;圖11為沿線XI-XI'剖開之圖10所示之TFT陣列面板的剖視圖;且圖13為沿線XIII-XIII'剖開之圖12所示之TFT陣列面板的剖視圖。
81,82...接觸助件
110...絕緣基板
124...閘電極
129...閘極線
140...閘極絕緣層
154...半導體
164...保護部件
173...源電極
175...汲電極
179...資料線
180...鈍化層
181,182,185...接觸孔
190...像素電極

Claims (16)

  1. 一種製造一薄膜電晶體陣列面板之方法,該方法包含:於一基板上形成一閘極線;於該閘極線上形成一閘極絕緣層;於一約20℃至35℃之溫度下沉積一ITO層;蝕刻該ITO層以於該閘極絕緣層上形成一資料線及一汲電極;退火該資料線及該汲電極;及於該資料線、該汲電極及該閘極絕緣層上形成一有機半導體,其中該經退火之資料線及該經退火之汲電極包含一似結晶ITO。
  2. 如請求項1之方法,其中沉積該ITO層包含:於一約20℃至35℃之溫度下濺鍍該ITO層以形成一經濺鍍ITO層。
  3. 如請求項2之方法,其中該經濺鍍ITO層包含一非晶系ITO層。
  4. 如請求項3之方法,其中該經濺鍍ITO層具有大體上均一之薄膜品質。
  5. 如請求項1之方法,其中該閘極絕緣層包含一有機絕緣體。
  6. 如請求項1之方法,其中在高於一約180℃之溫度下執行該退火。
  7. 如請求項6之方法,其中該退火執行約一小時至三小 時。
  8. 如請求項1之方法,其中蝕刻該ITO層包含:利用一蝕刻劑濕式蝕刻該ITO層。
  9. 如請求項8之方法,其中該蝕刻劑包含一Cr蝕刻劑。
  10. 如請求項8之方法,其中該蝕刻劑包含HNO3 、(NH4 )2 Ce(NO3 )6 及H2 O。
  11. 如請求項10之方法,其中該蝕刻劑中HNO3 、(NH4 )2 Ce(NO3 )6 及H2 O之比例按重量百分比分別等於約3-6w%、約8-14w%及約80-90w%。
  12. 如請求項1之方法,其進一步包含:於該有機半導體、該資料線及該汲電極上形成一鈍化層,該鈍化層具有一至少部分曝露該汲電極之接觸孔;及於該鈍化層上形成一像素電極,該像素電極經由該接觸孔連接至該汲電極。
  13. 一種薄膜電晶體陣列面板,其包含:一形成於一基板上之閘極線;一形成於該閘極線上之有機絕緣層;形成於該有機絕緣層上並包括一ITO層之一似結晶相之一資料線及一汲電極;一形成於該資料線、該汲電極、及該有機絕緣層上之有機半導體;一形成於該有機半導體上之鈍化層;及一連接至該汲電極之像素電極。
  14. 如請求項13之薄膜電晶體陣列面板,其中該ITO層之該似結晶相係自該ITO層之底部至頂部大體上均一分佈。
  15. 如請求項13之薄膜電晶體陣列面板,其中該ITO層具有一傾斜邊緣輪廓。
  16. 如請求項13之薄膜電晶體陣列面板,其中該有機半導體包含幷五苯。
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