專利名稱：制造電子裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造電子裝置的方法，該電子裝置包括具有包含有機半導體材料的有源層的薄膜晶體管，所述方法包括以下步驟把有源層施加到襯底上；施加，曝光和顯影光致抗蝕劑，以及根據(jù)施加的光致抗蝕劑中的圖案構(gòu)圖有源層。
本發(fā)明還涉及一種包括薄膜晶體管的電子裝置，該薄膜晶體管具有借助溝道互相分開的源電極和漏電極，和借助電介質(zhì)材料與溝道分開的柵電極，所述裝置具有襯底，其一側(cè)之上是有源層，其包含有機半導體材料，并且溝道位于其中；第一電極層，其中源電極和漏電極被限定；由電介質(zhì)材料構(gòu)成的中間層，和第二電極層，其中柵電極被限定，所述柵電極當垂直投影到第一電極層上時，基本上與溝道重疊。
上述裝置和上述方法可從H.E.A.Huitema等人的Nature414，599(2001)獲知。已知裝置是具有由液晶材料構(gòu)成的電光層的顯示器件。為防止相鄰晶體管之間的漏電流有源層被構(gòu)造。已知裝置中的有源層包含作為半導體材料的聚噻吩二甲基-亞乙烯基(polythenylene-vinylene)并且具有金/PED0T電極。
實驗已經(jīng)表明，具有被構(gòu)造的有源層的薄膜晶體管具有不同于具有未被構(gòu)造的有源層的相當?shù)谋∧ぞw管的特性。雖然晶體管之間的漏電流在柵壓高于20V處顯著降低，但是發(fā)現(xiàn)存在相當大的閾值電壓。在實施該裝置的過程中，為操作器件必須連續(xù)施加很高的柵壓。這對于相關(guān)的功耗是非常不利的，功耗對于便攜式器件是特別相關(guān)的特性。
因而，本發(fā)明的首要目的是提供一種在引言中提到的類型的方法，借此實現(xiàn)一種裝置，其既顯示了鄰近的薄膜晶體管之間的低漏電流又顯示了較低的閾值電壓。
該目的可以這樣實現(xiàn)，即把保護層施加到有源層上，其上設置光致抗蝕劑；并且根據(jù)光致抗蝕劑中限定的圖案構(gòu)圖保護層和有源層。
已經(jīng)意外地發(fā)現(xiàn)，借助保護層，在裝置中漏電流和閾值電壓大大降低。用于在被測量的現(xiàn)有技術(shù)的晶體管中出現(xiàn)升高的閾值電壓的第一假設是光致抗蝕劑中的導體摻雜到有源層。有源層中的摻雜即會導致電導率增加。這又會導致抑制所得到的電導率所需的更高的柵電極電壓。然而本發(fā)明的裝置中的保護層可以是具有非晶結(jié)構(gòu)的很薄的層。因而，光致抗蝕劑中的導體能簡單地通過該保護層擴散。當在升高的溫度下執(zhí)行固化光致抗蝕劑時尤其如此。在尤其是顯示器件的制造工藝的進一步的步驟中，也使用較高的溫度。因而，顯然，一個或多個無法解釋的結(jié)果發(fā)生。接著推測出光致抗蝕劑圖案可作為附加的和不受控制的電極。因為由于保護層的存在，在根據(jù)本發(fā)明的器件中的該電極和有源層之間不再有接觸，因此該電極不再有效。所討論的保護層可以很薄的事實顯然對此沒有影響。
為保證晶體管的正確操作，在此極其可取的是保護層是電學上不導電的材料；合適的材料是半導體材料以及尤其是電學上絕緣的材料。合適的材料包括，特別是聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)，聚乙烯醇(polyvinylalcohol)，聚苯酚乙烯(polyvinylphenol)，聚丙烯酸酯(polyacrylate)，聚苯乙烯(polystyrene)，聚氯乙烯(polyvinyl chloride)，聚酯類(polyesters)，聚醚類(polyethers)，苯并環(huán)丁烯(benzocyclobutene)，聚酰亞胺(polyimide)，環(huán)氧衍生物(epoxides)，填充了玻璃的聚合物類以及無機電介質(zhì)。接著的優(yōu)勢是將保護層材料施加到溶劑中，其中有源層的半導體材料不可溶解或僅僅有一點溶解。實際上，優(yōu)勢是選擇在光致抗蝕劑的溶劑中不溶解的材料。而且，通過在有源層上施加材料后固化該材料可以實現(xiàn)抵抗在光致抗蝕劑中溶解。如果這是可取的，從溶解度觀點來看，不用說保護層可以由不同材料的兩個局部層組成。
本發(fā)明的方法的優(yōu)點在于對不同層的溫度處理可以在一個單個的加熱步驟中執(zhí)行。需要這種熱處理，例如，用于將前體材料轉(zhuǎn)化為有機半導體材料以及用于固化光致抗蝕劑。
合適的有機半導體的實例包括聚噻吩二甲基-亞乙烯基，聚-3-烷基噻吩類(poly-3-alkylthiophenes)，例如聚-3-戊基噻吩(poly-3-pentylthiophene)，聚-3-己基噻吩(poly-3-hexylthiophene)，聚-3-庚基噻吩(poly-3-heptylthiophene)，并五苯(pentacene)，酞花青(phtalocyanine)，苯并二噻吩(benzodithiophene)，四氰基萘醌(tetracyanonaphthoquinone)，四甲氨基乙烯(tetrakismethy1-animoethylene)，低聚噻吩類(oligothiophenes)，多芳胺類(polyarylamines)，聚亞苯基亞乙烯基類(polyphenylene-yinylenes)，聚呋喃二甲基-亞乙烯類(polyfuranylene-vinylenes)，聚吡咯(polypyrrol)，聚亞苯基(polyphenylene)，聚芴(polyfluorene)，聚乙炔(polyacetylene)，聚呋喃(polyfurane)，聚苯胺(polyaniline)，功能化的巴克球(buckyballs)，共聚物(co-polymers)和它們的混合物，以及具有有限共軛長度的半導體集成在其中的共聚物。另外，這些聚合物材料的取代變形也可以被使用。取代物的實例是烷基和烷氧基的基團以及環(huán)形基團，例如環(huán)二氧烷烴基(alkylenedioxy groups)。對于上述基團的優(yōu)選的選擇是C1～C10烷基、烷氧基或亞烴基。
在有利的實施例中，有源層包含載體材料和半導體材料的混合物。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用這種方法可以改善保護層到有源層的粘附。實際上看起來一些半導體材料，尤其是低聚物(oligomers)，例如并五苯和低聚噻吩，顯示出弱的粘附和差的機械穩(wěn)定性。通過加入少量或較大量的載體材料，該機械穩(wěn)定性會大大改善。這意味著借助于旋涂法有源層能較容易地被施加以及可以較容易地將層沉積到這些有源層上。象這樣的有源層可以從未預先公布的申請?zhí)朠CT-IB02/03940(PHNL010691)獲知。通過結(jié)合保護層使用這種混合物，有源層可以與作為半導體材料的低聚物一起被構(gòu)造。到目前為止，采用工業(yè)上可行的方法上述內(nèi)容不太可能被實現(xiàn)。因此，載體材料在用于保護層中的材料的溶劑中不溶解是很重要的。
在進一步的有利的實施例中，有源層和保護層借助于干蝕刻被構(gòu)造。干蝕刻也被稱為反應離子刻蝕，其中不使用溶劑；這樣不希望有的結(jié)果，例如膨脹，可以被避免。在更進一步的有利的實施例中，金屬電極層，其也可以作為腐蝕停層，包含在有源層和襯底之間。用于此的優(yōu)選金屬是例如Au或Ag的貴金屬。
在有利的實施例中，在施加有源層之前，用于薄膜晶體管的源電極和漏電極被限定在第一電極層中。另外，由電介質(zhì)材料構(gòu)成的中間層被施加，以及用于薄膜晶體管的柵電極被限定在由電學上導電的材料構(gòu)成的第二電極層中。這樣，得到了具有底-柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管。在可替換的頂-柵結(jié)構(gòu)中，柵電極被置于在保護層上或光致抗蝕劑上。這可以提供一種限制使保護層也必須適合用作柵極介質(zhì)。此外，在這種情況下，中間層具有與半導體層相同的圖案，這會對垂直互連產(chǎn)生更大的阻力。另外，當在施加光致抗蝕劑之前設置柵電極時，必須使用由電學上導電的材料構(gòu)成的附加層以填充垂直互連。當在施加光致抗蝕劑之后設置柵電極時，可形成兩層的電介質(zhì)。
本發(fā)明的方法可以很成功地用于同時實現(xiàn)大量的薄膜晶體管。而且優(yōu)勢是薄膜晶體管形成顯示器件的一部分，與已經(jīng)在WO01/15233中所描述的一樣。代替液晶電光層，不同類型的電光層例如電泳層也可以被使用。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種在引言中提到的類型的裝置，其具有低漏電流和低閾值電壓。該目的可以這樣實現(xiàn)，即將有源層的與襯底相背的一側(cè)與保護層接觸，借此所述層以相同的圖案被構(gòu)造?？梢越柚景l(fā)明的方法得到的該結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生所希望的結(jié)果。
在有利的實施例中，薄膜晶體管具有底-柵結(jié)構(gòu)；在這種情況下，第二電極層位于第一電極層和襯底之間。這樣會具有前述的優(yōu)勢。在更進一步的實施例中，光致抗蝕劑以構(gòu)造之前相同的圖案被使用，其之后不需要被移除。這看起來對薄膜晶體管的壽命有積極的影響。此外，當源電極和漏電極具有所謂的互相交叉的結(jié)構(gòu)時是有優(yōu)勢的。這些電極和中間溝道的優(yōu)選分辨率是約為0.5～5μm。優(yōu)選的，薄膜晶體管大量地存在并且可以按所希望的圖案互連以形成集成電路。
在特別有利的實施例中，薄膜晶體管是第一顯示元件的部件；以及存在具有薄膜晶體管的另外的顯示元件，其中所述第一和另外的顯示元件排列成矩陣。在這種情況下，裝置是具有幾個顯示元件-也被稱為象素的顯示器件。對于顯示器件來說相鄰晶體管之間的漏電流極其低是尤其重要的。
參考下文描述的實施例，本發(fā)明的這些和其它特征將顯而易見并將被闡明
在附圖中

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的截面示意圖；圖2示出了在根據(jù)本發(fā)明的裝置上和已知裝置上執(zhí)行的測試的結(jié)果；以及圖3示出了在根據(jù)本發(fā)明的裝置上和已知裝置上，以及在使用不同材料的實施例中執(zhí)行的測試的結(jié)果。
圖1中用示意圖示出的并且未按比例繪制的薄膜晶體管10包括電學上絕緣的襯底1，其上是源電極21，漏電極22，而所述電極21，22借助溝道23互相分開并且被限定在第一電極層2中。另外，在襯底1上是第二電極層3，其中柵電極24被限定。當柵電極24平行投影到第一電極層2上時，柵電極24基本上與溝道23重疊。此外，存在中間層4和包含半導體材料的有源層5。
所述層2，3，4，5按照下面的順序存在于襯底1上，即第二電極層3，中間層4，第一電極層2和有源層5。為將襯底平坦化存在有絕緣的平面化的聚乙烯醇層-未示出。第二電極層3包含Au并且借助于已被曝光并已被顯影的光敏抗蝕劑用已知的方法按照需要被構(gòu)圖。在第二電極層3和中間層4之間，可施加未被說明的CH3-(CH2)15-SH的單層以防止在中間層4中形成小孔。中間層4包含光敏有機電介質(zhì)，例如苯并環(huán)丁烯，聚酰亞胺，聚苯酚乙烯或光致抗蝕劑，在此為光致抗蝕劑HPR504。在這種情況下第一電極層2包含金。第一電極層2借助于蒸發(fā)法被施加并且用已知的方法被光刻構(gòu)造。在第一電極層2上，由聚3-己基噻吩構(gòu)成的有源層5具有50nm的厚度。半導體層5的至少一部分在溝道23內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，在有源層5上是保護層6，在該實例中該保護層包含聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以及厚度為40nm。當有源層通過在三氯甲烷(chloroform)中旋轉(zhuǎn)被施加時，乙基甲基酮(ethylmethylketone)可作為用于保護層的溶劑。光致抗蝕劑7，在此為CK6020L，借助于旋涂法被施加到保護層。這是在安全-溶劑形式下提供的。在借助于UV輻射(λ＝365nm)曝光光致抗蝕劑7之后，將光致抗蝕劑在90℃下干燥。當在120℃下的干燥步驟達到1分鐘之后，保護層6和有源層5借助于反應離子刻蝕被構(gòu)圖。借此，第一電極層2用作腐蝕停層。
圖2示出的圖中源電極和柵電極21，22之間的電流Id(以A為單位)作為柵電極24上的電壓的函數(shù)被繪制。由于有機半導體材料的p-型特性，當負電壓施加到柵電極時有電流流過。在實施例的其它實例中，n-型半導體材料，或具有n-型和p-型特性的有源層也可以被使用，與未預先公開的申請EP03100177.9(PHNL030112)中所描述的一樣。實線表示初始特性，最下面的虛線表示沒有保護層6的結(jié)果，而最上面的虛線表示具有保護層6的結(jié)果。
圖3示出了與圖2相同的圖，但是對于不同的材料。在這種情況下，并五苯用作半導體材料。此前體材料(具有作為離去基團的四氯環(huán)己二炔(chlorocyclohexadine)鍵)作為有源層與作為載體材料的聚苯乙烯一起被施加。隨后在200℃下其轉(zhuǎn)變成并五苯。作為保護層，商業(yè)上可得的材料環(huán)烯烴聚合物(Zeonex)借助旋轉(zhuǎn)法與作為溶劑的環(huán)己烷(cyclohexane)一起被施加。HPR504用作光致抗蝕劑。此處包含的載體材料的含量為1wt％。所用的溶劑是二氯甲烷(dichloromethane)。實線表示沒有構(gòu)造以及沒有較高的層的初始特性。圖中最右邊的虛線表示當不使用保護層6時的結(jié)果。其它虛線表示當有源層被構(gòu)造時的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種制造電子裝置的方法，該電子裝置包括具有包含有機半導體材料的有源層的薄膜晶體管，所述方法包括以下步驟把具有有機半導體材料或其前體材料的有源層施加到襯底上；把保護層施加到有源層上，施加，曝光和顯影光致抗蝕劑，根據(jù)光致抗蝕劑中的圖案構(gòu)圖保護層和有源層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于有源層包含載體材料和有機半導體材料的化合物。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于并五苯是有機半導體材料。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于保護層和有源層借助于干蝕刻在一個步驟中被構(gòu)造。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于在有源層和襯底之間存在金屬電極層，其可用作腐蝕停層。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在施加有源層之前執(zhí)行以下步驟將用于薄膜晶體管的源電極和漏電極限定在第一電極層中；施加由電介質(zhì)材料構(gòu)成的中間層；以及將薄膜晶體管的柵電極限定在由電學上導電材料構(gòu)成的第二電極層中。
7.包括薄膜晶體管的電子裝置，該薄膜晶體管具有借助溝道互相分開的源電極和漏電極，和借助于電介質(zhì)材料與溝道分開的柵電極，所述裝置具有襯底，其一側(cè)之上有有源層，其包括有機半導體材料，并且溝道位于其中；第一電極層，源電極和漏電極被限定其中；由電介質(zhì)材料構(gòu)成的中間層，以及第二電極層，柵電極被限定其中，所述柵電極當垂直投影到第一電極層上時，基本上與溝道重疊，其特征在于有源層的與襯底相背的一側(cè)與保護層接觸，這些層以相同的圖案被構(gòu)造。
8.如權(quán)利要求7所述的電子裝置，其特征在于有源層包含載體材料，以及保護層有機材料，載體材料和有機材料互不相同。
9.如權(quán)利要求7所述的電子裝置，其特征在于第二電極層位于襯底和第一電極層之間。
10.如權(quán)利要求7所述的電子裝置，其特征在于薄膜晶體管是第一顯示元件的組件；以及存在具有薄膜晶體管的另外的顯示元件，其中第一和另外的顯示元件排列成矩陣。
全文摘要
本發(fā)明的器件包括由有機半導體材料構(gòu)成的薄膜晶體管。該半導體材料通過施加首先是保護層其后是光致抗蝕劑而被構(gòu)圖。由此，本發(fā)明的晶體管(A)與現(xiàn)有技術(shù)的晶體管(B，C)相比顯示出很低的漏電流和低的閾值電壓。
文檔編號H01L51/10GK1757124SQ200480006105
公開日2006年4月5日 申請日期2004年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月7日
發(fā)明者B·-H·休斯曼, M·E·梅納貝尼托, T·C·T·格昂斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司