專利名稱：薄膜晶體管及其制造方法和電子裝置的制作方法
技術領域：
本技術涉及ー種具有有機半導體層的薄膜晶體管和薄膜晶體管的制造方法，以及使用薄膜晶體管的電子裝置。
背景技術：
近年來，薄膜晶體管(TFT)已被用于多種電子裝置中，諸如開關元件等類似元件。近年來，代替其中將無機半導體材料用于形成半導體層的無機TFT，其中將有機半導體材料用于形成構成溝道層的半導體層的有機TFT已被認為是有前途的。這是因為在有機TFT中，溝道層可通過涂層方法形成，并由此可確保較低的成本。進ー步的原因在干，由于相比于氣 相沉積法或類似方法，溝道層可以在更低的溫度下形成，所以柔性和低熱阻的塑料膜等可被用作支撐基體。與形成溝道層的有機半導體層一起，有機TFT具有連接到有機半導體層的源電極 和漏電極。所述源電極和漏電極由金屬材料等形成。源電極和漏電極與有機半導體層的位置關系被分為兩種類型，其中，常用的是頂部接觸型，其中，源電極和漏電極被配置為使得位于有機半導體層上側并與其重疊(例如，參見日本專利申請公開第2008-085200號)。在這種類型的有機TFT中，由金屬材料形成的源電極和漏電極連接到由有機材料形成的有機半導體層上，使得其間的電荷注入效率可能不足。鑒于此，已提出在有機半導體層上形成諸如空穴注入層的有機導電層，使得有機導電層被設置在源電極和漏電極與有機半導體之間(例如，見日本專利申請公開第2006-253675號和日本專利申請公開第2005-327797 號)。

發(fā)明內容
有機導電層被設置在有機半導體層上以在從源電極區(qū)至漏電極區(qū)的區(qū)域上延伸，然而，盡管這確保電荷注入效率提高，但由于有機導電層的存在，在電極之間很可能產生漏電流。為了去除有機導電層不必要的部分，從而防止漏電流產生，因此，已研究了利用源電極和漏電極作為掩膜對有機導電層進行干蝕刻。然而，嘗試蝕刻有機導電層會導致不僅蝕刻了有機導電層而且也蝕刻了有機半導體層，從而導致電流路徑易于被打斷。在任何ー種情況下，一方面提高了電荷注入效率，但另ー方面降低了有機TFT的性能。因此，需要ー種薄膜晶體管、薄膜晶體管的制造方法以及應用這種薄膜晶體管的電子裝置，在該薄膜晶體管中，可同時實現源電極和漏電極與有機半導體層之間的電荷注入效率提聞和良好的晶體管性能。根據本技術實施方式，提供了ー種薄膜晶體管，包括有機半導體層，由含有能與蝕刻氣體反應的金屬元素和半金屬元素之一的含金屬材料形成；彼此間隔開的源電極和漏電極；以及有機導電層，被插在有機半導體層與源電極和漏電極之間的有機半導體層與源電極和漏電極重疊的區(qū)域中，并且由不含能與蝕刻氣體反應的金屬元素和半金屬元素之一的非含金屬材料形成。
根據本技術另ー個實施方式，提供了一種應用上述薄膜晶體管的電子裝置。根據本技術的又ー實施方式，提供了ー種薄膜晶體管的制造方法，包括利用含有能與蝕刻氣體反應的金屬元素或半金屬元素之一的含金屬材料形成有機半導體層；利用不含能與蝕刻氣體反應的金屬元素或半金屬元素之一的非含金屬材料在有機半導體層上形成有機導電層；在有機導電層上形成彼此間隔開的源電極和漏電極；以及利用蝕刻氣體通過源電極和漏電極作為掩膜蝕刻有機導電層。在根據本技術實施方式所述的薄膜晶體管及其制造方法或電子裝置中，由非含金屬材料形成的有機導電層被插入在由含金屬材料形成的有機半導體層與源電極和漏電極之間的有機半導體層與源電極和漏電極的重疊區(qū)域中。這確保在源電極和漏電極作為掩膜的情況下蝕刻了有機半導體層。因此，可同時獲得源電極和漏電極與有機半導體層之間的電荷注入效率提聞和良好的晶體管性能。



圖I是示出了本技術實施方式中的薄膜晶體管的構造的截面圖；圖2是用于示出了薄膜晶體管的制造方法的截面圖；圖3是用于示出了圖2的步驟之后的步驟的截面圖；圖4是示出了根據比較例的薄膜晶體管的構造的截面圖；圖5是示出了關于薄膜晶體管的構造的變形的截面圖；圖6是示出了關于薄膜晶體管的構造的另ー個變形的截面圖；圖7是示出了作為應用薄膜晶體管的一個實例的液晶顯示器的構造的截面圖；圖8是圖7中所不的液晶顯不器的電路圖；圖9是示出了作為應用薄膜晶體管的一個實例的有機電致發(fā)光(EL)顯示器的構造的截面圖；圖10是圖9中所不的有機EL顯不器的電路圖；圖11是示出了作為應用薄膜晶體管的一個實例的電子紙顯示器的構造的截面具體實施例方式現在，下面參照附圖，將詳細描述本技術的實施方式。將按下列順序進行描述。I.薄膜晶體管的結構2.薄膜晶體管的制造方法3.修改例4.薄膜晶體管的應用例(電子裝置)4-1.液晶顯示器4-2.有機EL顯示器4-3.電子紙顯示器〈I.薄膜晶體管的結構>首先，描述根據本技術實施方式所述的薄膜晶體管的構造。圖I示出了薄膜晶體管的截面結構。
本文所述的薄膜晶體管是ー種具有有機半導體層4作為溝道層的有機TFT。例如，在該有機TFT中，柵極2、柵極絕緣層3、有機半導體層4、有機導電層5、6、源電極7和漏電極8順次地堆疊在支撐基體I上。因此，如圖I所示的有機TFT為頂部接觸底柵型，其中，源電極7和漏電極8被設置在有機半導體層4的上側，而柵極2被設置在有機半導體層4的下側。順便提及，“上側”是指遠離支撐基體I的一側，“下側”是指接近支撐基體I的一偵れ支撐基體I由從諸如塑料材料,金屬材料和無機材料中選擇的至少ー種材料形成。塑料材料的實例包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚こ烯醇(PVA)、聚苯酚(PVP)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)、聚酰亞胺(PI)、聚對苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)、聚萘ニ甲酸 こニ醇酯(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)，聚丙烯酸(PAR)、聚苯硫醚(PPS)、三こ酰纖維素(TAC)。金屬材料的實例包括鋁(Al)、鎳(Ni)和不銹鋼。無機材料的實例包括硅(Si)、硅氧化物(SiOx)、硅氮化物(SiNx)、鋁氧化物(AlOx)和其它金屬氧化物。必須指出的是，硅氧化物包括玻璃、石英、旋涂式玻璃(SOG)等。支撐基體I可以為諸如晶片的剛性基體，或可以為柔性膜或箔片。此外，支撐基體I可以在其表面上設置ー個具有預定功能的涂覆層。例如，涂覆層可以是用于確保粘合的緩沖層、用于防止氣體釋放的氣體阻隔層，或具有其它功能的層。支撐基體I可以具有單層結構或多層結構。在多層結構情況下，兩個或多個上述材料層彼此堆疊。該結構可以為單層結構或多層結構的條件也適用于柵極2、柵極絕緣層
3、有機半導體層4、有機導電層5、6以及源電極7和漏電極8。柵極2被設置在支撐基體I上，并例如包括從金屬材料、無機導電材料、有機導電材料、碳材料等中選擇的至少ー種材料。金屬材料的實例包括鋁、銅(Cu)、鑰(Mo)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鎳、鈀(Pd)、金(Au)、銀(Ag)、鉬(Pt)、鎢(W)、鉭(Ta)及它們的合金。無機導電材料的實例包括三氧化ニ銦(In2O3),氧化銦錫(ΙΤ0)、氧化銦鋅(IZO)和氧化鋅(ZnO)。有機導電材料的實例包括聚3，4-こ撐ニ氧噻吩(PED0T)、聚苯こ烯磺酸(PSS)和聚苯胺(PANI)。碳材料的實例包括石墨。順便提及，柵極2例如具有PED0T/PSS的多層結構。柵極絕緣層3被設置為至少覆蓋柵極2。例如，柵極絕緣層3包含從無機絕緣材料和有機絕緣材料中選擇的至少ー種材料。無機絕緣材料的實例包括硅氧化物、硅氮化物，鋁氧化物和ニ氧化鈦(TiO2)、鉿氧化物(HfOx)以及鈦酸鋇(BaTiO3X有機絕緣材料的實例包括聚苯酚(PVP)，聚こ烯醇(PVA)，聚酰亞胺，聚酰胺，聚酷，聚丙烯酸酷，聚甲基丙烯酸酷，環(huán)氧樹脂，苯環(huán)丁烯(BCB)，氟樹脂，光敏聚酰亞胺，光敏酚醛樹脂，和聚對ニ甲苯kpolyparaxyIyIene)ο有機半導體層4設置在柵極絕緣層3上，并包括含有能與蝕刻氣體反應的金屬元素和半金屬元素之一(以下被稱作“金屬元素等”)的材料(含金屬材料)。含金屬材料為在有機TFT的制造過程中利用任意蝕刻氣體通過干蝕刻法進行蝕刻時，能夠形成金屬元素等和蝕刻氣體成分的反應產物的材料。正如將在后面描述的，在蝕刻時，在有機半導體層4的表面上生成反應產物，由此用于基本阻止蝕刻處理過程，換而言之，反應產物用作蝕刻阻止器(etching stopper)。
例如，金屬元素為選自由下列元素組成的組中的至少ー種鈹(Be)、鎂(Mg)、鋁、鈣(Ca)、鈧(Sc)、鈦、釩(V)、鉻、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳、銅、鋅(Zn)、鎵(Ga)、鍶(Sr)、釔(Y)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鑰、锝(Tc)、釕(Ru)、銠(Rh)、鈀、銀、鎘(Cd)、銦(In)、錫(Sn)、鋇(Ba)、鉿(Hf)、鉭、鎢、錸(Re)鋨(OS)、銥(Ir)、鉬、金、汞(Hg)、鉈(Tl)、鉛(Pb)、鉍(Bi)以及針(Po)，并且還可以為其它金屬元素。另ー方面，例如，半金屬元素為選自由下列元素組成的組中的至少ー種硼(B)、硅、鍺(Ge)、神(As)、銻(Sb)和碲(Te)，也可以為其它半金屬元素。此外，金屬元素和半金屬元素分別為上述一系列金屬元素的至少之ー和上述一系列半金屬兀素之一。具體來說，含金屬材料例如是具有含金屬元素等的基團(含金屬基團)的有機半導體材料，或含金屬元素等的有機金屬復合物。例如，含金屬基團含有作為半金屬元素的硅，并且含金屬基團的數量可以是ー個或兩個以上。例如，含硅的含金屬基團為硅烷基團，諸如三異丙基硅こ炔基基團(TIPS)或三こ基硅こ炔基基團(TES)，也可以是其它硅烷基團。有機半導體材料細節(jié)會在后面描述，具有含金屬基團有機半導體材料的具體實例包括TIPS-并五苯和TES-蒽并ニ噻吩。有機金屬復合物的具體實例包括金屬酞菁、金屬ニ巰基配合物和三(8-羥基喹啉)鋁(Alq-3)。 順便提及，蝕刻氣體的成分沒有特別限制，只要其能夠形成金屬元素等的反應產物。在適用的蝕刻氣體成分中，含活性氣體的成分是優(yōu)選的。其原因在于活性氣體具有優(yōu)良的反應性，因此，可保證容易形成反應產物。例如，活性氣體為氧氣(O2)和鹵素的至少之一，也可以為其它活性氣體。例如，鹵素可以為氟氣(F2)、氯氣(Cl2)等的至少之一。在蝕刻氣體含有氧氣作為活性氣體的情況下，在其它成分中，優(yōu)選含有硅的含金屬材料作為組成元素。更具體地，含金屬材料優(yōu)選地為含有硅烷基團等的有機半導體材料。其原因在于，由于娃與氧極容易反應，在蝕刻有機半導體層4時,很容易形成娃和氧的反應產物(硅氧化物)。另ー原因在于，由于硅氧化物具有足夠大的蝕刻阻力(etchingresistance),當有機半導體層4只被輕微蝕刻時,可本質上阻止蝕刻處理的過程。順便提及，有機半導體材料包含下列材料中的至少ー種(I)聚吡咯；(2)聚噻吩；
(3)異硫茚如聚異硫茚；(4)噻吩こ炔如聚噻吩こ炔；(5)聚(P-苯こ烯)(6)聚苯胺；(7)聚乙快;(8)聚ニ乙快;(9)聚茂并芳庚(polyazulene) ； (10)聚花(polypyrene) ； (11)聚咔唑；(12)聚硒酚；(13)聚呋喃；(14)聚對苯；(15)聚吲哚；(16)聚噠嗪；(17)并苯(acene),如萘并萘、并五苯、并六苯、并七苯、ニ苯并[a, c]五苯，四苯并[a, c, I, η]五苯、花、ニ苯并花、屈、ニ萘嵌苯、六苯并苯、人造纖維、卵苯、夸特銳烯和循環(huán)蒽；(18)通過用以下原子取代并苯中的至少ー個碳來得到衍生物，如氮(N)、硫(S)或氧(O)或用羰基的官能團，例如三苯ニ噁嗪、三苯ニ噻嗪或并六苯_6，15-醌；(19)聚合材料和多環(huán)凝聚物，如聚こ烯咔唑、聚苯硫醚或硫化聚亞こ烯；(20)同上述聚合物材料具有相同的重復單元的低聚物；(21)金屬酞菁如銅酞菁；(22)四硫富瓦烯；(23)四硫并環(huán)戊二烯；(24) N，N-雙(1Η，IH-全氟)，N，N’ -雙(1Η，IH-全氟丁基)或N，N’ - ニ正辛萘-1，4，5，8-四羧酸ニ酰亞胺衍生物和萘1，4，5，8-四羧酸ニ酰亞胺和N，N’-雙(4-四氟甲基苯)萘1，4，5，8-四羧酸ニ酰亞胺；(25)萘四羧酸ニ酰亞胺如萘2，3，6，7-四羧酸ニ酰亞胺；(26)稠環(huán)四羧酸ニ酰亞胺由萘四羧酸ニ酰亞胺表示，如萘2，3,6, 7-四羧酸ニ酰亞胺；(27)富勒烯如C60、C70、C76、C78或C84 ; (28)碳納米管如單壁碳納米管(SWNT) ; (29)染料如花青染料或半菁染料；和(30)迫咕噸并咕噸化合物如2，9- ニ萘-迫咕噸并咕噸。有機半導體材料并不僅限于上述物質，而可以是上述一系列材料的衍生物。衍生物是通過將至少一個取代基引入上述材料所獲得的材料，取代基的種類和引入位置是任意的。有機導電層5和6是用來提高在有機半導體層4與源電極7和漏電極8的姆ー個之間的電荷注入效率，并且它們例如為空穴注入層等。有機導電層5介于有機半導體層4和源電極7之間的有機半導體層4和源電極7相互重疊的區(qū)域中。另ー方面，有機導電層6被插在有機半導體層4和漏電極8之間的有機半導體層4和漏電極8相互重疊的區(qū)域。這是因為有機導電層5和6通過后文所述的以下方法形成，首先形成有機導電層9 (圖2)以蓋有機半導體層4的表面，此后，源電極7和漏電極8作為掩膜，選擇性地蝕刻有機導電層
9。因此，將有機導電層5和6彼此間隔開。
不同于有機半導體層4，有機導電層5和6均包括不含有能與蝕刻氣體反應的金屬元素和半金屬元素的至少之一作為組成元素的材料(非含金屬材料)。非含金屬材料為，在有機TFT的制造過程中利用任意的蝕刻氣體通過干蝕刻法蝕刻時，都不能夠形成上述反應產物的材料。因此，有機導電層9 (圖2)不用作蝕刻阻止器，并被蝕刻成期望的圖案形狀。因此，當有機導電層9通過利用蝕刻氣體被干蝕刻時，在有機導電層9和有機半導體層4之間獲得一選擇比(selectivity ratio)。有機導電層5和6優(yōu)選地具有接近有機半導體層4的電離勢的工作函數，以提高在有機半導體層4與每個源電極7和漏電極8之間的電荷注入效率。例如，具有這種特性的非含金屬材料為從導電聚合物、摻雜任意受體等的導電聚合物、導電有機導體和碳材料中選擇的至少ー種材料。導電聚合物的實例包括諸如PED0T-PSS等的聚合物以及聚苯胺。摻雜任意受體(acceptor)等的導電聚合物的實例包括摻雜氧氣的聚噻吩。導電有機導體的實例包括四硫富瓦烯-7，7，8，8-四氰基醌ニ甲烷(TTF-TCNQ)。碳材料的實例包括碳納米管。順便提及，在蝕刻氣體含有氧和含金屬材料含有硅作為組成元素的情況下，如上所述，非含金屬材料優(yōu)選地不含硅作為組成元素。這用于確保上述選擇比。源電極7和漏電極8彼此間隔開地分別設置在有機導電層5和6上,并例如包括類似于柵極2的材料的材料。源電極7和漏電極8均優(yōu)選地被設置為使得與柵極2重疊、至少部分地重疊。順便提及，圖I中的標記Pl表示有機TFT中的電流路徑。在該有機TFT中，源電極7通過有機導電層5連接至有機半導體層4，同時漏電極8通過有機導電層6連接至有機半導體層4。因此，電流通過有機導電層5從源電極7流入有機半導體層4，然后沿路徑Pl通過有機導電層6流入漏電極8?！?.薄膜晶體管的制造方法〉現在，下面將描述上述薄膜晶體管的制造方法。圖2和圖3為用于說明制造有機TFT作為薄膜晶體管的方法的示圖，并且每個圖均示出了與圖I相對應的截面圖。由于已經在上文詳細描述了用于形成有機TFT的結構部件的材料，下面描述中將提及這些材料的各個實例。在制造有機TFT中，首先，如圖2所示，在諸如塑料膜的支撐基體I上形成柵極2。在這種情況下，例如，金屬材料層(未顯示)被形成為覆蓋支撐基體I的表面，隨后為金屬材料層的圖案化。例如，形成金屬材料層的材料為銅或類似材料。形成金屬材料層的方法例如為諸如濺射法、汽相沉積法或化學汽相沉積(CVD)法的汽相生長法。例如，金屬材料層的圖案化方法為蝕刻法或類似方法。蝕刻法可以為諸如離子銑削法或反應離子蝕刻(RIE)法的干蝕刻法或可以為濕蝕刻法。順便提及，在圖案化金屬材料層時，可共同使用光刻法或紫外線繪圖法等方法。在這種情況下，例如，金屬材料層的表面被涂覆有光致抗蝕劑以形成感光耐蝕膜，然后通過光刻法或類似方法將感光耐蝕膜圖案化，此后，利用圖案化感光耐蝕膜作為掩膜，蝕刻金屬材料層。應當指出的是，金屬薄膜等可用于代替感光耐蝕膜作為掩膜。接下來，形成柵極絕緣層3以至少覆蓋柵極2。用于形成柵極絕緣層3的材料例如為PVP或類似材料。此外，形成柵極絕緣層3的方法例如為諸如旋涂法的涂布法。 隨后，在柵極絕緣層3上形成有機半導體層4，以覆蓋柵極絕緣層3的表面。用于形成有機半導體層4的材料例如為TES-蒽并ニ噻吩或TIPS-并五苯，這是ー種含金屬材料。此外，形成有機半導體層4的方法例如為汽相生長法，如電阻加熱汽相沉淀法、濺射法、汽相沉積法或CVD法,或(2)涂布法,如旋涂法,氣刀涂布機法(air doctor coater method),刮刀涂布機法、棒式涂布機法、刮刀式涂布機法、擠壓涂布機法、逆轉輥涂布機法、轉印輥涂布機法、凹印涂布法、吻合式涂布法、涂布機鑄法、噴涂法、切孔涂布法、砑光機涂布法或浸潰法。這些成型方法可根據諸如形成有機半導體層4的材料的條件適當地選擇。順便提及，有機半導體層4的厚度沒有特別地限制，并例如可以為50nm。然后，在有機半導體層4上形成有機導電層9,以覆蓋有機半導體層4。有機導電層9用于形成有機導電層5和6的準備層。形成有機導電層9的材料類似于形成有機導電層5和6的材料(非含金屬材料)。因此，用于形成有機導電層9的材料例如為TTF-TCNQ，這是ー種導電有機導體。另外，用于形成有機導電層9的方法例如類似于用于形成有機半導體層4的方法。這些方法可根據用于形成有機導電層9材料的條件適當地進行選擇。順便提及，有機導電層9的厚度沒有特別限制，如可以為5nm。隨后，在有機導電層9上形成彼此間隔開的源電極7和漏電極8。在這種情況下，例如，金屬材料層(未示出)被形成為覆蓋有機導電層9的表面，然后，圖案化金屬材料層。例如，形成金屬材料層的材料為金或類似材料。此外，例如形成金屬材料層的方法為汽相生長法，如濺射法，汽相沉積法或化學汽相沉積(CVD)法。金屬材料層的圖案化方法例如為蝕刻法或類似方法。蝕刻法可以為干蝕刻法，如離子銑削法或反應離子蝕刻(RIE)法，或可以為濕蝕刻法。從有機半導體層4或有機導電層9低損壞可能性的角度看，在圖案化方法中，濕蝕刻法是優(yōu)選的。順便提及，源電極7和漏電極8的厚度均沒有特別限制，例如可以為50nm。這里，根據需要，可在形成源電極7和漏電極8之前圖案化有機半導體層4和有機導電層9。在這種情況下，可以采用以下エ藝，其中，利用光刻法或類似方法，在有機導電層9上形成感光耐蝕膜等，隨后利用該感光耐蝕膜等作為掩膜對有機半導體層4或有機導電層9圖案化。在這種情況下，圖案化方法例如為干蝕刻法，諸如四氟化碳(CF4)的活性氣體被用作蝕刻氣體。
最后，利用所述源電極7和漏電極8作為掩膜，蝕刻有機導電層9以選擇性地去除有機導電層9，從而形成有機導電層5和6，如圖3所示。蝕刻方法例如為干蝕刻法，其中，諸如氧的活性氣體被用作蝕刻氣體。在這ー蝕刻步驟中，當蝕刻處理在蝕刻有機導電層9之后到達有機半導體層4時，含金屬材料中的金屬兀素等與蝕刻氣體的ー種或多種成分反應，從而生成反應產物10。例如，在蝕刻氣體為氧氣并且含金屬材料為含有硅烷基團的TES蒽并ニ噻吩或TIPS-并五苯等的情況下，反應產物10為硅氧化物。當在有機半導體層4的表面上生成反應產物10吋，反應物10用作蝕刻阻止器層。因此，蝕刻速率迅速下降，并且實質上完成蝕刻處理。這確保了蝕刻時獲得的選擇比。因此，當有機導電層9被徹底蝕刻(圖案化)以形成有機導電層5和6時，有機半導體層4被輕微蝕刻并被留下。因此，在有機半導體層4與源電極7和漏電極8的重疊區(qū)域中，有機導電層5和6被介于有機半導體層4與相關電極之間而形成。
順便提及，在形成有機導電層5和6之后，可以留下或去除反應產物10。反應產物10為ー種絕緣氧化物或類似產物，它不會影響有機TFT的性能，因此，如果留下也無關。例如，在去除反應產物10的情況下，可利用濕蝕刻法等方法。在圖I中，未示出反應產物10。作為上述結果，有機半導體層4、有機導電層5和6、源電極7和漏電極8互連,從而獲得了圖I中所示的電流路徑P1，并因此完成了頂部接觸底柵型有機TFT的制造。[有關薄膜晶體管制造方法的操作和效果]在作為ー種薄膜晶體管的有機TFT及其制造方法中，在有機半導體層4與源電極7和漏電極8重疊的區(qū)域中，有機導電層5和6介于有機半導體層4和相關電極之間。有機半導體層4由含有能與蝕刻氣體反應的金屬元素和半金屬元素的至少之ー的含金屬材料形成。另ー方面，有機導電層5和6由不含能與蝕刻氣體反應的金屬元素和半金屬元素的至少之ー的非含金屬材料形成。因此，可同時實現有機半導體層4與源電極7和漏電極8的每ー個之間的電荷注入效率提高，和有機TFT的良好性能。圖4是用于示出了根據對比例的有機TFT的構造和制造方法的示圖，并示出了對應圖I的截面圖。根據對比例所述的有機TFT與根據本實施方式的有機TFT具有相同的構造，只是提供由非含金屬材料形成的有機半導體層14代替由含金屬材料形成的有機半導體層4。首先，假設ー種技木，如果有機導電層9介于有機半導體層4與每個源電極7和漏電極8之間(圖2)，有機導電層9的存在使得在電極之間產生漏電流，從而導致有機TFT的性能降低。這是因為有機導電層9形成在有機半導體層4上以從源電極7區(qū)域至漏電極8的區(qū)域上延伸到的結構導致了除沿路徑Pl的正常電流的流動以外的沿路徑P2的不必要的電流流動。為解決因漏電流引起的問題，因此，研究了有機導電層9的圖案化。在對比例(圖4)中，有機半導體層14由非含金屬材料形成，然而，有機半導體層14在蝕刻時不能用作一種蝕刻阻止器。因此，有機半導體層14類似于有機導電層9易于被蝕刻；換句話說，不能獲得選擇比，使得不能控制蝕刻處理的過程。在這種情況下，即使試圖只蝕刻有機導電層9，蝕刻處理會過度進行，有機半導體層14也會被蝕刻，從而導致電流路徑Pl變窄。因此，盡管通過有機導電層5和6提高了有機半導體層14與每個源電極7和漏電極8之間的電荷注入效率，但是由于電流路徑Pl的收縮(變窄)，有機TFT的性能將降低。
另ー方面，在本實施方式中(圖1)，有機半導體層4由含金屬材料形成，用作蝕刻阻止器的有機半導體層4提供選擇比，所以可通過利用選擇比來控制蝕刻處理的進行程度。在這種情況下，只有有機導電層9被蝕刻，而有機半導體層4被輕微蝕刻，使得基本完整地保留下來；因此，由于確保了電流路徑Pl，所以通過有機導電層5和6提高了電荷注入效率，并維持了有機TFT的性能。因此，可同時獲得提高的電荷注入效率和可靠的電流路徑Pl0<3.修改例 >在圖I中，有機TFT簡單地設置有與有機導電層5和6相鄰的并且由含金屬層形成的有機半導體層4。然而，也可采用其它構造。例如，可采用ー種在柵極絕緣層3和有機半導體層4之間設置有至少ー個附加有機半導體層的構造。如上所述，有機半導體層4必須由含金屬材料形成以用作蝕刻阻止器。另ー方面，附加有機半導體層不需用作蝕刻阻止器；因此，附加有機半導體層可由含金屬材料或非含 金屬材料形成。用于形成附加有機半導體層(含金屬材料或非含金屬材料)的材料可以類似于用于形成有機半導體層4和有機導電層5和6的材料。具體地，例如，如圖5所示，有機TFT可含有附加有機半導體層11。例如，形成附加有機半導體層11的材料為非含金屬材料，具體實例為迫咕噸并咕噸化合物，諸如2，9-ニ萘-迫咕噸并咕噸。此外，用于形成有機半導體層4的材料例如為含金屬材料，如TES-蒽井二噻吩。有機半導體層4和附加有機半導體層11的厚度沒有特別限制，例如，可以分別為20nm或30nm。同樣，在這種情況下，可獲得與在不設置附加有機半導體層的情況(圖I)下相同的操作和效果。當然，附加有機半導體層(S)的數量不限于ー個，而可以為兩個以上。順便提及，在形成附加有機半導體層11的材料為含金屬材料的情況下，形成有機半導體層4的材料和形成附加有機半導體層11的材料可以彼此相同或不同。這些層的厚度也可以相同或不同。然而，在這里必須指出，為了實現由非含金屬材料形成的附加有機半導體層11而不是由含金屬材料形成的有機半導體層4用于形成主要電流路徑Pl的結構，優(yōu)選地設置有機半導體層4的厚度小于附加有機半導體層11的厚度。這是因為為確保電流路徑P1，附加有機半導體層11的厚度應足夠大，但另一方面，有機半導體層4的厚度僅需足夠用作一種蝕刻阻止器。另外，當圖I中的有機TFT為頂部接觸底柵類型時，有機TFT可以為頂部接觸頂柵型，如圖6所示。例如，在該有機TFT中，有機半導體層4、有機導電層5和6、源電極7和漏電極8、柵級絕緣層3、和柵極2在支撐基體I中順次地堆疊。如上所述，該有機TFT的詳細構造和制造方法與本實施方式中的構造和制造方法相同，只是結構部件所堆疊的順序不同。同樣，在這種情況下，可獲得與頂部接觸底柵型(圖I)情況下的操作相同的操作，并因此，可獲得與頂部接觸底柵型(圖I)情況下的效果相同的效果。<4.薄膜晶體管的應用例(電子裝置)〉現在，下文將描述作為薄膜晶體管的上述有機TFT的應用例。例如，如下所述，有機TFT適用于多種電子裝置。<4-1.液晶顯示器〉有機TFT例如應用于液晶顯示器。圖7和圖8分別示出了液晶顯示器的截面構造和電路構造。下面描述的設備構造(圖7)和電路構造(圖8)僅為實例，并因此，根據需要，可修改這些構造。此處描述的液晶顯示器例如為利用有機TFT的有源矩陣驅動系統(tǒng)的透射型液晶顯示器，其中，有機TFT被用作開關元件(像素選擇)。如圖7所示，液晶顯示器包括密封地夾在驅動基板20和對向基板(counter substrate) 30之間的液晶層41。驅動基體20例如具有有機TFT 22、平坦化絕緣層23和像素電極24順次地堆疊在支撐基板21的表面上，其中，有機TFT 22和像素電極24以矩陣模式配置。此處應當注意，包含在一個像素中的一個有機TFT或多個TFT 22的數量可以為ー個或可以為兩個以上。圖7和圖8示出了在每個像素中均包含一個有機TFT 22的示例性情況。支撐基板21例如由諸如玻璃或塑料材料的透光材料形成，并且有機TFT 22的構造與上述有機TFT相同的構造相同。塑料材料的種類例如與結合以上有機TFT描述的種類相同，這同樣應用于下面的描述。例如，平坦化絕緣層23由諸如聚酰亞胺的絕緣樹脂材料形成。像素電極24例如由諸如ITO的光透射導電材料形成。順便提及，像素電極24通過在平坦化絕緣層23中設置的接觸孔(未顯示)均連接到有機TFT 22。 例如，對向基板30是具有形成在支撐基板21的整個表面區(qū)域上的對向電極32的基板。支撐基板21例如由諸如玻璃或塑料材料的光透射材料形成。對向電極32例如由諸如ITO的光透射導電材料形成。驅動基板20和對向基板30被布置為像素電極24和對向電極32彼此面對，液晶層41位于其間，并且這些基板通過密封材料40而彼此粘合。包含在液晶層41中的液晶分子的種類可以任意選擇。除了上述結構組件，液晶顯示器可以包括其他結構組件，諸如相板、偏振板、配向膜和背光単元(均未示出)。針對圖8所示的實例，用于驅動液晶顯示器的電路包括電容器45，連同有機TFT22和液晶顯示元件44(姆個元件均包括像素電極24、對向電極32和液晶顯示層41)。在該電路中，多條信號線42以行方向配置，而多條掃描線43以列方向配置；此外，有機TFT 22、液晶顯不兀件44和電容器45被配置在信號線42和掃描線43相交的姆一位置處。有機TFT22中的源電極、柵極和漏電極所連接的部分并不限于以圖8所示的模式的部分，并且可被任意修改。信號線42和掃描線43分別連接至信號線驅動電路(數據驅動器)和掃描線驅動電路(掃描驅動)，這些并未示出。在液晶顯示器中，當液晶顯示元件44通過有機TFT 22選擇時并且當電場施加在選擇的顯示元件的像素電極24和對向電極32之間時，液晶顯示層41中的液晶分子的配向狀態(tài)根據電場強度而改變。因此，根據液晶分子的配向狀態(tài)，控制光被透射的量(透射率)。以這種方式，顯示灰度圖像。根據這種液晶顯示器，其中，有機TFT 22與上述有機TFT具有相同的構造，可同時獲得有機半導體層與源電極和漏電極之間的提高的電荷注入效率以及有機TFTs 22的良好性能。因此，可提高顯示性能。順便提及，液晶顯示器可以不必為透射型，而可以為反射型。<4-2.有機EL顯示器〉有機TFT例如應用于有機EL顯示器。圖9和圖10分別示出了有機EL顯示器的截面構造和電路結構。下面描述的設備構造(圖9)和電路構造(圖10)僅僅是實例，因此，根據需要可以修改這些構造。例如，這里將要描述的有機EL顯示器為有源矩陣驅動系統(tǒng)的有機EL顯示器，其中，有機TET被用作開關元件。例如，有機EL顯示器包括通過粘附層70相互粘附的驅動基板50和對向基板60，并且例如為通過對向基板60發(fā)射光的頂部發(fā)射型。驅動基板50例如具有有機TFT 52、保護層53、平坦化絕緣層54、像素分離絕緣層
55、像素電極56、有機層57、對向電極58和保護層59順次地堆疊在支撐基板51上。有機TFT 52、像素電極56和有機層57以矩陣模式配置。這里應當指出，一個像素中的有機TFT或TFTs 52的數量可以為ー個或可以兩個以上。圖9和圖10示出了在每個像素中含有兩個有機TFT 52 (一個選擇TFT 52A和一個驅動TFT 52B)的典型實例。支撐基板51例如由玻璃或塑料材料等形成。因為光通過對向基板60以頂部發(fā)射類型進行發(fā)射，支撐基板51可以由光透射材料或非光透射材料形成。有機TFT 52與上述 有機TFT具有相同的構造。保護層53例如由諸如PVA或聚對ニ甲苯的聚合材料形成。平坦化絕緣層54和像素分離絕緣層55例如由諸如聚酰亞胺的絕緣樹脂材料形成。像素分離絕緣層55優(yōu)選地可通過光圖案或回流等來塑造的感光樹脂材料形成，其目的是例如簡化層的形成并使層形成為所期望的形狀。順便提及，如果保護層53可提供足夠高的平坦性，則可省略平坦化絕緣層54。像素電極56例如由諸如鋁、銀、鈦或鉻的反射材料形成。對向電極58例如由諸如ITO或IZO的光透射導電材料形成。這里應注意，對向電極58可由諸如鈣(Ca)的光透射金屬材料或諸如PEDOT的光透射有機導電材料形成。有機層57例如包括可產生紅色、綠色或藍色或其它顏色的光的發(fā)光層；如果必要的話，有機層57可具有包括空穴傳輸層和電子傳輸層等的堆疊結構。形成發(fā)光層的材料根據光要產生的顏色可任意選擇。像素電極56和有機層57以矩陣模式配置，同時通過像素分離絕緣層55分離。另ー方面，對向電極58連續(xù)延伸以遍及每個像素，同時通過有機層57面對像素電極56。保護層59例如由光透射電介質材料(如氧化硅、氧化鋁、氮化硅、聚對ニ甲苯或聚氨酷)形成。順便提及，像素電極56均通過設置在保護層53和平坦化絕緣層54中的接觸孔(未示出)而連接至有機TFT 52。對向電極60例如具有設置在支撐基板61的表面上的濾色片62。例如，支撐基板61由光透射材料(如玻璃或塑料材料)形成。濾色片62具有與在有機層57中生成的光的顏色相對應的多個顏色區(qū)域。然而，這里必須注意，可省略濾色片62。粘合層70由諸如熱固樹脂的粘合劑形成。如圖10所示的實例，用于驅動有機EL顯示器的電路包括電容器74，連同有機TFT52 (選擇TFT 52A和驅動TFT 52B)和有機EL顯示元件73 (每個元件部均包括像素電極
56、有機層57和對向電極58)。在該電路中，有機TFT52、有機EL顯示元件73和電容器74被配置在多條信號線71和多條掃描線72相交的每個位置處。在每個選擇TFT 52A和驅動TFT 52B中的源電極、柵電極和漏電極所連接的部分不限于圖10中所示的模式，并且可任意地修改。例如，當有機EL顯示元件73被在該有機EL顯示器中的選擇TFT52A選擇時，有機EL顯示元件73由驅動TFT 52B驅動。結果，電場施加在像素電極56和對向電極58之間，其中，在有機層57中產生光。例如，在這種情況下，在三個彼此相鄰地配置的有機EL顯示元件73中分別產生紅色光、緑色光和藍色光。這些光合成的復合光通過對向基板60發(fā)射至外部。以此方式，顯示灰度圖像。根據該有機EL顯示器，其中，有機TFT 52與上述有機TFT具有相同的構造，可以在與上述液晶顯示器的情況相同的方式來增強該顯示性能。順便提及，有機EL顯示器不限于頂部發(fā)射類型。有機EL顯示器可以為底部發(fā)射類型，其中，光通過驅動基板50發(fā)射，或可以為雙重發(fā)射類型，其中，光通過驅動基板50和對向基板60發(fā)射。在這種情況下,像素電極56和對向電極58中，發(fā)光側的電極由光透射材料形成，而位于光未發(fā)光側的電極由反光材料形成。<4-3.電子紙顯示器〉有機TFT例如被應用于電子紙顯示器。圖11示出了電子紙顯示器的截面圖。下面描述的設備構造(圖11)和將要描述的參考圖8的電路設備僅為實例，因此，這些構造可根據需要進行修改。
例如，這里要描述的電子紙顯示器為有源矩陣驅動系統(tǒng)電子紙顯示器，其中，有機TFT被用作開關元件。例如，電子紙顯示器例如具有驅動基板80和包括電泳元件93的對向基板90通過粘合層100而彼此粘附的結構。例如，驅動基板80例如具有有機TFT 82、保護層83、平坦化絕緣層84和像素電極85順次地堆疊在支撐基板81的表面上的構造，其中，有機TFT 82和像素電極85以矩陣模式配置。例如，支撐基板81由玻璃和塑料材料等形成，并且有機TFT 82與上述有機TFT具有相同的構造。例如，保護層83和平坦化絕緣層84均由諸如聚酰亞胺的絕緣樹脂材料形成。像素電極85例如由諸如銀的金屬材料形成。順便提及，像素電極85通過設置在保護層83和平坦化絕緣層84上的接觸孔(未示出)均連接至有機TFT 82。如果保護層83提供了足夠大的平坦度，則可省略平坦化絕緣層84。對向基板90例如具有對向電極92和電泳元件93順次地堆疊在支撐基板91的表面上，其中，對向電極92形成在整個表面區(qū)域上。例如，支撐基體91由諸如玻璃或塑料材料的光透射材料形成。例如，對向電極92由諸如ITO的光透射導電材料形成。電泳元件93是通過利用電泳現象產生對比度的元件，并且其構造是任意的。除了上述結構組件，電子紙顯示器可以包括諸如濾色片(未示出)的其它結構組件。例如，驅動電子紙顯示器的電路與圖8所示的用于液晶顯示器的電路具有類似的構造。電子紙顯示器的電路包括有機TFT 82和電子紙顯示器元件(每個元件部分均包括像素電極85，對向電極92和電泳元件93)，分別代替有機TFT 22和液晶顯示元件44。在這種電子紙顯示器中，當電子紙顯示器元件被有機TFT 82選擇并且電場施加在選擇的顯示器件的像素電極85和對向電極92之間時，根據電場在電泳元件93中產生對比度。以這種方式，顯示灰度圖像。根據該電子紙顯示器，有機TFT 82與上述有機TFT具有相同的構造，并且可與上述液晶顯示器的情況相同的方式增強顯示性能。盡管通過說明上述實施方式已經描述了本技術，但本技術并不僅限于實施方式，可進行各種修改。例如，應用根據本技術實施方式的薄膜晶體管的電子裝置并不限于液晶顯示器、有機EL顯示器和電子紙顯示器，而可以是其它顯示器。其它顯示器的實例包括MEMS(微機電系統(tǒng))顯示單元(MEMS顯示器)。同時，在這種情況下，顯示性能可以得到提高。
此外，根據本技術實施方式所述的薄膜晶體管可應用于其它電子裝置而不是顯示器。其它電子裝置的實例包括傳感器矩陣、內存?zhèn)鞲衅鳌FID (射頻識別)標簽和傳感器陣列。而且，在這種情況下，可獲得增強 的性能。本申請包含于2011年6月13日向日本專利局提交的日本優(yōu)先專利申請JP2011-131103所涉及的主題，其全部內容結合于此作為參考。
權利要求
1.ー種薄膜晶體管，包括有機半導體層，由含有能與蝕刻氣體反應的金屬元素和半金屬元素中的至少ー個的含金屬材料形成；彼此間隔開的源電極和漏電極；以及有機導電層，介于所述有機半導體層與所述源電極和漏電極之間的所述有機半導體層與所述源電極和所述漏電極重疊的區(qū)域中，并且由不含能與所述蝕刻氣體反應的金屬元素和半金屬元素中的至少ー個的非含金屬材料形成。
2.根據權利要求I所述的薄膜晶體管，其中，所述蝕刻氣體包含從氧氣(O2)和鹵素中選擇的至少ー種活性氣體；以及所述金屬元素和所述半金屬元素為選自由下列元素組成的組中的至少ー種元素鈹(Be)、鎂(Mg)、鋁(Al)、鈣(Ca)、鈧(Sc)、鈦(Ti)、釩(Va)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鎵(Ga)、鍶(Sr)、釔(Y)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鑰(Mo)、锝(Tc)、釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、銀(Ag)、鎘(Cd)、銦(In)、錫(Sn)、鋇(Ba)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鎢(W)、錸(Re)、鋨(Os)、銥(Ir)、鉬(Pt)、金(Au)、汞(Hg)、鉈(TI)、鉛(Pb)、鉍(Bi)、針(Po)、硼(B)、硅(Si)、鍺(Ge)、砷(As)、銻(Sb)以及碲(Te)。
3.根據權利要求I所述的薄膜晶體管，其中，所述含金屬材料為具有含所述金屬元素和所述半金屬元素中的至少ー個的基團的有機半導體材料；以及所述非含金屬材料為不含所述金屬元素和所述半金屬元素中的至少ー個的有機導電材料和有機半導體材料之一。
4.根據權利要求I所述的薄膜晶體管，其中，所述蝕刻氣體含有氧氣；所述含金屬材料含有硅(Si)作為組成元素；以及所述非含金屬材料不含硅作為組成元素。
5.根據權利要求I所述的薄膜晶體管，其中，所述有機導電層為用于提高所述源電極和漏電極與所述有機半導體層之間的電荷注入效率的空穴注入層。
6.根據權利要求I所述的薄膜晶體管，其中，所述源電極和所述漏電極被設置在所述有機半導體層的上部側，并且柵電極被設置在所述有機半導體層的下部側。
7.ー種薄膜晶體管的制造方法，包括利用含有能與蝕刻氣體反應的金屬元素或半金屬元素中的至少ー個的含金屬材料形成有機半導體層；利用不含能與所述蝕刻氣體反應的金屬元素或半金屬元素中的至少ー個的非含金屬材料在所述有機半導體層上形成有機導電層；在所述有機導電層上形成彼此間隔開的源電極和漏電極；以及利用所述蝕刻氣體通過將所述源電極和所述漏電極作為掩膜蝕刻所述有機導電層。
8.ー種使用薄膜晶體管的電子裝置，所述薄膜晶體管包括有機半導體層，由含能與蝕刻氣體反應的金屬材料和半金屬材料中的至少ー個的含金屬材料形成；彼此間隔開的源電極和漏電極；以及有機導電層，介于所述有機半導體層與所述源電極和漏電極之間的所述有機半導體層與所述 源電極和所述漏電極重疊的區(qū)域中；并且由不含能與所述蝕刻氣體反應的金屬材料或半金屬材料中的至少ー個的非含金屬材料形成。
全文摘要
本發(fā)明公開了薄膜晶體管及其制造方法和電子裝置，該薄膜晶體管包括有機半導體層，由含有至少能與蝕刻氣體反應的金屬元素和半金屬元素的至少一種的含金屬材料形成；彼此間隔開的源電極和漏電極；以及有機導電層，介于有機半導體層與源電極和漏電極之間的有機半導體層與源電極和漏電極的重疊區(qū)域中，并且有機導電層由不含有能與蝕刻氣體反應的金屬材料或半金屬材料的至少一種的非含金屬材料形成。
文檔編號H01L51/10GK102832345SQ20121018459
公開日2012年12月19日 申請日期2012年6月6日 優(yōu)先權日2011年6月13日
發(fā)明者勝原真央 申請人:索尼公司