CN1783515A - Tft及其制造方法,包括该tft的平板显示器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种包括可以简单布图的半导体膜的薄膜晶体管(TFT),制造这种TFT的方法,一种包括该TFT的平板显示器(FPD),和制造这种FPD的方法。这种TFT包括栅极、与栅极电绝缘的源、漏电极,以及半导体膜,该半导体膜与栅极电绝缘并包括分别与源和漏电极连接的源和漏区,以及连接源和漏区的沟道区。半导体膜具有使沟道区与邻近TFT分隔的凹槽。

Description

TFT及其制造方法,包括该TFT 的平板显示器及其制造方法
交叉参考相关申请
本申请要求于2004年5月22日提交的韩国专利申请No.10-2004-0036635的优先权,在此全部提出引入作为参考。
发明背景
发明领域
本发明涉及一种薄膜晶体管(TFT),制造这种TFT的方法,一种包括TFT的平板显示器(FPD)和制造这种FPD的方法。更准确地说,本发明涉及一种包括可以简单布图的半导体膜的TFT,制造这种TFT的方法,一种包括所述TFT的FPD和制造这种FPD的方法。
背景技术
通常,TFT可以作为打开和关闭像素的切换装置和驱动像素的驱动装置用于FPD,例如,液晶显示器(LCDs)、有机电致发光(EL)显示器和无机EL显示器。
TFT通常包括半导体膜、栅极、源和漏电极。半导体膜可以包括高掺杂源区和漏区,其间形成沟道区。栅极与半导体膜电绝缘,并且位于沟道区之上。源和漏电极分别与源区和漏区接触。
用具有小功函数的金属制造的源和漏电极可以获得平稳电流。然而,金属与半导体膜具有接触电阻,因此降低了TFT的性能并增加了能量的浪费。
因此,已经开发并应用了多种降低这种接触电阻的方法。当使用无定形硅半导体膜时,可以在半导体膜和金属源、漏电极之间设置n+硅膜,从而得到平稳的电子流或空穴流。当使用多硅半导体膜时,半导体膜可以掺杂杂质来降低接触电阻。
需要300℃或更高的温度以形成这些常规结构。然而,这样的温度不能应用于不耐热的塑料基材。
人们正要制造更薄和更柔软的FPD。对塑料基材的应用进行了更深入地研究,以使FPD可以被制造得非常柔软。但是,如上所述,当塑料基材用于显示器时,应当避免高温布图方法。因此,使用传统聚硅基TFT是困难的。
为了解决这一问题,有机半导体变得更加普遍。有机半导体膜可以采用低温方法形成,从而使应用有机TFT成为可能。
然而,有机半导体膜不能用传统的布图方法即照相制版法形成图案。布图方法可以用于制备有源沟道,但是它通常包括湿法或干法蚀刻法,因此导致了对有机半导体的破坏。
因此,需要一种新的给半导体膜布图的方法。
发明概述
本发明提供了一种包括可以简单布图的半导体膜的TFT、一种包括该TFT的FPD和这种TFT和FPD的制造方法。
本发明的其它特性将在下面的描述中阐明,而且尤其是将通过描述变得显而易见,或通过本发明的实施方法可以了解。
本发明公开了一种TFT,该TFT包括栅极,与栅极电绝缘的源、漏电极,以及半导体有源层,该有源层与栅极电绝缘并包括分别与源、漏电极连接的源、漏区,和与源和漏区连接的沟道区。半导体有源层与邻近的半导体膜被凹槽分开。
本发明还公开了制造TFT的方法,该TFT包括栅极、与栅极电绝缘的源、漏电极,以及半导体有源层,该有源层与栅极电绝缘并包括分别与源、漏电极连接的源、漏区,和与源和漏区连接的沟道区。制造这种TFT的方法包括形成半导体有源层和在半导体有源层中形成用于使半导体有源层与邻近半导体膜分隔的凹槽。
根据本发明其它方面,提供了一种包括具有多个像素发光区的FPD,每个像素包括多个选择驱动电路(selection driving circuits),每个选择驱动电路包括至少一个TFT,该TFT包括栅极,与栅极电绝缘的源、漏电极,以及半导体膜,该半导体膜与栅极电绝缘并包括分别与源和漏电极连接的源、漏区,和与源和漏区的沟道区。其中,半导体膜具有至少一个用于使沟道区和邻近TFT分隔的凹槽。
根据本发明再其它的方面,提供了一种制造FPD的方法,所述FPD包括具有多个像素的发光区,每一个像素包括多个选择驱动电路,每个选择驱动电路包括至少一个TFT,该TFT包括栅极,与栅极电绝缘的源、漏电极,以及半导体膜,该半导体膜与栅极电绝缘并包括分别与源和漏电极连接的源、漏区,和与源和漏区连接的沟道区。其中,这种制造FPD的方法包括形成半导体膜,和在半导体膜中形成至少一个用于至少使沟道区与邻近TFT分隔的凹槽。
应当理解,不管是上面的概括说明还是下面的详述都是示例性和解释性的,其目的在于为所要求保护的发明提供进一步解释。
附图的简要说明
附图阐明了本发明的实施方式并且和说明书一起用于解释本发明的原理,该附图是为了进一步理解发明,且结合构成本说明书的一部分。
图1是根据本发明示范实施方式的TFT的截面图。
图2和图3是显示图1所示TFT的改进的截面图。
图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12和图13是图1所示凹槽各种实施例的平面图。
图14是根据本发明示范实施方式的TFT的截面图。
图15是包括图1所示TFT的有机EL显示器的截面图。
图解实施方式的详述
在下文中,通过参照附图将对本发明示范的实施方式进行说明。
图1是根据本发明示范实施方式的TFT 10的截面图。
参照图1,TFT 10可以在基材11上形成,基材11可以用玻璃或塑料形成。
栅极12是在基材11上以预制图案形成的,而栅极绝缘膜13覆盖在栅极12上。源和漏电极14分别在栅极绝缘膜13上形成。虽然它们可以与图1所示的栅极12部分地交迭,但本发明不限于此。半导体膜15是在源和漏电极14上形成的。
半导体膜15包括源、漏区15b和连接源和漏区15b的沟道区15a。源和漏区15b可以用n-型或p-型杂质掺杂,但是本发明不限于此。半导体膜15可以用n-型或p-型半导体制成并用n-型或p-型杂质掺杂。
半导体膜15可以用无机或有机半导体形成。优选地,半导体膜15是用有机半导体形成的。
无机半导体可以包括CdS、GaS、ZnS、CdSe、CaSe、ZnSe、CdTe、SiC或Si。
有机半导体可以由聚合物材料或单体材料组成。聚合材料可以是下列物质或其衍生物中任意一种:聚噻吩、聚对亚苯基亚乙烯基(polyparaphenylenvinylene)、聚对亚苯基、聚芴(polyflorene)、聚噻吩亚乙烯基和聚噻吩-杂环芳香族共聚物。单体材料可以是下列物质或其衍生物中任意一种:并五苯、并四苯、或萘的低聚并苯(oligoacene),α-6-噻吩,α-5-噻吩的低聚噻吩(oligothiophene),含金属或不含金属的酞菁,苯均四酸二酐,1,2,4,5-苯四甲酰二亚胺,苝四羧酸二酐和苝四羧酸二酰亚胺。
凹槽16可以形成在半导体膜15中从而使沟道区15a与邻近的TFT分隔。半导体膜15可以在未采用任何其它布图方法时通过凹槽16进行布图。有机半导体形成的半导体膜15可以更加有效地使沟道区15a与邻近的TFT分隔。如上所述,因为布图可以容易地破坏有机材料,因此对有机半导体膜进行布图是困难的。然而,在本发明示范的实施方式中,凹槽16在未采用任何其它布图方法时使沟道区15a与邻近的TFT分隔。因此,由于这种分隔仅用凹槽16可以实现,所以没有必要蚀刻除了有源沟道之外的整个半导体膜15,这样可以缩短制造工艺并增加制造效率。此外,不需要湿法或干法蚀刻方法,因而简化了制造方法并改善了TFT的性能。
凹槽16可以用激光蚀刻方法简单制成。参照图1,形成半导体膜15后,用激光照射半导体膜15来刻蚀其预定的部位。形成凹槽16的方法不限于上述的说明,可以采用其它形成凹槽的方法。
如图1所示,凹槽16可以穿过半导体膜15,但是本发明不限于此。例如,如图2所示,凹槽16在半导体膜15中可以刻蚀到预定的深度而不接触位于其下的源、漏电极14。此外,如图3所示,凹槽16可以延伸到源和漏电极14中。
参照图2,凹槽16的深度约为10nm,小于半导体膜15的厚度,但是本发明不限于此。只要凹槽16具有足够的深度以阻挡载体流,沟道区15a就可以与邻近的TFT分隔。因此,如图2所示,凹槽16可以具有小于或等于半导体膜15厚度的深度。
另外,如图3所示,凹槽16可以延伸到源和漏电极14中。
图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12和图13是各种形式的凹槽16的示范实施方式。在图4到图13中,参照标记12a指的是栅极互连,栅极信号通过该栅极互连输送到栅极12,参考标记14a指的是可以与源电极或者漏电极相连的互连。
图4和图5显示的凹槽16呈闭合曲线的形式,沟道区15a可以位于闭合曲线内。
如图4所示,具有闭合曲线形式的凹槽16可以部分地与栅极12交迭,或如图5所示,它可以形成在栅极12之外。当如图4所示它与栅极12交迭时,它可以位于栅极互连12a之内。当如图5所示它位于栅极12之外时,它可以通过栅极互连12a。
如图6、图7、图8和图9所示,凹槽16可以呈一对平行线的形式。在这种情况下,沟道区15a位于平行线之间。如图6和图7所示,这些线可以平行于栅极互连12a,或如图8和图9所示,它们可以平行于互连14a。
如图6所示,凹槽16可以在栅极互连12a的内部形成并通过栅极12,或如图7所示,它可以在栅极互连12a的外部形成并且在栅极12的外面。
如图8所示,凹槽16可以通过源和漏电极14,或如图9所示,源和漏电极14可以位于凹槽16的内部。
如图10、图11、图12和图13所示,凹槽16可以呈两对平行线的形式,沟道区15a设在这两对平行线之间。一对可以平行于栅极互连12a,同时另一对可以平行于互连14a。另外,如图10所示,凹槽16可以通过栅极12和源、漏电极14,或如图11所示,它们可以形成在栅极12和源、漏电极14的外面。此外,如图12所示,凹槽16可以通过源和漏电极14但不通过栅极12,或如图13所示,凹槽可以通过栅极12但不通过源和漏电极14。
如图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12和图13所示,凹槽16可以具有一部分,基本上平行于至少连接源和漏区15b以及沟道区15a的线。因此,当栅极信号传输到栅极12时,形成的沟道区15a的长度就被确定了,从而改善了半导体膜15的布图效果。
除如图1所示的堆叠结构之外,本发明的TET可以具有各种堆叠结构。
例如,图14是根据本发明另一示范实施方式的TFT 20的截面图。
参照图14,源和漏电极24可以形成在基材21上,并且半导体膜25可以覆盖源和漏电极24。
凹槽26可以随后形成在半导体膜25中。因为凹槽26的深度、形态和图案结构可以与前面示范的实施方式相同,在此就不详细描述了。
在半导体膜25中形成凹槽26以后,可以形成栅极绝缘膜23以覆盖凹槽26。栅极22可以形成在半导体膜25的沟道区25a上。
上述TFT可以用于FPD,例如液晶显示器(LCDs)或有机电致发光(EL)显示器。
即,根据本发明示范的实施方式的TFT可以用作FPD的开关TFT和/或驱动TFT,或者它可以用于各种驱动电路中。
当用本发明的TFT作为FPD的驱动TFT时,FPD的像素电极可以与源或漏电极连接。
图15是包括上述TFT的有机EL显示器的亚像素的截面图。
参照图15,亚像素包括作为自发光装置的有机发光装置(OLED)和至少一个TFT。尽管在图15中没有示出,但是每个亚像素可以包括一个电容器。
根据OLED的发光颜色,有机EL显示器包括各种像素图案,并且有机EL显示器可以包括红、绿和蓝像素。
如图15所示,每个红、绿和蓝亚像素可以包括一个或多个TFT和OLED。
参照图15,TFT 30可以形成在绝缘基材31上。TFT 30与图1的TFT 10相同,但是本发明不限于此。根据本发明示范的实施方式,任何TFT都可以用于FPD。
栅极32可以形成在基材31上,并且栅极绝缘膜33覆盖栅极32。源和漏电极34分别形成在栅极绝缘膜33上。
可以形成有机半导体膜35以覆盖源和漏电极34。
有机半导体膜35包括源和漏区35b以及连接源和漏区35b的沟道区35a。
凹槽36可以形成在半导体膜35中从而至少使沟道区35a与邻近的TFT绝缘。半导体膜35上可以不需要额外的布图方法。形成有机半导体膜凹槽36可以更有效地使沟道区35a与邻近的TFT绝缘。
如上所述,凹槽16可以用激光蚀刻方法简单形成。此外,其它方法也可以用于形成凹槽36。
由于凹槽36的图案和深度可以与前面实施方式的相同,在此就不详细讨论了。
形成有机半导体膜35以后,可以形成钝化膜38以覆盖TFT 30。钝化膜38可以是有机材料、无机材料或其结合形成的单层或双层。
像素电极41是OLED 40的电极,它可以形成在钝化膜38上,并且其上可以形成像素限定膜39。像素限定膜39中可以形成开孔39a,并且有机发光膜42可以形成在开孔39a中。
当电流通过时,OLED 40发射红、绿或蓝光以显示部分图像。OLED 40包括一个可以与TFT 30的源或漏电极34连接的像素电极41,一个可以覆盖所有像素的对(opposing)电极43,和位于像素电极41和对电极43之间有机发光膜42。
有机发光膜42使像素电极41和对电极43彼此电绝缘。这些电极可以施加与有机发光膜42具有相应极性的电压,从而使有机发光膜42发光。
有机发光膜42可以是单体或聚合物有机膜。单体有机膜可以通过把空穴注入层(HIL)、空穴迁移层(HTL)、发光层(EML)、电子迁移层(ETL)和电子注入层叠加成简单或复杂结构来形成。可以使用各种有机材料,包括酞菁铜(CuPc)、N,N-二(萘-1-基)-N,N-二苯基-联苯胺(NPB)和三-8-羟基喹啉铝(Alq3)。单体有机膜可以通过真空沉积形成。
聚合物有机膜可以包括HTL和EML。通过丝网印刷或喷墨印刷,可以用聚亚乙烯基硫氧噻吩(PEDOT)制成HTL,可以用聚合有机材料,例如,含有聚亚苯基亚乙烯基(PPV)材料或含有聚芴的材料制成EML。
有机发光膜42的结构并不限于上面所述,可以采用多种其它结构。
像素电极41可以作为阳极,而对电极43作为阴极。另一种方式是,像素电极41可以作为阴极,对电极43作为阳极。
本发明的有机EL显示器不限于上述结构,可以采用有机EL显示器的多种结构。
与有机EL显示器不同,LCD可以包括覆盖像素电极41的下取向膜(loweralignment film)(未显示)。
本发明的TFT可以安装在图15所示的每个亚像素上,并且它可以安装在不能产生图像的驱动电路(未显示)上。
同样,有机EL显示器可以包括柔性塑料基材。
本发明具有如下优点。
第一,由于半导体膜可以仅用凹槽进行布图,因此有机半导体膜在布图过程中可以不被显著破坏。
第二,可以省略干法或湿法刻蚀方法,因此防止了有源沟道性能的降低。
第三,由于它不必在有源沟道周围刻蚀,可以缩短制造过程并且可以提高制造效率。同样,可以取消湿法刻蚀,因此简化了制造过程并改善了TFT的性能。
对本领域的技术人员显而易见的是,在没有偏离本发明的精神和范围的前提下,可以对本发明作出各种改进和变化。因此,只要在后面的权利要求及其等价含义范围内,本发明将包括这些改进和变化。

Claims (50)

1.一种薄膜晶体管,包括:
栅极;
与栅极电绝缘的源、漏电极;和
半导体有源层,该有源层与栅极电绝缘,并包括分别与源和漏电极连接的源、漏区,以及与源和漏区连接的沟道区,
其中,半导体有源层由凹槽使其与邻近的半导体膜隔开。
2.权利要求1的薄膜晶体管,其中凹槽具有闭合曲线的形式。
3.权利要求2的薄膜晶体管,其中沟道区位于闭合曲线内部。
4.权利要求1的薄膜晶体管,其中凹槽具有一对平行线的形式。
5.权利要求4的薄膜晶体管,其中沟道区位于这对平行线之间。
6.权利要求1的薄膜晶体管,其中部分凹槽基本上平行于连接至少源区、沟道区和漏区的线。
7.权利要求1的薄膜晶体管,其中凹槽的深度小于或等于半导体膜的厚度。
8.权利要求1的薄膜晶体管,其中凹槽的深度大于或等于半导体膜的厚度。
9.权利要求1的薄膜晶体管,其中半导体膜由有机半导体形成。
10.权利要求9的薄膜晶体管,其中有机半导体包括至少一种选自下组的材料,包括聚噻吩、聚对亚苯基亚乙烯基、聚对亚苯基、聚芴、聚噻吩亚乙烯基、聚噻吩-杂环芳香族共聚物、并五苯、并四苯、或萘的低聚并苯、α-6-噻吩、α-5-噻吩的低聚噻吩、含金属或不含金属的酞菁、苯均四酸二酐、1,2,4,5-苯四甲酰二亚胺、苝四羧酸二酐和苝四羧酸二酰亚胺,以及任何它们的衍生物。
11.权利要求1的薄膜晶体管,其中半导体有源层形成在栅极上。
12.权利要求1的薄膜晶体管,其中栅极形成在半导体有源层上。
13.一种制造薄膜晶体管的方法,所述薄膜晶体管包括栅极,与栅极电绝缘的源、漏电极,和半导体有源层,该有源层与栅极电绝缘,并包括分别与源和漏电极连接的源、漏区,以及与源和漏区连接的沟道区,该方法包括:
形成半导体有源层,和
在半导体有源层中形成使半导体有源层与邻近半导体膜分隔的凹槽。
14.权利要求13的方法,其中凹槽的形成包括把凹槽布图成闭合曲线的形式。
15.权利要求14的方法,其中把凹槽布图成闭合曲线的形式包括对凹槽布图以使沟道区位于闭合曲线内部。
16.权利要求13的方法,其中凹槽的形成包括把凹槽布图成一对平行线的形式。
17.权利要求16的方法,其中把凹槽布图成一对平行线的形式包括对凹槽进行布图以使沟道区位于该对平行线之间。
18.权利要求13的方法,其中凹槽的形成包括对凹槽布图以使部分凹槽基本上平行于连接至少源区、沟道区和漏区的连线。
19.权利要求13的方法,其中凹槽的形成包括形成深度小于或等于半导体膜厚度的凹槽。
20.权利要求13的方法,其中凹槽的形成包括形成深度大于或等于半导体膜厚度的凹槽。
21.权利要求13的方法,其中半导体膜由有机半导体形成。
22.权利要求21的方法,其中有机半导体包括至少一种选自下组的材料,包括聚噻吩、聚对亚苯基亚乙烯基、聚对亚苯基、聚芴、聚噻吩亚乙烯基、聚噻吩-杂环芳香族共聚物、并五苯、并四苯、或萘的低聚并苯、α-6-噻吩、α-5-噻吩的低聚噻吩、含金属或不含金属的酞菁、苯均四酸二酐、1,2,4,5-苯四甲酰二亚胺、苝四羧酸二酐和苝四羧酸二酰亚胺、以及任何它们的衍生物。
23.权利要求13的方法,其中形成半导体有源层包括在栅极上形成半导体有源层。
24.权利要求13的方法,还包括在半导体有源层上形成栅极。
25.权利要求13的方法,其中在半导体膜中形成凹槽是利用激光刻蚀来完成的。
26.平板显示器包括:
具有多个像素的发光区,每个像素包括多个选择驱动电路,每一个选择驱动电路包括至少一个薄膜晶体管,其包括:
栅极;
与栅极电绝缘的源、漏电极;和
半导体膜,该半导体膜与栅极电绝缘,并包括分别与源和漏电极连接的源、漏区,以及与源和漏区连接的沟道区,
其中,半导体膜具有至少一个凹槽使沟道区与邻近的薄膜晶体管隔开。
27.权利要求26的显示器,其中凹槽呈闭合曲线的形式。
28.权利要求27的显示器,其中沟道区位于闭合曲线内。
29.权利要求26的显示器,其中凹槽呈至少一对平行线的形式。
30.权利要求29的显示器,其中沟道区位于至少一对平行线之间。
31.权利要求26的显示器,其中凹槽大概平行于连接至少源区、沟道区和漏区的线。
32.权利要求26的显示器,其中凹槽具有小于或等于半导体膜厚度的深度。
33.权利要求26的显示器,其中凹槽具有大于或等于半导体膜厚度并且小于或等于至少一个位于半导体膜下面的膜与半导体膜厚度的总和的深度。
34.权利要求26的显示器,其中半导体膜由有机半导体形成。
35.权利要求34的显示器,其中有机半导体包括至少一种选自下组以及它们的衍生物的材料,其中包括聚噻吩、聚对亚苯基亚乙烯基、聚对亚苯基、聚芴(polyflorene)、聚噻吩亚乙烯基、聚噻吩-杂环芳香族共聚物、并五苯、并四苯、或萘的低聚并苯、α-6-噻吩、α-5-噻吩的低聚噻吩、含金属或不含金属的酞菁、苯均四酸二酐、1,2,4,5-苯四甲酰二亚胺、苝四羧酸二酐和苝四羧酸二酰亚胺。
36.权利要求26的显示器,还包括覆盖栅极的绝缘膜,其中栅极以预定图案形成在基材上,并且半导体膜覆盖绝缘膜。
37.权利要求27的显示器,其中源和漏电极是以预定图案形成在基材上,并且半导体膜覆盖源和漏电极。
38.一种平板显示器的制造方法,所述平板显示器包括具有多个像素的发光区,每个像素包括多个选择驱动电路,每一个选择驱动电路包括至少一个薄膜晶体管,它包括栅极,与栅极电绝缘的源、漏电极,和半导体膜,该半导体膜与栅极电绝缘,并包括分别与源和漏电极接触的源、漏区,以及与源和漏区连接的沟道区,该方法包括:
形成半导体膜;
并在半导体膜层中形成至少一个至少使沟道区与邻近的邻近的薄膜晶体管分隔的凹槽。
39.权利要求38的方法,其中凹槽的形成包括把凹槽布图成闭合曲线的形式。
40.权利要求39的方法,其中把凹槽布图成闭合曲线的形式包括对凹槽布图以使沟道区位于闭合曲线内部。
41.权利要求38的方法,其中凹槽的形成包括把凹槽布图成至少一对平行线的形式。
42.权利要求41的方法,其中把凹槽布图成一对平行线的形式包括对凹槽布图以使沟道区位于至少一对平行线之间。
43.权利要求38的方法,其中凹槽的形成包括对凹槽布图,以使凹槽基本上平行于连接至少源区、沟道区和漏区的线。
44.权利要求38的方法,其中凹槽的形成包括形成深度小于或等于半导体膜厚度的凹槽。
45.权利要求38的方法,其中凹槽的形成包括形成深度大于或等于半导体膜厚度并且小于或等于至少一个位于半导体膜下面的膜与半导体膜厚度总和的凹槽。
46.权利要求38的方法,其中半导体膜由有机半导体形成。
47.权利要求46的方法,其中有机半导体包括至少一种选自下组及其衍生物的材料,其中包括聚噻吩、聚对亚苯基亚乙烯基、聚对亚苯基、聚芴(polyflorene)、聚噻吩亚乙烯基、聚噻吩-杂环芳香族共聚物、并五苯、并四苯、或萘的低聚并苯、α-6-噻吩、α-5-噻吩的低聚噻吩、含金属或不含金属的酞菁、苯均四酸二酐、1,2,4,5-苯四甲酰二亚胺、苝四羧酸二酐和苝四羧酸二酰亚胺。
48.权利要求38的方法,在形成半导体膜前,还包括:
在基材上以预定图案形成栅极;以及
形成覆盖栅极的绝缘膜,
其中半导体膜的形成包括形成覆盖绝缘膜的半导体膜。
49.权利要求38的方法,在形成半导体膜前,还包括在基材上以预定图案形成源和漏电极,其中半导体膜的形成包括形成覆盖基材和源、漏电极的半导体膜。
50.权利要求38的方法,其中半导体膜中凹槽的形成是利用激光刻蚀方法来完成的。
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