TWI387143B

TWI387143B - 電晶體元件主動層圖案化方法

Info

Publication number: TWI387143B
Application number: TW98130912A
Authority: TW
Inventors: jing yi Yan; Yen Shih Huang; Chen Wei Lin
Original assignee: Ind Tech Res Inst
Priority date: 2009-09-14
Filing date: 2009-09-14
Publication date: 2013-02-21
Also published as: TW201110440A

Description

電晶體元件主動層圖案化方法

本發明是有關於一種電子元件結構，且特別是有關於一種電晶體主動層控制結構。

目前有部分電晶體材料，如有機電晶體，不論是高分子(polymer)或是小分子，在經過黃光製程以及蝕刻製程進行圖案化之後會有元件特性劣化或是失效的狀況。因此，像有機電晶體一般常用的圖案化方式為噴印(ink-jet)或是金屬遮罩(shadow mask)這兩種。例如美國專利公開號US2009/007225是揭露一種藉由噴印方式作為主動層材料圖案化方法；或是，在美國專利公開號US2008/0135947揭露一種使用金屬遮罩定義主動層圖案的方法。

然而這兩種方法在應用於高解析面板或是高密度元件時都會遇到瓶頸。噴印方式往往會因為墨滴大小有其極限，所以無法應用到更小尺寸的元件。至於金屬遮罩的方式則會在製作金屬遮罩時因為開孔率愈小愈密集，而發生製作不易以及遮罩本身彎曲等問題。

本發明提供一種電晶體主動層控制結構，以提升主動層的解析度並且阻斷兩個或兩個以上電晶體之間的串音(crosstalk)。

本發明提出一種電晶體主動層控制結構，用以控制兩個或兩個以上的電晶體。上述控制結構包括一控制電極以及一介電層，其中控制電極位在電晶體之間，以便在電晶體之間產生一反向偏壓，而介電層位在主動層與控制電極之間。

在本發明之一實施例中，上述主動層包括有機或無機半導體材料。

在本發明之一實施例中，上述控制電極的長度大於或等於主動層的長度。

在本發明之一實施例中，上述控制電極包括一無機材料電極、一有機材料電極或一由有機無機材料混合或堆疊所組成的電極。上述無機材料電極包括導電金屬、合金或透明導電膜；上述有機材料電極包括PEDOT或導電高分子。

在本發明之一實施例中，上述電晶體包括一閘極、一源極與一汲極、該主動層以及一閘極絕緣層。

在本發明之一實施例中，源極與汲極位在閘極上、閘極絕緣層位在閘極以及源極與汲極之間，至於主動層則位在源極與汲極上。

在本發明之一實施例中，源極與汲極位在閘極上、閘極絕緣層位在閘極以及源極與汲極之間，且主動層位在閘極絕緣層以及源極與汲極之間。

在本發明之一實施例中，閘極位在源極與汲極上、閘極絕緣層位在閘極以及源極與汲極之間，至於主動層是位在閘極絕緣層以及源極與汲極之間。

在本發明之一實施例中，源極與汲極位在主動層上、閘極位在源極與汲極上，而閘極絕緣層是位在閘極以及源極與汲極之間。

在本發明之一實施例中，上述介電層就是閘極絕緣層。

在本發明之一實施例中，上述控制電極可與源極和汲極位於同一平面。

在本發明之一實施例中，上述控制電極可與閘極位於同一平面。

在本發明之一實施例中，上述控制電極可位於閘極以及源極與汲極之間。

在本發明之一實施例中，上述控制電極可位於閘極以及源極與汲極之上或之下。

在本發明之一實施例中，上述控制電極與閘極、源極與汲極在空間上可有重疊或是無重疊。

在本發明之一實施例中，上述控制電極可被供給偏壓而作開或關的動作。

基於上述，本發明主要是利用一個控制電極以及一個介電層作為控制主動層是否被圖案化的開關，這個控制結構可以有效降低習知的金屬遮罩以及噴印製程方式在高解析度下的需求，同時可輕易阻斷兩個或兩個以上電晶體之間的串音。此外，本發明之控制結構中的控制電極還可視電路設計需要進行開/關的動作。

為讓本發明之上述特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

以下實施例僅是用來更詳細地描述本發明之應用，並附圖來作說明。然而，本發明還可採用多種不同形式來實踐，且不應將其解釋為限於下列所述之實施例。在圖式中，為明確起見可能將各層的尺寸及相對尺寸作誇飾，而未按尺寸比例繪製。

圖1是依照本發明之第一實施例之一種電晶體主動層控制結構的剖面示意圖。

請參照圖1，本實施例顯示在基底100上有兩個電晶體102。每個電晶體102包括一閘極104、一源極106a與一汲極106b、主動層108以及閘極絕緣層110，且這兩個電晶體102共有同一主動層108。圖1的源極106a與汲極106b位在閘極104上、閘極絕緣層110是位在閘極104以及源極106a與汲極106b之間，至於主動層108則位在源極106a與汲極106b上。而控制結構112則包括一控制電極114以及一介電層(在第一實施例中就是閘極絕緣層110)，其中控制電極114位在電晶體102之間，以便在電晶體102之間產生一反向偏壓，且控制電極114在圖1中是與閘極104位於同一平面。而介電層則是位在主動層108與控制電極114之間的閘極絕緣層110。如此一來，藉由相同解析度製作的主動層108，即可運用在更小尺寸的電晶體102上，且設計彈性也變大。因此，第一實施例之控制結構112適合用在有機電晶體的領域，不過即使是傳統的非晶矽半導體主動層亦可使用。

請繼續參照圖1，本實施例中的主動層108例如有機或無機半導體材料，如高分子(polymer-based)半導體材料等。控制電極114例如是一無機材料電極(如：導電金屬、合金或透明導電膜)、一有機材料電極(如：PEDOT或導電高分子)或一由有機無機材料混合或堆疊所組成的電極。此外，在第一實施例中，控制電極114可被供給偏壓而視元件需求或是電路設計需求作開或關的動作。雖然圖1只繪示兩個電晶體102，但本實施例並不限於此；換言之，控制結構112也可設置在兩個以上的電晶體之間。而且，圖1中的控制電極114雖然是與閘極104、源極106a與汲極106b在空間上無重疊，但本實施例並不限於此；換言之，控制電極114也可與閘極104、源極106a與汲極106b在空間上有重疊。

圖2是依照本發明之第二實施例之一種電晶體主動層控制結構的剖面示意圖。

請參照圖2，本實施例顯示在基底200上有兩個電晶體202以及位在電晶體202之間的控制結構212。電晶體202和第一實施例一樣包括閘極204、源極206a與汲極206b、主動層208以及閘極絕緣層210。第二實施例和第一實施例最大差異在於，控制結構212中的控制電極214和源極206a與汲極206b位於同一平面，且為隔開控制電極214與主動層208，控制結構212需包括介電層216。至於主動層208與控制電極214的選擇可參照第一實施例所述，於此不再贅述。

圖3是依照本發明之第三實施例之一種電晶體主動層控制結構的剖面示意圖。

請參照圖3，本實施例和前幾個實施例一樣，在基底300上有兩個電晶體302及位在電晶體302之間的控制結構312。電晶體302包括閘極304、源極306a與汲極306b、主動層308以及閘極絕緣層310。第三實施例和第一實施例最大差異在於，控制結構312中的控制電極314位於閘極304及源極306a與汲極306b之上，且控制結構312也具有一層介電層316，以隔開控制電極314與主動層308。至於主動層308與控制電極314的選擇可參照第一實施例所述，於此不再贅述。

以上的第一至第三實施例之電晶體屬於反轉共平面式結構(又稱bottom-gate bottom-contact，BGBC結構)。

圖4是依照本發明之第四實施例之一種電晶體主動層控制結構的剖面示意圖。

請參照圖4，第四實施例顯示在基底400上有兩個反轉堆疊式結構(又稱BGTC結構)之電晶體402，包括閘極404、源極406a與汲極406b、主動層408以及閘極絕緣層410，其中源極406a與汲極406b位在閘極404上、閘極絕緣層410是位在閘極404以及源極406a與汲極406b之間，且主動層408位在閘極絕緣層410以及源極406a與汲極406b之間。而控制結構412位在電晶體402之間，並包括一控制電極414以及一介電層，且前述介電層就是位在主動層408與控制電極414之間的閘極絕緣層410。再者，控制電極414在圖4中是與閘極404位於同一平面。由於控制電極414位在電晶體402之間，因此可藉由施加電壓而產生一反向偏壓，來阻斷電晶體402之間的電流，以免發生串音(crosstalk)。至於主動層408與控制電極414的選擇、電晶體402的個數、控制電極414與閘極404、源極406a與汲極406b在空間上有無重疊等可參照第一實施例所述，於此不再贅述。

圖5是依照本發明之第五實施例之一種電晶體主動層控制結構的剖面示意圖。

請參照圖5，此一實施例顯示在基底500上有兩個電晶體502和位在其間的控制結構512。前述電晶體502和第四實施例一樣包括閘極504、源極506a與汲極506b、主動層508以及閘極絕緣層510。但第五和第四實施例之差異在於，控制結構512中的控制電極514是位於閘極504以及源極506a與汲極506b之間，且為隔開控制電極514與主動層508，尚需一層介電層516。至於主動層508與控制電極514的選擇可參照第一實施例所述，於此不再贅述。

圖6是依照本發明之第六實施例之一種電晶體主動層控制結構的剖面示意圖。

請參照圖6，本實施例和第四、第五實施例一樣，在基底600上有電晶體602及控制結構612，其中每個電晶體602都有閘極604、源極606a與汲極606b、主動層608以及閘極絕緣層610。而第六實施例與第四實施例不同的部分在於控制結構612中的控制電極614是位於閘極604及源極606a與汲極606b之上，並藉由形成在主動層608表面的一層介電層616，來與主動層608互相隔開。其餘構件的選擇可參照第一實施例所述。

圖7是依照本發明之第七實施例之一種電晶體主動層控制結構的剖面示意圖。

請參照圖7，第七實施例顯示在基底700上有兩個直接堆疊式結構(又稱TGBC結構)之電晶體702，包括閘極704、源極706a與汲極706b、主動層708以及閘極絕緣層710，其中閘極704位在源極706a與汲極706b上、閘極絕緣層710位在閘極704以及源極706a與汲極706b之間，至於主動層708是位在閘極絕緣層710以及源極706a與汲極706b之間。而在電晶體702之間的控制結構712則包括一控制電極714以及一介電層716。再者，控制電極714在圖7中是與源極706a與汲極706b位於同一平面，所以在製程上可與源極706a與汲極706b同時製作。

請繼續參照圖7，位在電晶體702之間的控制電極714可被施加電壓而產生一反向偏壓，所以能夠阻斷電晶體702之間的電流，以免發生串音。至於主動層708與控制電極714的選擇、電晶體702的個數等可參照第一實施例所述，於此不再贅述。

圖8是依照本發明之第八實施例之一種電晶體主動層控制結構的剖面示意圖。

請參照圖8，此一實施例顯示在基底800上有兩個電晶體802和位在其間的控制結構812。前述電晶體802之閘極804、源極806a與汲極806b、主動層808以及閘極絕緣層810和第七實施例的位置關係相同。不過，在第八實施例中，控制結構812中的控制電極814是與閘極804位於同一平面，所以控制電極814在製程上可與閘極804同時製作；控制結構812中的介電層則是位在主動層808與控制電極814之間的閘極絕緣層810。至於主動層808與控制電極814的選擇可參照第一實施例所述，於此不再贅述。

圖9是依照本發明之第九實施例之一種電晶體主動層控制結構的剖面示意圖。

請參照圖9，本實施例顯示在基底900上有兩個直接共平面式結構(又稱TGTC結構)之電晶體902以及位於電晶體902之間的控制結構912。其中，電晶體902的源極906a與汲極906b位在主動層908上、閘極904位在源極906a與汲極906b上，而閘極絕緣層910是位在閘極904以及源極906a與汲極906b之間。而控制結構912包括位在閘極904以及源極906a與汲極906b之下的一控制電極914，以及介於主動層908與控制電極914之間的一介電層916。由於控制電極914可被施加電壓而產生一反向偏壓，所以能夠阻斷電晶體902之間的電流，以免發生串音。至於主動層908與控制電極914的選擇、電晶體902的個數、控制電極914與閘極904、源極906a與汲極906b在空間上有無重疊等可等可參照第一實施例所述，於此不再贅述。

圖10是依照本發明之第十實施例之一種電晶體主動層控制結構的剖面示意圖。

請參照圖10，在基底1000上有兩個電晶體1002和位在其間的控制結構1012。前述電晶體1002之閘極1004、源極1006a與汲極1006b、主動層1008以及閘極絕緣層1010和第九實施例的位置關係相同。而第十實施例與第九實施例之差異在於，控制結構1012中的控制電極1014是與閘極1004位於同一平面，且控制結構1012中的介電層就是位在主動層1008與控制電極1014之間的閘極絕緣層1010。至於主動層1008與控制電極1014的選擇可參照第一實施例所述，於此不再贅述。

為驗證本發明之效果，以第一實施例之控制結構為實驗對象，測量其控制電極之電壓變化以及兩電晶體電壓差異對於漏電流的影響。

【實驗】

首先，準備一個如第一實施例的元件，其中包含兩個電晶體TFT1和TFT2。每個電晶體TFT1和TFT2包括厚度100nm的銦錫氧化物(ITO)作為閘極104、厚度100nm的ITO作為源極106a與汲極106b、厚度100nm的五環素(pentacene)作為主動層108、厚度150nm的氧化矽(SiO₂ )作為閘極絕緣層110。而控制結構112則包括厚度100nm的ITO作為控制閘極114，其俯視圖如圖11所示。在圖11中，控制電極114的長度L1大於主動層108的長度L2，但本發明不限於此，L1也可等於L2，以加強使電晶體TFT1和TFT2之間無串音的效果。

然後，比較控制電極114電壓(Vc)變化以及兩電晶體102電壓(V_T1T2 )差異對於漏電流之影響，結果如圖12所示。當控制閘極114呈浮置狀態時，漏電流連10^-6 A左右，但是一旦對控制閘極114施加電壓，漏電流會下降4個次方(order)。因此，可知本發明能輕易阻斷兩個或兩個以上電晶體之間的串音，並且能視電路設計需要使控制結構112中的控制電極114進行開/關的動作。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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。

100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000．．．基底

102、202、302、402、502、602、702、802、902、1002、TFT1、TFT2．．．電晶體

104、204、304、404、504、604、704、804、904、1004．．．閘極

106a、206a、306a、406a、506a、606a、706a、806a、906a、1006a．．．源極

106b、206b、306b、406b、506b、606b、706b、806b、906b、1006b．．．汲極

108、208、308、408、508、608、708、808、908、1008．．．主動層

110、210、310、410、510、610、710、810、910、1010．．．閘極絕緣層

112、212、312、412、512、612、712、812、912、1012．．．控制結構

114、214、314、414、514、614、714、814、914、1014．．．控制電極

216、316、516、616、716、916．．．介電層

L1、L2．．．長度

圖11顯示圖1之結構的俯試圖。

圖12是控制電極電壓(Vc)變化及電晶體電壓(V_T1T2 )差異對於漏電流之間的關係曲線圖。

100．．．基底

102．．．電晶體

104．．．閘極

106a．．．源極

106b．．．汲極

108．．．主動層

110．．．閘極絕緣層

112．．．控制結構

114．．．控制電極

Claims

一種電晶體主動層控制結構，用以控制兩個或兩個以上的電晶體，其中該些電晶體共有一主動層，該控制結構包括：一控制電極，位在該些電晶體之間，以便在該些電晶體之間產生一反向偏壓；以及一介電層，位在該主動層與該控制電極之間。
如申請專利範圍第1項所述之電晶體主動層控制結構，其中該主動層包括有機或無機半導體材料。
如申請專利範圍第1項所述之電晶體主動層控制結構，其中該控制電極的長度大於或等於該主動層的長度。
如申請專利範圍第1項所述之電晶體主動層控制結構，其中該控制電極包括一無機材料電極、一有機材料電極或一由有機無機材料混合或堆疊所組成的電極。
如申請專利範圍第4項所述之電晶體主動層控制結構，其中該無機材料電極包括導電金屬、合金或透明導電膜。
如申請專利範圍第4項所述之電晶體主動層控制結構，其中該有機材料電極包括PEDOT或導電高分子。
如申請專利範圍第1項所述之電晶體主動層控制結構，其中每一電晶體包括一閘極、一源極與一汲極、該主動層以及一閘極絕緣層。
如申請專利範圍第7項所述之電晶體主動層控制結構，其中：該源極與該汲極，位在該閘極上；該閘極絕緣層，位在該閘極以及該源極與該汲極之間；以及該主動層，位在該源極與該汲極上。
如申請專利範圍第7項所述之電晶體主動層控制結構，其中：該源極與該汲極，位在該閘極上；該閘極絕緣層，位在該閘極以及該源極與該汲極之間；以及該主動層，位在該閘極絕緣層以及該源極與該汲極之間。
如申請專利範圍第7項所述之電晶體主動層控制結構，其中：該閘極，位在該源極與該汲極上；該閘極絕緣層，位在該閘極以及該源極與該汲極之間；以及該主動層，位在該閘極絕緣層以及該源極與該汲極之間。
如申請專利範圍第7項所述之電晶體主動層控制結構，其中：該源極與該汲極，位在該主動層上；該閘極，位在該源極與該汲極上；以及該閘極絕緣層，位在該閘極以及該源極與該汲極之間。
如申請專利範圍第7項所述之電晶體主動層控制結構，其中該介電層包括該閘極絕緣層。
如申請專利範圍第7項所述之電晶體主動層控制結構，其中該控制電極與該源極與該汲極位於同一平面。
如申請專利範圍第7項所述之電晶體主動層控制結構，其中該控制電極與該閘極位於同一平面。
如申請專利範圍第7項所述之電晶體主動層控制結構，其中該控制電極位於該閘極以及該源極與該汲極之間。
如申請專利範圍第7項所述之電晶體主動層控制結構，其中該控制電極位於該閘極以及該源極與該汲極之上或之下。
如申請專利範圍第7項所述之電晶體主動層控制結構，其中該控制電極與該閘極、該源極與該汲極在空間上有重疊或是無重疊。
如申請專利範圍第1項所述之電晶體主動層控制結構，其中該控制電極可被供給偏壓而作開或關的動作。