[发明专利]晶体管元件，显示装置和它们的制造方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及晶体管元件。尤其，本发明涉及用于稳定驱动晶体管元件的元件结构，该晶体管元件具有经由层间绝缘膜连接至有机半导体的上部电极。

背景技术

代替用于常规晶体管的无机材料如硅单晶和非晶硅，近来已经进行了使用有机半导体材料的晶体管的开发。与使用无机材料的情况相比，由于其制造方法简单容易并且有可能在低温下大面积成层，因此使用有机半导体的晶体管具有低成本的优点。由于有机材料的柔性，有可能形成柔性塑料基板，因此对于使用有机半导体的晶体管而言，已期待其应用开发，例如包括显示装置在内的各种电子装置的驱动元件。

在将使用排列成二维阵列的有机半导体层的晶体管用作驱动显示装置等的有源矩阵基板的情况中，例如，需要形成设置有经由层间绝缘膜与所述有机半导体层电连通的上部电极的结构。作为层间绝缘膜，通常，使用利用溅射法和CVD(化学气相沉积)形成如氧化硅和氮化硅的无机材料的方法。然而，问题在于在这些真空工艺中有许多步骤并且由于形成通孔而使晶体管的特性劣化。

而且，对于具有图1所示结构的晶体管元件，由于设置层间绝缘膜作为栅极绝缘膜并且因上部电极设置在有机半导体的相对侧将所述层间绝缘膜夹在中间而在所述有机半导体层中形成不必要的通道，因此存在断开电流(OFF-current)增大的问题。例如，报道了在使用有机晶体管的柔性基板上制造QVGA电泳显示装置的结果(参见非专利文献1)。在栅电压为正电压的情况中，通过从正到负改变像素电极(pixel electrode)的电流电势使断开电流增大。在非专利文献1中公开：即使构成晶体管元件的层间绝缘膜的电容约为栅极绝缘膜的1/20，由于像素电极的影响，仍在有机半导体中产生第二通道，然而未提及其解决方法。

另一方面，公开了许多以上所示结构的有机晶体管元件，但是多数与栅极绝缘膜的改进有关。其中，关于在有源层的无栅极绝缘膜的一侧设置的绝缘膜(层间绝缘膜)，例如，使用包括芳族化合物和/或芳环成分聚合物的材料作为层间绝缘膜。通过这样，实现了溶液处理的低成本化并且公开了可以改进有机晶体管迁移率的有机场效应晶体管(例如，参见专利文献1)。然而，没有关于形成通孔和上部电极的描述，因此它没有解决上面的问题。

公开了在层间绝缘膜和半导体膜的界面上提供5nm以上且不大于40nm的不均匀度来提供其中漏电流得以抑制且工作稳定的晶体管的技术(例如，参见专利文献2)。对于形成包含无机材料的层间绝缘膜，该技术通过使用氢等离子体制造不均匀度；于是，形成多晶硅有源层。

还公开了提供有机薄膜晶体管的技术，在该有机薄膜晶体管中通过双栅极结构控制更多的电流并可使其流走，该双栅极结构在包含有机半导体层的有源层之上和之下具有一对栅极绝缘膜和栅电极。(例如，参见专利文献3)在该结构的晶体管中，通过施加与上部栅电极和下部栅电极同步的控制电压，能够运送更多的电流，使得分别在有源层中的上下栅电极附近形成通道。该技术利用了在有源层中形成多通道的事实；另一方面，当无法充分控制双栅极结构的晶体管中的各栅电压时，其暗示会如非专利文献1中所述形成不必要的通道。

此外，公开了薄层晶体管的结构，在该薄层晶体管中，光电器件的TFT包括上部遮光层和下部遮光层，并且通过将通道区域设置在数据线和扫描线的交叉区域中改进耐光性能和显示质量。(例如，参见专利文献4)此外，公开了半导体器件，其中该半导体器件包括依次在基板上形成的栅电极、栅极绝缘膜和源/漏电极；填充在源/漏电极之间的有机半导体；和绝缘膜，其形成为与其上的源/漏电极表面接触。(例如，参见专利文献5)

专利文献1：JP 2005-101555，A

专利文献2：JP 2004-247434，A

专利文献3：JP 2005-079549，A

专利文献4：JP 2004-126557，A

专利文献5：JP 2005-223049，A

非专利文献1：SID 05 DIGEST 3.1：Invited Paper：Rollable QVGAActive-Matrix Displays Based on Organic Electronics，G.H.Gelinck，H.E.Huitema，M.van Mil，E.van Veenendaal，P.J.G.van Lieshout and F.J.Touwslager，Polymer Vision/Philips Research Laboratories，Eindhoven，TheNetherlands

发明内容