專利名稱：一種具多重保護層的有機半導體元件及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種有機半導體元件及其制作方法，特別是一種具多層保護層的有機半導體元件及其制作方法。
背景技術：
有機半導體元件一直是近幾年來科學家們研究的熱門課題。就有機薄膜晶體管(OTFT)來說，近來在可撓式面板的特殊前沿技術上已占有一席之地，由于有機薄膜晶體管材料多半為有機材料，因此具備有先天可撓的基本特性，對于發(fā)展極有潛力的卷帶式連續(xù)生產制作技術(roll to roll，R2R)而言，可說是不可或缺的角色。而有機薄膜晶體管搭配液晶面板，將使有機薄膜晶體管的應用范圍更為廣泛。
有機薄膜晶體管搭配液晶面板，保護層及間隙材料(photo spacer)都是制作必備的要素。以往，間隙材料是通過灑布的方式在有機薄膜晶體管保護層完成后制作于其上，由于灑布分布密度極難達到有效控制，此種制作方式容易造成間隙材料的局部凝聚，而影響液晶面板的平坦性，進而影響整體畫質表現，且需另外購置灑布裝置而增加制造成本。
因此，如何提供良好的解決方案，以改善如前述有機薄膜晶體管的有機半導體元件的保護層與間隙材料的制作，將是未來的一大課題。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種具多重保護層的有機半導體元件及其制作方法，利用于有機薄膜晶體管上制作多重保護層，該第二保護層具有足夠的厚度并通過圖案化的過程，使多重保護層可有效保護有機薄膜晶體管，且第二保護層還可直接作為間隙材料，而省略配置間隙材料的制作過程，從而大體上解決先前技術所存在的問題。
為了實現上述目的，本發(fā)明提供了一種具多重保護層的有機半導體元件，其特點在于，包括有一有機薄膜晶體管；一第一保護層，形成于該有機薄膜晶體管上；及一第二保護層，通過一圖案化過程形成于該第一保護層上，且該第二保護層的厚度足以作為間隙材料。
上述具多重保護層的有機半導體元件，其特點在于，該第二保護層的厚度為4微米以上。
上述具多重保護層的有機半導體元件，其特點在于，還包含一基板，該基板通過該第二保護層而和該有機薄膜晶體管與該第一保護層相隔一段距離。
上述具多重保護層的有機半導體元件，其特點在于，該第二保護層具有一接觸孔，該接觸孔穿透該第二保護層與該第一保護層而露出該有機薄膜晶體管。
上述具多重保護層的有機半導體元件，其特點在于，還包含一電極，該電極形成于該第二保護層上方，并通過該接觸孔而與該有機薄膜晶體管作電性連接。
上述具多重保護層的有機半導體元件，其特點在于，該有機薄膜晶體管選自下接觸式、上接觸式、下柵極與上柵極的有機薄膜晶體管的群組組合。
上述具多重保護層的有機半導體元件，其特點在于，該第一保護層與該第二保護層的形成方式選自溶液制作方式與氣相沉積方式的群組組合。
上述具多重保護層的有機半導體元件，其特點在于，該第一保護層與該第二保護層使用不同溶液的相同制作方式來形成。
上述具多重保護層的有機半導體元件，其特點在于，該溶液制作方式為旋轉涂布、網印、噴墨印刷與無旋轉涂布的群組組合。
上述具多重保護層的有機半導體元件，其特點在于，該氣相沉積方式選自化學氣相沉積、有機氣相沉積、共蒸鍍的群組組合。
上述具多重保護層的有機半導體元件，其特點在于，該第二保護層為一可顯影材料。
上述具多重保護層的有機半導體元件，其特點在于，該圖案化過程利用光微影技術實現。
上述具多重保護層的有機半導體元件，其特點在于，該可顯影材料為SU-8光阻。
上述具多重保護層的有機半導體元件，其特點在于，該圖案化過程利用雷射加工方式實現。
上述具多重保護層的有機半導體元件，其特點在于，該第一保護層為摻重鉻酸鹽的聚乙烯醇。
本發(fā)明還提供一種具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特點在于，步驟包含提供一有機薄膜晶體管；形成一第一保護層于該有機薄膜晶體管上；形成一第二保護層于該第一保護層上，且該第二保護層的厚度足以作為間隙材料；及對該第二保護層加以圖案化，而構成該有機半導體元件。
上述具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特點在于，該第二保護層的厚度為4微米以上。
上述具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特點在于，還包含提供一基板的步驟，該基板通過該第二保護層而和該有機薄膜晶體管與該第一保護層相隔一段距離。
上述具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特點在于，對該第二保護層加以圖案化的步驟形成一接觸孔穿透該第二保護層與該第一導護層而露出該有機薄膜晶體管。
上述具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特點在于，對該第二保護層加以圖案化的步驟之后，還包含形成一電極于該第二保護層上的步驟，且該電極通過該接觸孔而與該有機薄膜晶體管作電性連接。
上述具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特點在于，該有機薄膜晶體管選自下接觸式、上接觸式、下柵極與上柵極的有機薄膜晶體管的群組組合。
上述具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特點在于，該第一保護層與該第二保護層的形成方式選自溶液制作方式與氣相沉積方式的群組組合。
上述具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特點在于，該第一保護層與該第二保護層使用不同溶液的相同制作方式來形成。
上述具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特點在于，該溶液制作方式為旋轉涂布、網印、噴墨印刷與無旋轉涂布的群組組合。
上述具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特點在于，該氣相沉積方式選自化學氣相沉積、有機氣相沉積、共蒸鍍的群組組合。
上述具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特點在于，該第二保護層為一可顯影材料。
上述具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特點在于，該圖案化過程是利用光微影技術實現。
上述具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特點在于，該可顯影材料為SU-8光阻。
上述具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特點在于，該圖案化過程是利用激光加工方式實現。
上述具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特點在于，該第一保護層為摻重鉻酸鹽的聚乙烯醇。
本發(fā)明的功效，在于利用第二保護層以通過圖案化的方式形成于第一保護層上，以制作有機薄膜晶體管的多重保護層，此多重保護層不但可有效保護有機薄膜晶體管，其第二保護層還可同時作為間隙材料，而取代后續(xù)配置間隙材料的制作；另外，應用本發(fā)明的制作原理，第二保護層也可兼作為保護層與平坦層的功用，來取代平坦層的制作。因此，根據本發(fā)明的具多重保護層的有機半導體元件及其制作方法，可使得多重保護層發(fā)揮更大的效果，從而實現簡化制作過程與降低成本的目的。
以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。


圖1為本發(fā)明的具多重保護層的有機半導體元件的制作方法流程圖；圖2A至2E為本發(fā)明的第一實施例的具多重保護層的有機半導體元件的制作流程剖面圖；圖3A至3B為本發(fā)明使用摻重鉻酸鹽的聚乙烯醇的第一保護層有機半導體元件在制作前、后的ID-VD特性曲線圖；圖4A至4B為本發(fā)明使用聚對二甲苯的第一保護層的有機半導體元件在制作前、后的ID-VD特性曲線圖；及圖5為本發(fā)明第二實施例的具多重保護層的有機半導體元件剖面示意圖。
其中，附圖標記
10有機薄膜晶體管11基材12柵極13絕緣層14源極15漏極16有機半導體層20第一保護層30第二保護層40有機半導體元件50有機薄膜晶體管51基材52柵極53絕緣層54源極55漏極56有機半導體層60第一保護層70第二保護層71接觸孔80電極90基板具體實施方式
請參照圖1所示，為本發(fā)明的具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，主要包含下列步驟首先，步驟100，提供一有機薄膜晶體管；然后，步驟110，形成第一保護層于有機薄膜晶體管上；步驟120，再利用氣相沉積方式或溶液制作方式，形成第二保護層于第一保護層上，而此第二保護層的厚度必須足以作為間隙材料；最后，步驟130，對第二保護層加以圖案化，而構成具多重保護層的有機半導體元件。
以下則通過多個實施例對本發(fā)明所提供的具多重保護層的有機半導體元件及其制作方法作詳細說明及驗證，并請依次參照圖2A至2D，顯示本發(fā)明實施例的具多重保護層的有機半導體元件的制作流程。
如圖2A所示，首先，在基材上制作一有機薄膜晶體管10(步驟100)，此有機薄膜晶體管10是通過在基材11上陸續(xù)形成的柵極12、絕緣層13、源極14與漏極15以及有機半導體層16所構成。
接著，如圖2B所示，以摻重鉻酸鹽的聚乙烯醇(Dichromated Poly VinylAlcohol，DCPVA)溶液涂布于有機薄膜晶體管10上，并通過曝光、烘烤，而形成第一保護層20。
然后，如圖2C所示，以旋轉涂布(spin coating)方式涂布負型光阻材料SU-8 2002于第一保護層20上直接制作出厚度達5μm的第二保護層30，以做為有機薄膜晶體管10的第二保護層。
如圖2D所示，則利用光微影制作方法，對于第二保護層30進行圖案化；初步去除溶劑后，再以裸露信道(channel)的擋板光罩(shadow mask)進行曝光，再以丙二醇甲醚醋酸酯(Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate，PMA)作為顯影液，完成顯影后將溶劑烤干，形成具有多個間隙材料形狀的第二保護層30于第一層保護層20上，最后，即完成具多重保護層的有機半導體元件40。
而本發(fā)明的實施例所提供的具多重保護層的有機半導體元件40，請參照圖2D所示，其是由有機薄膜晶體管10、第一保護層20與第二保護層30所構成，此有機薄膜晶體管10包含在基材11上陸續(xù)形成的柵極12、絕緣層13、源極14與漏極15以及有機半導體層16，且第一保護層20是形成于有機薄膜晶體管10上，第二保護層30則通過圖案化的過程形成于第一保護層20上，其厚度必須足以作為間隙材料，一般規(guī)格須達到4微米(μm)以上(本實施例為5微米(μm))，使得包含第一保護層20與第二保護層30的多重保護層可達到保護有機薄膜晶體管10的效果。并且，如圖2E所示，通過此第二保護層30可直接作為間隙材料(photo spacer)，使有機薄膜晶體管10及其上的第一保護層20與一基板90相隔開來，而取代了后續(xù)配置間隙材料的制作，且間隙材料也能更均勻地制作于有機薄膜晶體管10所搭配的基板90中。
本實施例中，有機薄膜晶體管10的第二保護層30以旋轉涂布的方式加上光微影制作加以定義圖案所形成，而足以當作間隙材料使用，并由于設備上可與保護層制作相同，也就是說，能結合兩種制作方法為一種制作方法，不但使得制作過程簡化，也可大幅節(jié)省設備成本。其次，將以光微影制程定義位置制作的第二保護層30用為間隙材料，因為具有良好的均勻性，將可提高制程品質。
另外，有機薄膜晶體管10可選自下接觸式(bottom contact)、上接觸式(top contact)、下柵極(bottom gate)或上柵極(top gate)的有機薄膜晶體管。第一保護層20與第二保護層30可利用氣相沉積方式或溶液制程來形成，也可以使用不同溶液但制作相同的方式來形成，而氣相沉積方式可為化學氣相沉積(CVD)、有機氣相沉積(0VPD)與共蒸鍍等方式，溶液制作方法則包含旋轉涂布(spin coating)、網印(screen printing)、噴墨印刷(injectprinting)或無旋轉涂布(spinless coating)等方式。并且，可利用光微影制程對可顯影材料來定義圖案，或是搭配擋板光罩(shadow mask)、雷射加工等方式，制成可兼具間隙材料功用的圖案化的第二保護層30。
接著，本發(fā)明還通過使用不同材料作為第一保護層，再搭配前述SU-82002的第二保護層來制作有機半導體元件，并加以電性測試。首先，分別在摻重鉻酸鹽的聚乙烯醇(DCPVA)及聚對二甲苯(parylene)的第一保護層的制作完成后，以第一段轉速150轉/分鐘(rpm)20秒，第二段轉速300轉/分鐘(rpm)40秒的條件旋轉涂布SU-82002于第一保護層上來制作第二保護層，以35℃在真空下加熱兩個小時，將并五苯(pentacene)蒸鍍的擋板光罩貼附于第二保護層上，再以300毫焦耳(mj)的能量進行曝光，使用丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)為顯影液，顯影一分鐘后，再在70℃及130℃各加熱一小時，來制作具多重保護層的有機半導體元件。
然后，請參照圖3A與圖3B以及圖4A與圖4B所示，分別為使用摻重鉻酸鹽的聚乙烯醇及聚對二甲苯的第一保護層的有機半導體元件在制作前、后的ID-VD特性曲線圖。結果顯示以摻鉻酸鹽的聚乙烯醇為第一保護層的有機半導體元件的電性較佳，其ID-VD特性曲線在制作前后差異不大，顯示此有機半導體元件的電氣性能并無衰退；而以聚對二甲苯為第一保護層的有機半導體元件，則隨制作數目增加，其起始電壓(threshold voltage)有增加的趨勢。因此，可判斷摻重鉻酸鹽的聚乙烯醇的第一保護層所制作的有機半導體元件具有較佳的性能。另外，SU-82002的第二保護層在兩種第一保護層上的厚度均為5μm，都足以作為有機薄膜晶體管的間隙材料。
另一方面，當有機半導體元件使用Top ITO(氧化銦錫)電極時，由于ITO(氧化銦錫)電極必須制作在感光高分子材料的平坦層上方，并使ITO電極通過平坦層的接觸孔來連接至有機薄膜晶體管的漏極，而此平坦層必須要極為平坦，避免使ITO薄膜成長會因平坦層不平使得特性變差，而根據本發(fā)明的相同原理，將可取代平坦層的制作方法，并能提供具有良好均勻性的薄膜。
如圖5所示，為本發(fā)明第二實施例的具多重保護層的有機半導體元件，包含有機薄膜晶體管50、第一保護層60、第二保護層70以及電極80，其中，有機薄膜晶體管50包含于基材51上陸續(xù)形成的柵極52、絕緣層53、源極54與漏極55以及有機半導體層56，第一保護層60是形成于有機薄膜晶體管50上，第二保護層70則形成于第一保護層60上，且第二保護層70的厚度必須達到4微米(μm)以上，并通過圖案化的過程形成一接觸孔71，此接觸孔71穿透第二保護層70與第一保護層60而露出有機薄膜晶體管50，電極80則形成于第二保護層70上方，并通過接觸孔71與有機薄膜晶體管50的漏極55作電性連接。在此，不但可利用第一保護層60與第二保護層70來達到保護有機薄膜晶體管50不受損害的效果，第二保護層70同時也具有平坦層的功用，且其均勻性良好。
綜上所述，本發(fā)明所提供的具多重保護層的有機半導體元件及其制作方法，利用第二保護層以通過圖案化的方式形成于第一保護層上，以制作有機薄膜晶體管的多重保護層，此多重保護層不但可有效保護有機薄膜晶體管，其第二保護層還可同時作為間隙材料，而取代后續(xù)配置間隙材料的制作；另外，應用本發(fā)明的制作原理，第二保護層也可兼作為保護層與平坦層的功用，來取代平坦層的制作。因此，根據本發(fā)明的具多重保護層的有機半導體元件及其制作方法，可使得多重保護層發(fā)揮更大的效果，從而實現簡化制作過程與降低成本的目的。
當然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員可根據本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種具多重保護層的有機半導體元件，其特征在于，包括有一有機薄膜晶體管；一第一保護層，形成于該有機薄膜晶體管上；及一第二保護層，通過一圖案化過程形成于該第一保護層上，且該第二保護層的厚度足以作為間隙材料。
2.根據權利要求1所述的具多重保護層的有機半導體元件，其特征在于，該第二保護層的厚度為4微米以上。
3.根據權利要求1所述的具多重保護層的有機半導體元件，其特征在于，還包含一基板，該基板通過該第二保護層而和該有機薄膜晶體管與該第一保護層相隔一段距離。
4.根據權利要求1所述的具多重保護層的有機半導體元件，其特征在于，該第二保護層具有一接觸孔，該接觸孔穿透該第二保護層與該第一保護層而露出該有機薄膜晶體管。
5.根據權利要求4所述的具多重保護層的有機半導體元件，其特征在于，還包含一電極，該電極形成于該第二保護層上方，并通過該接觸孔而與該有機薄膜晶體管作電性連接。
6.根據權利要求1所述的具多重保護層的有機半導體元件，其特征在于，該有機薄膜晶體管選自下接觸式、上接觸式、下柵極與上柵極的有機薄膜晶體管的群組組合。
7.根據權利要求1所述的具多重保護層的有機半導體元件，其特征在于，該第一保護層與該第二保護層的形成方式選自溶液制作方式與氣相沉積方式的群組組合。
8.根據權利要求7所述的具多重保護層的有機半導體元件，其特征在于，該第一保護層與該第二保護層使用不同溶液的相同制作方式來形成。
9.根據權利要求7所述的具多重保護層的有機半導體元件，其特征在于，該溶液制作方式為旋轉涂布、網印、噴墨印刷與無旋轉涂布的群組組合。
10.根據權利要求7所述的具多重保護層的有機半導體元件，其特征在于，該氣相沉積方式選自化學氣相沉積、有機氣相沉積、共蒸鍍的群組組合。
11.根據權利要求1所述的具多重保護層的有機半導體元件，其特征在于，該第二保護層為一可顯影材料。
12.根據權利要求11所述的具多重保護層的有機半導體元件，其特征在于，該圖案化過程利用光微影技術實現。
13.根據權利要求11所述的具多重保護層的有機半導體元件，其特征在于，該可顯影材料為SU-8光阻。
14.根據權利要求1所述的具多重保護層的有機半導體元件，其特征在于，該圖案化過程利用雷射加工方式實現。
15.根據權利要求1所述的具多重保護層的有機半導體元件，其特征在于，該第一保護層為摻重鉻酸鹽的聚乙烯醇。
16.一種具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特征在于，步驟包含提供一有機薄膜晶體管；形成一第一保護層于該有機薄膜晶體管上；形成一第二保護層于該第一保護層上，且該第二保護層的厚度足以作為間隙材料；及對該第二保護層加以圖案化，而構成該有機半導體元件。
17.根據權利要求16所述的具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特征在于，該第二保護層的厚度為4微米以上。
18.根據權利要求16所述的具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特征在于，還包含提供一基板的步驟，該基板通過該第二保護層而和該有機薄膜晶體管與該第一保護層相隔一段距離。
19.根據權利要求16所述的具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特征在于，對該第二保護層加以圖案化的步驟形成一接觸孔穿透該第二保護層與該第一導護層而露出該有機薄膜晶體管。
20.根據權利要求19所述的具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特征在于，對該第二保護層加以圖案化的步驟之后，還包含形成一電極于該第二保護層上的步驟，且該電極通過該接觸孔而與該有機薄膜晶體管作電性連接。
21.根據權利要求16所述的具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特征在于，該有機薄膜晶體管選自下接觸式、上接觸式、下柵極與上柵極的有機薄膜晶體管的群組組合。
22.根據權利要求16所述的具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特征在于，該第一保護層與該第二保護層的形成方式選自溶液制作方式與氣相沉積方式的群組組合。
23.根據權利要求22所述的具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特征在于，該第一保護層與該第二保護層使用不同溶液的相同制作方式來形成。
24.根據權利要求22所述的具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特征在于，該溶液制作方式為旋轉涂布、網印、噴墨印刷與無旋轉涂布的群組組合。
25.根據權利要求22所述的具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特征在于，該氣相沉積方式選自化學氣相沉積、有機氣相沉積、共蒸鍍的群組組合。
26.根據權利要求16所述的具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特征在于，該第二保護層為一可顯影材料。
27.根據權利要求26所述的具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特征在于，該圖案化過程是利用光微影技術實現。
28.根據權利要求26所述的具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特征在于，該可顯影材料為SU-8光阻。
29.根據權利要求16所述的具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特征在于，該圖案化過程是利用激光加工方式實現。
30.根據權利要求16所述的具多重保護層的有機半導體元件的制作方法，其特征在于，該第一保護層為摻重鉻酸鹽的聚乙烯醇。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具多重保護層的有機半導體元件，其特點在于，包括有有機薄膜晶體管；第一保護層，形成于該有機薄膜晶體管上；及第二保護層，通過圖案化過程形成于該第一保護層上，且該第二保護層的厚度足以作為間隙材料。本發(fā)明通過圖案化的方式將第二保護層形成于第一保護層上，以制作有機薄膜晶體管的多重保護層，此多重保護層不但可有效保護有機薄膜晶體管，其第二保護層還可同時作為間隙材料，而取代后續(xù)配置間隙材料的制作，并且第二保護層也可兼作為保護層與平坦層的功用，來取代平坦層的制作，從而實現簡化制作過程與降低成本的目的。
文檔編號H01L51/40GK1848475SQ20051006432
公開日2006年10月18日 申請日期2005年4月14日 優(yōu)先權日2005年4月14日
發(fā)明者謝丞忠, 黃良瑩, 胡堂祥, 李正中 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院