TW201521251A - 電晶體結構及其製作方法 - Google Patents

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Abstract

一種電晶體結構，配置於一基板上且包括一閘極、一有機半導體層、一閘絕緣層以及一圖案化金屬層。閘絕緣層配置於閘極與有機半導體層之間。圖案化金屬層具有一導電氧化表面，且圖案化金屬層區分為一源極及一汲極。有機半導體層的一部分暴露於源極與汲極之間。導電氧化表面直接接觸有機半導體層。

Description

電晶體結構及其製作方法
本發明是有關於一種半導體結構及其製作方法，且特別是有關於一種電晶體結構及其製作方法。
有機薄膜電晶體(Organic Thin Film Transistor,OTFT)最大優點在於元件可以在低溫下製作、製程簡單化且可大面積製作。由於有機薄膜電晶體是使用有機材料來作為半導體層，因此金屬電極需具備較高功函數(work function)，以利於載子的傳輸。高功函數的金屬，例如是金、鉑、鈀或銀等的貴金屬，其成本較高且加工製作困難度也較高。
本發明提供一種電晶體結構，其具有良好的電性效能且成本較低。
本發明提供一種電晶體結構的製作方法，用以製作上述 的電晶體結構。
本發明的電晶體結構，其配置於一基板上且包括一閘極、一有機半導體層、一閘絕緣層以及一圖案化金屬層。閘絕緣層配置於閘極與有機半導體層之間。圖案化金屬層具有一導電氧化表面且區分為一源極及一汲極。有機半導體層的一部分暴露於源極與汲極之間。導電氧化表面直接接觸有機半導體層。
在本發明的一實施例中，上述的源極與汲極配置於基板上且暴露出基板的一部分。有機半導體層配置於源極與汲極上且覆蓋基板的部分。閘絕緣層配置於有機半導體層上且覆蓋有機半導體層、源極以及汲極。閘極配置於閘絕緣層上。
在本發明的一實施例中，上述的圖案化金屬層的材質包括鉬、鉻、鋁、鎳、銅或上述金屬的合金。
在本發明的一實施例中，上述的導電氧化表面的厚度介於1奈米至100奈米之間。
本發明的電晶體結構的製作方法，其包括以下步驟。對一圖案化金屬層的一表面進行一表面處理程序，以形成具有一導電氧化表面的圖案化金屬層。圖案化金屬層區分為一源極及一汲極。形成一閘極、一有機半導體層以及一閘絕緣層。閘絕緣層配置於閘極與有機半導體層之間。有機半導體層的一部分暴露於源極與汲極之間。導電氧化表面直接接觸有機半導體層。
在本發明的一實施例中，上述的表面處理程序包括一含氧之電漿處理程序、一含氧之熱處理程序、一化學氧化程序或一 電化學氧化處理程序。
在本發明的一實施例中，上述的源極與汲極形成於一基 板上且暴露出基板的一部分。有機半導體層形成於源極與汲極上且覆蓋基板的部分。閘絕緣層形成於有機半導體層上且覆蓋有機半導體層、源極以及汲極。閘極形成於閘絕緣層上。
在本發明的一實施例中，上述的導電氧化表面的厚度介 於1奈米至100奈米之間。
在本發明的一實施例中，上述的圖案化金屬層的材質包 括鉬、鉻、鋁、鎳、銅或上述金屬的合金。
本發明的電晶體結構的製作方法，其包括以下步驟。形 成一金屬層於一導電氧化層上。對導電氧化層與金屬層進行一圖案化程序，而定義出一源極與一汲極以及位於源極與汲極上的一圖案化導電氧化層。形成一閘極、一有機半導體層以及一閘絕緣層。閘絕緣層配置於閘極與有機半導體層之間。有機半導體層的一部分暴露於源極與汲極之間。圖案化導電氧化層直接接觸有機半導體層。
在本發明的一實施例中，上述的閘極形成於一基板上。 閘絕緣層形成於閘極上且覆蓋閘極與部分基板。有機半導體層形成於閘絕緣層上，且源極與汲極形成於有機半導體層上。
在本發明的一實施例中，上述的源極與汲極形成於一基 板上且暴露出基板的一部分。有機半導體層形成於源極與汲極上且覆蓋基板的部分。閘絕緣層形成於有機半導體層上且覆蓋有機 半導體層、源極以及汲極。閘極形成於閘絕緣層上。
在本發明的一實施例中，上述的圖案化導電氧化層的厚度介於1奈米至100奈米之間。
在本發明的一實施例中，上述的金屬層的材質包括鉬、鉻、鋁、鎳、銅或上述金屬的合金。
基於上述，由於本發明的圖案化金屬層的導電氧化表面或導電氧化層是直接接觸有機半導體層，其中導電氧化表面或導電氧化層具有相當程度的導電性，因此可提高載子的注入效率，進而使本發明的電晶體結構具有較佳的電性效能。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
10‧‧‧基板
100a、100c、100d‧‧‧電晶體結構
110a、110c、110d‧‧‧閘極
120a、120c、120d‧‧‧有機半導體層
130a、130c、130d‧‧‧閘絕緣層
140‧‧‧金屬層
140a‧‧‧圖案化金屬層
141a‧‧‧導電氧化表面
142a、142c、142d‧‧‧源極
144a、144c、144d‧‧‧汲極
150a‧‧‧導電層
150b‧‧‧導電氧化層
150c、150d‧‧‧圖案化導電氧化層
T、T’‧‧‧厚度
圖1繪示為本發明的一實施例的一種電晶體結構的剖面示意圖。
圖2A至圖2D繪示為本發明的一實施例的一種電晶體結構的製作方法的剖面示意圖。
圖3繪示為本發明的另一實施例的一種電晶體結構的剖面示意圖。
圖1繪示為本發明的一實施例的一種電晶體結構的剖面示意圖。請參考圖1，在本實施例中，電晶體結構100a配置於一基板10上且包括一閘極110a、一有機半導體層120a、一閘絕緣層130a以及一圖案化金屬層140a。閘絕緣層130a配置於閘極110a與有機半導體層120a之間。圖案化金屬層140a具有一導電氧化表面141a，且圖案化金屬層140a區分為一源極142a及一汲極144a。有機半導體層120a的一部分暴露於源極142a與汲極144a之間。導電氧化表面141a直接接觸有機半導體層120a。
更具體來說，如圖1所示，本實施例的源極142a與汲極144a配置於基板10上且暴露出基板10的一部分。有機半導體層120a配置於源極142a與汲極144a上且覆蓋基板10的部分。閘絕緣層130a配置於有機半導體層120a上且覆蓋有機半導體層120a、源極142a以及汲極144a。閘極110a配置於閘絕緣層130a上。為了使閘極110a具有較佳的元件信賴度，本實施例的電晶體結構100a可更包括一保護層(未繪示)來覆蓋閘極110a與閘絕緣層130a。簡言之，本實施例的電晶體結構100a具體化為一頂閘極式(top gate)電晶體結構。
特別是，本實施例的圖案化金屬層140a的材質例如是鉬、鉻、鋁、鎳、銅或上述金屬的合金。上述材料相對於習知的貴金屬材料而言具有成本較低的優勢。此外，圖案化金屬層140a的表面經氧化處理程序所形成的導電氧化表面141a的厚度T，較 佳地，介於1奈米至100奈米之間。由於本實施例的圖案化金屬層140a的導電氧化表面141a是直接接觸有機半導體層120a，其中導電氧化表面141a具有相當程度的導電性，因此可提高載子的注入效率，進而使本實施例的電晶體結構100a具有較佳的電性效能。
在製程上，請再參考圖1，首先，將對圖案化金屬層140a 的一表面進行一表面處理程序，以形成具有導電氧化表面141a的圖案化金屬層140a。其中，圖案化金屬層140a可區分為源極142a及汲極144a，且源極142a與汲極144a是形成於基板10上且暴露出基板10的一部分。此處，導電氧化表面141a的厚度T，較佳地，介於1奈米至100奈米之間。圖案化金屬層140a的材質例如是鉬、鉻、鋁、鎳、銅或上述金屬的合金。表面處理程序包括一含氧之電漿處理程序、一含氧之熱處理程序、一化學氧化程序或一電化學氧化處理程序。其中，含氧之電漿處理程序所採用的氣體例如是一氧化二氮(N2O)、二氧化碳(CO2)或氧氣(O2)。
之後，形成閘極110a、有機半導體層120a以及閘絕緣層 130a。如圖1所示。有機半導體層120a是形成於源極142a與汲極144a上且覆蓋基板10的部分。閘絕緣層形130a形成於有機半導體層120a上且覆蓋有機半導體層120a、源極142a以及汲極144a，而閘極110a形成於閘絕緣層130a上。也就是說，閘絕緣層130a配置於閘極110a與有機半導體層120a之間，而有機半導體層120a的一部分暴露於源極142a與汲極144a之間，且導電氧化 表面141a直接接觸有機半導體層120a。至此，已完成電晶體結構100a的製作。
由於本實施例的圖案化金屬層140a的材質是採用相對於習知貴金屬具有成本較低的材料，如鉬、鉻、鋁、鎳、銅或上述金屬的合金，且透過對圖案化金屬層140a的表面行氧化處理程序，來形成具有相同程度導電性(即具有高功函數)的導電氧化表面141a。因此，本實施例所形成的電晶體結構100a可透過導電氧化表面141a來提高載子的注入效率，進而使本實施例的電晶體結構100a具有較佳的電性效能。此外，本實施例的電晶體結構100a具有成本較低的優勢。
在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。
圖2A至圖2D繪示為本發明的一實施例的一種電晶體結構的製作方法的剖面示意圖。依照本實施例的電晶體結構的製作方法，首先，請參考圖2A，形成一閘極110c、一有機半導體層120c以及一閘絕緣層130c。詳細來說，閘極110c形成於一基板10上，而閘絕緣層130c形成於閘極110c上且覆蓋閘極110c與部分基板10，且有機半導體層120c形成於閘絕緣層130c上。意即，閘絕緣層130c配置於閘極110c與有機半導體層120c之間。
接著，請同時參考圖2A與圖2B，形成一導電層150a於 有機半導體層120c上且對一導電層150a的一表面進行一氧化處理程序，而形成一導電氧化層150b。其中，氧化處理包括電漿氧化、熱氧化或化學氧化，但並不以此為限。
之後，請參考圖2C，形成一金屬層140於導電氧化層150b 上，其中導電層150a的材質與金屬層140的材質可以相同或不同。當導電層150a的材質與金屬層140的材質相同時，則表示導電氧化層150b的材質實質上與金屬層140的材質的氧化物相同。 此處，金屬層140的材質例如是成本相較於習之貴金屬較低的鉬、鉻、鋁、鎳、銅或上述金屬的合金。換言之，導電氧化層150b具體化可能是氧化鉬、氧化鉻、氧化鋁、氧化銅或是上述氧化物的合金，具有相當程度導電性(即具高功函數)的特徵。
最後，請再參考圖2D，對導電氧化層150b與金屬層140進行一圖案化程序，而定義出一源極142c與一汲極144c以及位於源極142c與汲極144c上的一圖案化導電氧化層150c。此時，源極142c與汲極144c是形成於有機半導體層120c上，而有機半導體層120c的一部分暴露於源極142c與汲極144c之間，且圖案化導電氧化層150c直接接觸有機半導體層120c。較佳地，圖案化導電氧化層150c的厚度T’例如是介於1奈米至100奈米之間。至此，已完成電晶體結構100c的製作，其中電晶體結構100c具體化為底閘極式(bottom gate)電晶體結構。
圖3繪示為本發明的另一實施例的一種電晶體結構的剖面示意圖。請參考圖3，本實施例的電晶體結構100d與圖2D的 電晶體結構100c相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的電晶體結構100d具體化為頂閘極式(top gate)電晶體結構。詳細來說，首先，形成一金屬層(同圖2C中的金屬層140)及一導電層(同圖2A中的導電層150a)於基板10上，其中導電層的形成方式例如是濺鍍或蒸鍍。接著，對已沉積的導電層進行一氧化處理程序而形成導電氧化層(同圖2B中的導電氧化層150b)。此時，金屬層是形成於導電氧化層上且導電層的材質與金屬層的實質上材質相同或不同。接著，請再參考圖3，對導電氧化層與金屬層進行一圖案化程序，而定義出一源極142d與一汲極144d以及位於源極142d與汲極144d上的一圖案化導電氧化層150d。之後，依序形成有機半導體層120d、閘絕緣層130d以及閘極110d，其中閘絕緣層130d配置於閘極110d與有機半導體層120d之間，而有機半導體層120d的一部分暴露於源極142d與汲極144d之間，且圖案化導電氧化層150d直接接觸有機半導體層120d。至此，已完成電晶體結構100d的製作。
綜上所述，由於本發明的圖案化金屬層的導電氧化表面或導電氧化層是直接接觸有機半導體層，其中導電氧化表面或導電氧化層具有相當程度的導電性(即具高功函數)，因此可提高載子的注入效率，進而使本發明的電晶體結構具有較佳的電性效能。此外，由於本發明的圖案化金屬層或導電氧化層的材質皆採用成本較低的材料，如鉬、鉻、鋁、鎳、銅或上述金屬的合金，因此本發明的電晶體結構可具有成本較低的優勢。
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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧基板
100a‧‧‧電晶體結構
110a‧‧‧閘極
120a‧‧‧有機半導體層
130a‧‧‧閘絕緣層
140a‧‧‧圖案化金屬層
141a‧‧‧導電氧化表面
142a‧‧‧源極
144a‧‧‧汲極
T‧‧‧厚度

Claims (14)

  1. 一種電晶體結構，配置於一基板上，該電晶體結構包括：一閘極；一有機半導體層；一閘絕緣層，配置於該閘極與該有機半導體層之間；以及一圖案化金屬層，具有一導電氧化表面，且該圖案化金屬層區分為一源極及一汲極，其中該有機半導體層的一部分暴露於該源極與該汲極之間，且該導電氧化表面直接接觸該有機半導體層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電晶體結構，其中該源極與該汲極配置於該基板上且暴露出該基板的一部分，該有機半導體層配置於該源極與該汲極上且覆蓋該基板的該部分，該閘絕緣層配置於該有機半導體層上且覆蓋該有機半導體層、該源極以及該汲極，該閘極配置於該閘絕緣層上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電晶體結構，其中該圖案化金屬層的材質包括鉬、鉻、鋁、鎳、銅或上述金屬的合金。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電晶體結構，其中該導電氧化表面的厚度介於1奈米至100奈米之間。
  5. 一種電晶體結構的製作方法，包括：對一圖案化金屬層的一表面進行一表面處理程序，以形成具有一導電氧化表面的該圖案化金屬層，其中該圖案化金屬層區分為一源極及一汲極；以及形成一閘極、一有機半導體層以及一閘絕緣層，其中該閘絕 緣層配置於該閘極與該有機半導體層之間，而該有機半導體層的一部分暴露於該源極與該汲極之間，且該導電氧化表面直接接觸該有機半導體層。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的電晶體結構的製作方法，其中該表面處理程序包括一含氧之電漿處理程序、一含氧之熱處理程序、一化學氧化程序或一電化學氧化處理程序。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的電晶體結構的製作方法，其中該源極與該汲極形成於一基板上且暴露出該基板的一部分，該有機半導體層形成於該源極與該汲極上且覆蓋該基板的該部分，而該閘絕緣層形成於該有機半導體層上且覆蓋該有機半導體層、該源極以及該汲極，且該閘極形成於該閘絕緣層上。
  8. 如申請專利範圍第5項所述的電晶體結構的製作方法，其中該導電氧化表面的厚度介於1奈米至100奈米之間。
  9. 如申請專利範圍第5項所述的電晶體結構的製作方法，其中該圖案化金屬層的材質包括鉬、鉻、鋁、鎳、銅或上述金屬的合金。
  10. 一種電晶體結構的製作方法，包括：形成一金屬層於一導電氧化層上；對該導電氧化層與該金屬層進行一圖案化程序，而定義出一源極與一汲極以及位於該源極與該汲極上的一圖案化導電氧化層；以及形成一閘極、一有機半導體層以及一閘絕緣層，其中該閘絕 緣層配置於該閘極與該有機半導體層之間，而該有機半導體層的一部分暴露於該源極與該汲極之間，且該圖案化導電氧化層直接接觸該有機半導體層。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的電晶體結構的製作方法，其中該閘極形成於一基板上，該閘絕緣層形成於該閘極上且覆蓋該閘極與部分該基板，而該有機半導體層形成於該閘絕緣層上，且該源極與該汲極形成於該有機半導體層上。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的電晶體結構的製作方法，其中該源極與該汲極形成於一基板上且暴露出該基板的一部分，該有機半導體層形成於該源極與該汲極上且覆蓋該基板的該部分，而該閘絕緣層形成於該有機半導體層上且覆蓋該有機半導體層、該源極以及該汲極，且該閘極形成於該閘絕緣層上。
  13. 如申請專利範圍第10項所述的電晶體結構的製作方法，其中該圖案化導電氧化層的厚度介於1奈米至100奈米之間。
  14. 如申請專利範圍第10項所述的電晶體結構的製作方法，其中該金屬層的材質包括鉬、鉻、鋁、鎳、銅或上述金屬的合金。
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