TWI423492B - 有機薄膜電晶體及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係與一種有機薄膜電晶體的結構及製造方法有關，且特別是與一種下接觸式的有機薄膜電晶體的結構及製造方法有關。
在習知的技術領域中，有機薄膜電晶體可以分成兩種架構，分別是上接觸式(top contact)有機薄膜電晶體以及下接觸式(bottom contact)有機薄膜電晶體。
請參照圖1A，圖1A繪示習知的上接觸式有機薄膜電晶體110之剖面圖。其中，在製備上接觸式有機薄膜電晶體110時，是先利用作為主動層113的有機層的沉積，接著再進行源極111以及汲極112的沉積。而通常作為主動層113的有機半導體材料，對於大氣以及溶劑中的水氣與氧氣係相當的敏感。並且，在微影製程中所使用的相關的化學溶劑(如顯影液)，會對有機材料會造成一定的損傷，因此不能用黃光微影的方式來圖案化沉積源極111以及汲極112。取而代之的是利用金屬遮罩(Metal Mask)來達成局部沉積的效果。而利用這樣方法所製造出來之有機薄膜電晶體110的元件尺寸，會受限於金屬遮罩縫隙大小，而不利於元件的積體化，也不適用於較多數量的有機薄膜電晶體的量產製造。
另請參照圖1B，圖1B繪示習知的下接觸式有機薄膜電晶體120的剖面圖。其中，在製備下接觸式有機薄膜電晶體120時，主動層121是最後才進行沉積的，所以源極122以及汲極123可以用一般的黃光微影的方式來製作。相對於前述的上接觸式有機薄膜電晶體110來說，下接觸式有機薄膜電晶體120更適合用於小尺寸元件上。但是，下接觸式有機薄膜電晶體120的主動層121，與作為電極的源極122以及汲極123間的接觸面的平坦度很差，因而使得下接觸式有機薄膜電晶體120所能提供的電氣特性，劣於上接觸式的有機薄膜電晶體。
本發明提供一種有機薄膜電晶體，其之元件整體具有高平坦度的特性。
本發明提供一種有機薄膜電晶體的製造方法，其係用以製造具有高平坦度特性的有機薄膜電晶體。
本發明提出一種有機薄膜電晶體，其包括基底層、第一絕緣層、第二絕緣層、金屬結構以及有機層。第一絕緣層會覆蓋基底層，第二絕緣層部分會覆蓋第一絕緣層，且第一絕緣層與第二絕緣層的材質並不相同。金屬結構係設置在第二絕緣層的周圍，並覆蓋第一絕緣層之未被第二絕緣層覆蓋的部份，其中金屬結構的表面與第二絕緣層的表面切齊。有機層係覆蓋第二絕緣層以及金屬結構。
在本發明之一實施例中，上述之第一絕緣層與第二絕緣層之對應於蝕刻溶液的蝕刻選擇比並不相同。
在本發明之一實施例中，上述之第一絕緣層的材質為氮化矽。
在本發明之一實施例中，上述之第二絕緣層的材質為氧化矽。
本發明提出一種有機薄膜電晶體的製造方法，其包括：首先提供基底層，接著形成第一絕緣層以覆蓋基底層。再形成第二絕緣層以覆蓋第一絕緣層，並形成圖案化光阻層以部份地覆蓋第二絕緣層。然後，透過蝕刻方法來除去第二絕緣層未被圖案化光阻層所部份地覆蓋之部份並形成裸露部分。形成金屬層以覆蓋裸露部分以及圖案化光阻層。除去圖案化光阻層以及覆蓋在圖案化光阻層上的金屬層，最後，形成有機層以覆蓋在第二絕緣層及金屬層上。
在本發明之一實施例中，上述之蝕刻方法為濕式蝕刻。
在本發明之一實施例中，上述之第一絕緣層與第二絕緣層之對應於一蝕刻溶液的蝕刻選擇比不相同。
在本發明之一實施例中，上述之蝕刻方法為乾式蝕刻。
在本發明之一實施例中，上述之“除去該圖案化光阻層以及覆蓋在該圖案化光阻層上的該金屬層”的步驟，包括利用舉離的方式來除去該圖案化光阻層，並藉以除去覆蓋在該圖案化光阻層上的該金屬層。
在本發明之一實施例中，上述之金屬層是藉由物理氣相沉積的方式來形成。
在本發明之一實施例中，上述之物理氣相沉積的方式包括熱蒸鍍、濺鍍或電子槍真空蒸鍍等作用。
基於上述說明，本發明藉由兩種不同材質的第一及第二絕緣層，來防止進行蝕刻時所可能造成的蝕刻過度或不均勻的現象。如此一來，本發明所提出的有機薄膜電晶體，將會具有高度的平坦度，相對的也會具有較好的電氣特性。
為讓本發明之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。
請參照圖2，圖2繪示本發明之一實施例的有機薄膜電晶體200之剖面圖。有機薄膜電晶體200包括基底層210、第一絕緣層220、第二絕緣層230、金屬結構241、242以及有機層250。基底層210係為矽晶圓的基板。在本實施例中，基底層210是N型重摻雜(heavy doping)矽晶圓基板。另外，第一絕緣層220係用以覆蓋基底層210，第二絕緣層230則會部分地覆蓋第一絕緣層220，且第一絕緣層220與第二絕緣層230的材質並不相同。在此，第一絕緣層220與第二絕緣層230係選擇物理化學特性較為穩定、發展較為成熟的無機材料來進行建構。而在本實施中，第一絕緣層220可以利用氮化矽(Si3
N4
)來加以建構，而第二絕緣層230則可以利用氧化矽(SiO2
)來加以建構。
附帶一提的是，第一絕緣層220以及第二絕緣層230也可以依據不同材料對應於同一蝕刻溶液的蝕刻選擇比來選定。舉例來說，可以選擇會使得第二絕緣層230在進行濕式蝕刻時的蝕刻速度，明顯高於第一絕緣層220在進行濕式蝕刻時的蝕刻速度的材質，這樣一來，便可以簡單且清楚的判知第二絕緣層230的被蝕刻程度，以防止過蝕刻或蝕刻不足的現象產生。在不同的實施例中，第一絕緣層220以及第二絕緣層230尚可以分別使用氮化矽(Si3
N4
)及氧化鋁(Al2
O3
)、氮化矽(Si3
N4
)及高純氧化鉿(HfO2
)或是氮化矽(Si3
N4
)及氧化矽(SiO2
)的其中之一與大分子聚合物(polymer)來建構。並且，上述範例中所使用的第一絕緣層220以及第二絕緣層230是可以互相交換的。
金屬結構241及242係被配置在第二絕緣層230的周圍，並覆蓋第一絕緣層220未被第二絕緣層230覆蓋的部份，其中金屬結構241及242的表面係與第二絕緣層的表面切齊。也就是說，第二絕緣層230與金屬結構241及242所形成的與有機層250的接觸面是平坦的。另外，此處所提及的金屬結構241及242，係分別用來建構有機薄膜電晶體200的源極(或汲極)以及汲極(或源極)。
有機層250覆蓋第二絕緣層230以及金屬結構241及242所形成的接觸面上。有機層250係利用有機材質來建構，以用來作為有機薄膜電晶體200的主動層。
以下更提出另一實施例，來說明本發明所提的有機薄膜電晶體的製造方法，以期使本領域具通常知識者更能瞭解本發明，並得具以實施。
請參照圖3以及圖4A~圖4E，圖3以及圖4A~圖4E分別繪示有機薄膜電晶體的製造流程，以及對應各步驟的結構示意圖。請先參照圖3以及圖4A，在有機薄膜電晶體的製造方法中，首先，提供基底層410(S310)，並在基底層410上形成第一絕緣層420以覆蓋基底層410(S320)，接著在第一絕緣層420上形成第二絕緣層430以覆蓋第一絕緣層420(S330)。
基底層410係為N型重摻雜矽晶圓基板，而第一及第二絕緣層420及430則可藉著使用高溫爐管，來進行成膜特性較好的低壓化學氣相沉積法(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)而加以成長。使用高溫爐管沉積之薄膜除了具有成膜特性較好之優點以外，其膜之厚度的均勻度相較於一般低溫且沉積快速的化學氣相沉積法要來得高，因而比較能夠滿足製程對於厚度準確性的要求。
接著請同時參照圖3以及圖4B，在完成第二絕緣層430的形成動作後，則形成圖案化光阻層440以部份覆蓋第二絕緣層430(S340)。
接著則請同時參照圖3以及圖4C，在完成步驟S340後，則透過蝕刻方法來除去第二絕緣層430未被圖案化光阻層440所部份地覆蓋之部份，並形成裸露部分N1及N2(S350)。同時形成金屬層450以覆蓋裸露部分N1及N2以及圖案化光阻層440(S360)。
在此，上述的蝕刻方法可以利用乾式蝕刻或是濕式蝕刻作用來完成。其中，當利用乾式蝕刻的方式來完成時，可以針對蝕刻的過程進行終點偵測，以得知蝕刻的動作是否完成。更具體一點來說明，若以第一絕緣層420為氮化矽而第二絕緣層430為氧化矽作為範例，就是在進行乾式蝕刻時，針對蝕刻出的物質是否含有氮來判定蝕刻動作是否完成。若是蝕刻出的物質含有氮時，則表示蝕刻動作已完成。相反的，若是蝕刻出的物質不含有氮時，則表示蝕刻動作尚未完成。
若是選用濕式蝕刻來完成步驟S350時，則可以利用蝕刻選擇比不相同的材質，來建構第一絕緣層420與第二絕緣層430。同樣以第一絕緣層420為氮化矽而第二絕緣層430為氧化矽作為範例，由於第二絕緣層430(氧化矽)在氧化物蝕刻緩衝液(Buffer Oxidation Etchant,BOE)中進行濕式蝕刻時的被蝕刻速度，遠較第一絕緣層420(氮化矽)在進行濕式蝕刻時的蝕刻速度為快，因此可以有效的避免過蝕刻的現象發生。
接著請同時參照圖3以及圖4C，在完成步驟S350後，則形成金屬層4501、4502及4503以覆蓋裸露部分N1及N2以及圖案化光阻層450(S360)。金屬層450可以利用物理氣相沉積的方式來完成。上述的物理氣相沉積的方式包括熱蒸鍍、濺鍍或電子槍真空蒸鍍作用，而利用這些方式來形成金屬層係為本領域具通常知識者所熟知的技術，在此不多贅述。
接下來，則請同時參照圖3以及圖4D，在完成步驟S360後，則除去圖案化光阻層440以及覆蓋在圖案化光阻層上440的金屬層4503(S370)。在此請注意，圖案化光阻層440的去除，可以利用舉離(lift-off)的方式來完成。而這個舉離的方式，可以簡單的藉著將完成步驟S360後的晶片(或晶圓)放置於丙酮溶液中，並加以超音波震盪來實施。最後則再利用離子水洗淨晶片(或晶圓)上殘留的丙酮溶液即可。
由此可以輕易得知，在完成了舉離圖案化光阻層440與金屬層4503的動作後，金屬層4501及4502與第二絕緣層430的上表面就會形成一個平坦的接觸面。
最後請同時參照圖3以及圖4F，在完成步驟S370後，則形成用來作為主動層的有機層460以覆蓋第二絕緣層430及金屬層4501及4502，並完成有機薄膜電晶體的製造。
請參照圖5，圖5繪示本發明實施例與習知的有機薄膜電晶體的電氣特性比較圖。其中在圖5的繪示為有機薄膜電晶體之汲極與源極的電壓差(VDS
)等於負10伏特下所量測的閘極電壓與汲極電流的關係圖。其中，曲線510代表本發明實施例的有機薄膜電晶體所量測出的特性曲線，而曲線520則代表習知的有機薄膜電晶體所量測出的特性曲線。很明顯的，在相同的閘極電壓的偏壓下，本發明實施例的有機薄膜電晶體能夠推出更大的汲極電流。
綜上所述，本發明利用不同材質的兩個絕緣層，來使得蝕刻動作可以準確的完成，而不致產生過蝕刻或蝕刻不足的現象。如此一來，有機薄膜電晶體的汲極、源極(金屬結構)與第二絕緣層，將可以形成一個平坦的接觸面，並透過這個接觸面直接地與作為主動層的有機層相連接，進以製備出一個有良好電氣特性的有機薄膜電晶體。
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。
110、120、200．．．有機薄膜電晶體
113、121．．．主動層
111、122．．．源極
112、123．．．汲極
210、410．．．基底層
220、420．．．第一絕緣層
230、430．．．第二絕緣層
241、242．．．金屬結構
250．．．有機層
4501、4502、4503．．．金屬層
440．．．圖案化光阻層
510、520．．．特性曲線
S310~S380．．．有機薄膜電晶體的製造步驟
N1、N2．．．裸露部份
圖1A繪示習知的上接觸式有機薄膜電晶體110的剖面圖。
圖1B繪示習知的下接觸式有機薄膜電晶體120的剖面圖。
圖2繪示本發明的一實施例的有機薄膜電晶體200的剖面圖。
圖3以及圖4A~圖4E分別繪示有機薄膜電晶體的製造流程及對應各步驟的結構示意圖。
圖5繪示本發明實施例與習知的有機薄膜電晶體的電氣特性比較圖。
200．．．有機薄膜電晶體
210．．．基底層
220．．．第一絕緣層
230．．．第二絕緣層
241、242．．．金屬結構
250．．．有機層
Claims (7)
- 一種有機薄膜電晶體的製造方法，其包括有：提供一基底層；形成一第一絕緣層以覆蓋該基底層；形成一第二絕緣層以覆蓋該第一絕緣層；形成一圖案化光阻層以部份地覆蓋該第二絕緣層；透過一蝕刻方法來除去該第二絕緣層未被該圖案化光阻層所部份地覆蓋的部份，並形成一裸露部分；形成一金屬層以覆蓋該裸露部分以及該圖案化光阻層；除去該圖案化光阻層以及覆蓋在該圖案化光阻層上的該金屬層；以及形成一有機層以覆蓋該第二絕緣層及該金屬層。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機薄膜電晶體的製造方法，其中該蝕刻方法為濕式蝕刻。
- 如申請專利範圍第2項所述之有機薄膜電晶體的製造方法，其中所形成的該第一絕緣層與該第二絕緣層所對應於一蝕刻溶液的蝕刻選擇比不相同。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機薄膜電晶體的製造方法，其中該蝕刻方法為乾式蝕刻。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機薄膜電晶體的製造方法，其中“除去該圖案化光阻層以及覆蓋在該圖案化光阻層上的該金屬層”的步驟，包括有：利用舉離的方式來除去該圖案化光阻層，並藉以除去 覆蓋在該圖案化光阻層上的該金屬層。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機薄膜電晶體的製造方法，其中該金屬層是藉由一物理氣相沉積的方式來形成。
- 如申請專利範圍第6項所述之有機薄膜電晶體的製造方法，其中該物理氣相沉積的方式包括有熱蒸鍍作用、濺鍍作用或電子槍真空蒸鍍作用。
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