專利名稱：場效應(yīng)晶體管及其制造方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種場效應(yīng)晶體管及其制造方法。
包括薄膜晶體管(TFT)的場效應(yīng)晶體管(FET)現(xiàn)在已被用于各種電子設(shè)備中，例如，這些電子設(shè)備由建立在硅半導(dǎo)體襯底或硅樹脂半導(dǎo)體層上的溝道形成區(qū)域和源/漏極區(qū)域、建立在該硅半導(dǎo)體襯底或硅樹脂半導(dǎo)體層的表面上并由SiO2制成的控制極絕緣層、以及通過該控制極絕緣薄膜而具有與該溝道形成區(qū)域的面對面關(guān)系的控制電極構(gòu)成。作為選擇，該晶體管可以由建立在襯底上的控制電極、建立在包括該控制電極的該襯底上的控制極絕緣層、以及建立在該控制極絕緣層上的溝道形成區(qū)域和源/漏極區(qū)域構(gòu)成。關(guān)于具備這類結(jié)構(gòu)的這些場效應(yīng)晶體管的制造，一直使用一種非常昂貴的半導(dǎo)體裝置，因此強(qiáng)烈地要求降低制造成本。
為了滿足該要求，最近已注意研究和開發(fā)使用有機(jī)半導(dǎo)體材料的FET，這樣，可以根據(jù)諸如旋涂法、印刷法、噴涂法等方法來制造FET，而無須采用真空技術(shù)。
由于要求將FET裝配在包括顯示器的許多電子設(shè)備中，因此，要求FET展示高速工作。例如，為實現(xiàn)該目的而必要的FET如此，以便在適當(dāng)時將視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，并且，可以按高速來執(zhí)行開/關(guān)的切換操作。
如果使用有機(jī)半導(dǎo)體材料，則獲得(例如)是TFT的特有表征的遷移率，作為有10-3～1cm2/Vs那么低的典型值(例如，見C.D.Dimitrapopoulos等人的Adv.Mater.(2002年)，14.99)。這個值低于非晶硅遷移率的幾個cm2/Vs或大約是多晶硅遷移率的100cm2/Vs，這樣，并沒有按對顯示器的TFT的要求那樣達(dá)到1～3cm2/Vs這種遷移率。相應(yīng)地，使用有機(jī)半導(dǎo)體材料的FET在如何提高遷移率方面存在很大問題。
使用有機(jī)半導(dǎo)體材料的FET的遷移率根據(jù)分子內(nèi)部電荷轉(zhuǎn)移和分子間電荷轉(zhuǎn)移來加以確定。如果原子軌道被疊加于將單聯(lián)結(jié)線夾在中間的鄰近的多個結(jié)線之間，以致電子不予定位，從而形成共軛系統(tǒng)，則可能會發(fā)生分子內(nèi)部電荷轉(zhuǎn)移。通過起因于分子間聯(lián)結(jié)或van der Waals力所產(chǎn)生的分子軌道疊加的電導(dǎo)，或通過分子間陷落層次的漂移電導(dǎo)，可以實現(xiàn)分子間電荷轉(zhuǎn)移。
在這種情況下，當(dāng)分子內(nèi)部遷移率作為μintra、分子間聯(lián)結(jié)遷移率作為μinter并且基于該分子間漂移電導(dǎo)的遷移率作為μhop時，建立以下關(guān)系。
μintra＞＞μinter＞μhop利用有機(jī)半導(dǎo)體材料，該遷移率總體上局限于緩慢的分子間電荷轉(zhuǎn)移，以致電荷遷移率很小。
為了提高使用有機(jī)半導(dǎo)體材料的FET的遷移率，已進(jìn)行了廣泛的研究。
例如，如果根據(jù)真空沉積技術(shù)來制作是一種有機(jī)半導(dǎo)體材料的并五苯薄膜，則在極大程度上抑制該沉積期間的沉積率，并且將該襯底溫度設(shè)置為室溫，從而改進(jìn)分子的取向并達(dá)到0.6cm2/Vs的遷移率(見C.D.Dimitrakopoulos等人的IBM J.Res & Dev.(2001年)，45，11)。這個方法的目的是通過改進(jìn)材料的結(jié)晶度并抑制分子內(nèi)部的漂移電導(dǎo)，來提高該遷移率。雖然該遷移率被提高，但是，如同其他類型的有機(jī)半導(dǎo)體材料，分子內(nèi)部運動總體上會限制該遷移率。最終，無法實現(xiàn)令人滿意的這樣高的遷移率。
關(guān)于確實使用分子內(nèi)部電荷轉(zhuǎn)移的有機(jī)半導(dǎo)體晶體管，已提議Luscent技術(shù)公司的自裝配的單層場效應(yīng)晶體管(SAMFET)。在這個設(shè)備中，由單層制成的半導(dǎo)體層通過自裝配而建立在源電極與漏極之間，從而實現(xiàn)具有控制極長度15nm的SAMFET。在這個SAMFET中，該溝道形成區(qū)域由沿連接該源電極和該漏極的方向而取向的該單層構(gòu)成，以便該溝道形成區(qū)域內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)移只局限于分子內(nèi)部運動。結(jié)果，比多晶硅的遷移率高的遷移率290cm2/Vs已得到實現(xiàn)(見J.H.Schoen等人的Nature(2001年)，413，713；Appl.Phys.Lett(2002年)，80，847)。但是，這種溝道結(jié)構(gòu)具有根據(jù)該單層薄膜的厚度來加以確定的控制極長度，以便該控制極長度變得只有幾毫微米那么短。這造成該源區(qū)域與漏極區(qū)域之間所能承受的壓力變得很低這個問題，從而無法實現(xiàn)高驅(qū)動電壓。關(guān)于在破壞該單層薄膜的條件下在該單層薄膜上建立電極，該襯底溫度應(yīng)該冷卻到-172℃～-30℃，這樣，加工成本變得很高。因此，該處理沒有什么實際的優(yōu)點。
第2000-260999號公開的日本專利中已提議了使用混合的有機(jī)材料和無機(jī)材料的溝道材料。更具體地說，在第2000-260999號公開的日本專利中所揭示的該技術(shù)中，層結(jié)構(gòu)由無機(jī)成分和有機(jī)成分構(gòu)成，以便一方面利用該無機(jī)結(jié)晶固體的高載體遷移率特征，另一方面利用可協(xié)助該無機(jī)材料的自裝配的該有機(jī)成分的能力，同時，允許在低溫處理條件下將該材料沉積在襯底上。雖然已預(yù)期1～100cm2/Vs的遷移率，但是，實際上所實現(xiàn)的遷移率只有0.25cm2/Vs那么低。這個值高于通常根據(jù)旋涂技術(shù)來制作的有機(jī)半導(dǎo)體材料的值，并且與通過真空沉積或類似過程而制作的有機(jī)半導(dǎo)體材料的值處于相同的層次。從未獲得過比非晶硅所實現(xiàn)的遷移率更高的遷移率。
發(fā)明概述相應(yīng)地，本發(fā)明的目的是提供一種場效應(yīng)晶體管，與使用已知的有機(jī)半導(dǎo)體材料的場效應(yīng)晶體管比較，該場效應(yīng)晶體管允許載體遷移率有急劇的提高。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種方法，用于制造上述類型的這種場效應(yīng)晶體管。
根據(jù)本發(fā)明，可以由場效應(yīng)晶體管來實現(xiàn)以上目的，該場效應(yīng)晶體管至少包括(a)建立在半導(dǎo)體層中的溝道區(qū)域，以及(b)通過控制極絕緣薄膜而具有與該溝道形成區(qū)域的面對面關(guān)系的控制電極，其中，該半導(dǎo)體層由半導(dǎo)體材料層和傳導(dǎo)粒子的混合物制成。
在本發(fā)明的該場效應(yīng)晶體管中，較佳的是在該半導(dǎo)體層中如此建立源/漏極區(qū)域，以便將該溝道形成區(qū)域夾入其間。
此外，在本發(fā)明的該場效應(yīng)晶體管中，較佳的是該半導(dǎo)體材料層具有島狀物的形態(tài)，并且，該半導(dǎo)體層具有一種結(jié)構(gòu)——其中，這些傳導(dǎo)粒子用于縮短該半導(dǎo)體材料層的各個島狀物之中的間隙。
用于制造根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例的場效應(yīng)晶體管的方法是所謂的底部控制極類型的場效應(yīng)晶體管的制造方法，它包括以下步驟(a)在襯底上制作控制電極；(b)在包括該控制電極的該襯底上建立控制極絕緣薄膜；以及(c)在該控制極絕緣薄膜上建立至少構(gòu)成溝道形成區(qū)域的半導(dǎo)體層，其中，該半導(dǎo)體層由該半導(dǎo)體材料層和傳導(dǎo)粒子的混合物制成。
在根據(jù)本發(fā)明的這第一個實施例的該場效應(yīng)晶體管的制造方法中，在步驟(c)中，可以在該半導(dǎo)體層中建立源/漏極區(qū)域，以便將該溝道形成區(qū)域夾入其間。
在本發(fā)明的制造方法中，較佳的是在該控制極絕緣層上建立該半導(dǎo)體材料層的島狀物，并且，在步驟(c)中，將這些傳導(dǎo)粒子制作為該半導(dǎo)體材料層的這些島狀物之中的中介物。此外，較佳的是在該控制極絕緣層上制作這些傳導(dǎo)粒子，并且，隨后制作該半導(dǎo)體材料層的島狀物，以便這些傳導(dǎo)粒子用作這些島狀物之中的中介物。
用于制造根據(jù)本發(fā)明的第二個實施例的場效應(yīng)晶體管的方法是所謂的頂部控制極類型的場效應(yīng)晶體管的制造方法，它包括以下步驟(a)在襯底上建立至少構(gòu)成溝道形成區(qū)域的半導(dǎo)體層；(b)在該半導(dǎo)體層上建立控制極絕緣層；以及(c)在該控制極絕緣層上制作控制電極，其中，該半導(dǎo)體層由半導(dǎo)體材料層和傳導(dǎo)粒子的混合物制成。
在根據(jù)本發(fā)明的這第二個實施例的場效應(yīng)晶體管的該制造方法中，較佳的是在步驟(a)中，在該半導(dǎo)體層中建立源/漏極區(qū)域，以便將該溝道形成區(qū)域夾入其間。
此外，較佳的是在該襯底上制作該半導(dǎo)體材料層的島狀物，并且，最后在步驟(a)中制作這些傳導(dǎo)粒子，以用作該半導(dǎo)體材料層的這些島狀物之中的中介物。同樣，較佳的是在該襯底上制作這些傳導(dǎo)粒子，并在步驟(a)中制作該半導(dǎo)體材料層的島狀物，以便這些傳導(dǎo)粒子用作這些島狀物之中的中介物。
在本發(fā)明的該場效應(yīng)晶體管以及根據(jù)本發(fā)明(一般可以只被稱作“發(fā)明”)的這第一或第二個實施例的該場效應(yīng)晶體管的該制造方法中，術(shù)語“半導(dǎo)體材料層”意味著其體積電阻率大約是10-4·m(10-6·cm)～1012·cm(1010·cm)的層。術(shù)語“傳導(dǎo)粒子”意味著其體積電阻率大約不高于1012·m(1010·cm)的粒子。就該半導(dǎo)體層而言，它可以具有該半導(dǎo)體材料層和傳導(dǎo)粒子的混合結(jié)構(gòu)，其中，該半導(dǎo)體材料層與這些傳導(dǎo)粒子之間的化學(xué)鍵接是不必要的。
在本發(fā)明的實踐中，該半導(dǎo)體材料層最好應(yīng)該由有機(jī)半導(dǎo)體材料制成。該有機(jī)半導(dǎo)體材料的例子包括2，3，6，7-二苯蒽(也被稱作“并五苯”)、C9S9(苯并[1，2-c；3，4-c’；5，6-c”]三[1，2]二硫醇基-1，4，7-三硫烷(trithione))、C24H14S6(α-六硫代苯)、通常包括銅酞菁的酞菁染料、富勒烯(C60)、四硫代并四苯(C18H8S4)、四硒并四苯(C18H8Se4)、四碲并四苯(C18H8Te4)、聚(3，4-亞乙基二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸酯[PEDOT/PSS]和類似物。將會注意到在本發(fā)明的實踐中，該半導(dǎo)體材料層可以由無機(jī)半導(dǎo)體材料構(gòu)成；并且，該無機(jī)半導(dǎo)體材料的特殊例子包括Si、Ge、Se和AgCl。
在本發(fā)明中，可以通過一些方法中的任何方法來制作該半導(dǎo)體材料層的這些島狀物，這些方法包括物理氣相沉積法(PVD法)，例如真空沉積法、濺射法和類似的方法；各種化學(xué)氣相沉積法(CVD法)；旋涂法；印刷法，例如絲網(wǎng)印刷法、墨噴印刷法和類似的方法；涂敷法，例如氣刀涂敷法、刀片涂敷法、桿涂敷法、刀涂敷法、擠壓涂敷法、倒?jié)L涂敷法、傳遞滾動涂敷法、照相凹板式涂敷法、輕觸涂敷法、投射涂敷法、噴射涂敷法、裂口涂敷法和輥筒涂敷法；以及噴涂法。
在本發(fā)明的實踐中，傳導(dǎo)粒子可以由無機(jī)材料構(gòu)成。該無機(jī)材料的粒子包括金屬(例如，鉑(Pt)、金(Au)、鈀(Pd)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鋁(Al)、銀(Ag)、鉭(Ta)、鎢(W)、銅(Cu)和類似的金屬)，以及這些金屬的合金。作為選擇，這些傳導(dǎo)粒子可以由有機(jī)材料構(gòu)成。該有機(jī)材料的例子包括碳(最好是石墨)、碳毫微管、碳毫微纖維、聚(3，4-亞乙基二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸酯(PEDOT/PSS)。這些傳導(dǎo)粒子自然可以由以上所指出的該有機(jī)材料和無機(jī)材料的混合物構(gòu)成。如果被用來建立半導(dǎo)體材料層的該有機(jī)半導(dǎo)體材料屬于p類型(空穴傳導(dǎo))，則最好用具有很大功函數(shù)的傳導(dǎo)材料來構(gòu)成這些傳導(dǎo)粒子，即，較佳的是用于這些傳導(dǎo)粒子的材料的費米能級沒有達(dá)到p類型半導(dǎo)體的價帶的上端處的能階。對比而言，如果用于該半導(dǎo)體材料層的有機(jī)半導(dǎo)體材料屬于n類型(電子傳導(dǎo))，則最好用具有很小功函數(shù)的傳導(dǎo)材料來構(gòu)成這些傳導(dǎo)粒子，即，較佳的是用于這些傳導(dǎo)粒子的材料的費米能級超過該n類型半導(dǎo)體的導(dǎo)帶的下端處的能階。將要注意，關(guān)于傳導(dǎo)粒子的形成，可以使用那些方法中的任何方法，包括PVD法，例如真空沉積法和濺射法；各種CVD法；旋涂法；印刷法，例如絲網(wǎng)印刷法和墨噴印刷法；如上文所述的這類涂敷法；以及噴涂法。
關(guān)于本發(fā)明中所使用的該控制極絕緣層的材料不僅包括無機(jī)絕緣材料(例如，SiO2、SiN、旋涂玻璃(SOG)和高度電介質(zhì)金屬氧化物)，而且包括有機(jī)絕緣材料(例如，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚乙烯基苯吩(PVP)及其組合)。關(guān)于形成該控制極絕緣薄膜的方法，提及了那些方法，包括PVD法，例如真空沉積法和濺射法；各種CVD法；旋涂法；印刷法，例如絲網(wǎng)印刷法和墨噴印刷法；如上文所述的這類涂敷法；浸漬法；澆鑄法；以及噴涂法。
例如，關(guān)于本發(fā)明中所使用的該控制電極、源/漏極和各種配線的材料包括金屬(例如，鉑(Pt)、金(Au)、鈀(Pd)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鋁(Al)、銀(Ag)、鉭(Ta)、鎢(W)、銅(Cu))、這些金屬的合金和由以上所指出的這些金屬制成的傳導(dǎo)粒子，以及包含這些金屬的各種合金。這些電極和布線可能具有包含如上所述的這類金屬或合金的分層結(jié)構(gòu)。關(guān)于用于該控制電極和源/漏極的這些材料，可以進(jìn)一步提及諸如聚(3，4-亞乙基二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸酯[PEDOT/PSS]等有機(jī)材料。關(guān)于制作該控制電極、源/漏極和布線的方法，提及了一些方法中的任何方法，這些方法包括PVD法，例如真空沉積法和濺射法；各種CVD法；旋涂法；印刷法，例如絲網(wǎng)印刷法和墨噴印刷法；如上文所述的這類涂敷法；剝離法；障板法；以及噴涂法。
在本發(fā)明的實踐中，可以使用各種襯底，包括不同類型的玻璃襯底、石英襯底、硅襯底和類似的襯底。作為選擇，由(例如)聚合物材料(例如，聚醚砜(PES)、聚酰亞胺、聚碳酸酯和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET))制成的塑料薄膜、塑料片和塑料襯底同樣可以用作為該襯底。如果使用由如以上所指出的這類聚合物材料構(gòu)成的軟性襯底，則將可以把場效應(yīng)晶體管裝配或整體并入(例如)彎曲狀顯示器或電子設(shè)備。
在本發(fā)明中，由于構(gòu)成溝道形成區(qū)域的該半導(dǎo)體層具有半導(dǎo)體材料層和傳導(dǎo)粒子的混合結(jié)構(gòu)，因此，與單單使用有機(jī)半導(dǎo)體材料的常規(guī)情況比較，可以急劇地提高載體遷移率。
附圖簡述

圖1A～1D分別是支撐物和其他層的示意圖(局部用截面表示)，用于展示制造根據(jù)本發(fā)明的實施例1的場效應(yīng)晶體管的方法；圖2A～2C分別是該支撐物和其他層的示意圖(局部用截面表示)，用于在圖1D之后展示該場控晶體管的該制造方法；圖3A和3B分別是該支撐物和其他層的示意圖(局部用截面表示)，用于在圖2C之后展示該場控晶體管的該制造方法；圖4是該支撐物和其他層的局部截面示意圖，用于在圖3B之后展示該場控晶體管的該制造方法；圖5A和5B分別是表現(xiàn)半導(dǎo)體材料層的島狀物的平面示意圖和表現(xiàn)傳導(dǎo)粒子的平面示意圖，這些傳導(dǎo)粒子用作該半導(dǎo)體材料層的這些島狀物的中介物；圖6A～6C分別是支撐物和其他層的示意圖(局部用截面表示)，用于展示制造根據(jù)本發(fā)明的第二個實施例的場效應(yīng)晶體管的方法；圖7A～7D分別是支撐物和其他層的示意圖(局部用截面表示)，用于展示制造根據(jù)本發(fā)明的第三個實施例的場效應(yīng)晶體管的方法；以及，
圖8是該支撐物和其他層的示意圖(局部用截面表示)，用于在圖7D之后展示該制造方法。
較佳實施例簡述參照這些附圖來描述本發(fā)明的各個實施例。
(實施例1)實施例1涉及場效應(yīng)晶體管(在下文中只被稱作“FET”)，也涉及用于制造根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例的場效應(yīng)晶體管的方法(在下文中被稱作“用于制造FET的方法”)。
實施例1的該FET是如圖4(是局部截面視圖)中用示意方式示出的所謂底部控制極類型的FET，并且至少具有建立在半導(dǎo)體層17和控制電極12中的溝道形成區(qū)域18，半導(dǎo)體層17和控制電極12經(jīng)由控制極絕緣層13而具有與溝道形成區(qū)域18的面對面關(guān)系。半導(dǎo)體層17由半導(dǎo)體材料層15和彼此混合的傳導(dǎo)粒子16制成。更具體地說，如圖5B中用示意方式所示，半導(dǎo)體材料層15制作為島狀物，并且，半導(dǎo)體層17具有一種結(jié)構(gòu)——其中，傳導(dǎo)粒子16用作半導(dǎo)體材料層15的這些島狀物之中的中介物，或者可縮短這些島狀物之中的間隙。
在實施例1中，半導(dǎo)體材料層15由有機(jī)半導(dǎo)體材料(例如，2，3，6，7-二苯蒽(可以被稱作“并五苯”))制成，并且，傳導(dǎo)粒子16由無機(jī)材料(例如，鉑(Pt))制成。
參照圖1A～1D、圖2A～2C、圖3A和3B以及圖4(其中的每幅圖都是該支撐物和其他層的示意圖(局部用截面表示))，來描述根據(jù)實施例1的FET的該制造方法。最初，在襯底上制作控制電極。更具體地說，按一種樣式在其上建立與由硅襯底制成的支撐物10聯(lián)接的、由聚醚砜(PES)制成的襯底11，用于通過使用保護(hù)層31來制作控制電極(見圖1A)。
接下來，用作附著層的Ti層和用作控制電極12的Au層分別根據(jù)真空沉積法而被建立在襯底11和保護(hù)層31上(見圖1B)。在該圖中，沒有示出該附著層。當(dāng)執(zhí)行該真空沉積時，與襯底11聯(lián)接的支撐物10被安裝在能夠控制該溫度的支架上，以便可以在該真空沉積的過程中抑制該維持溫度的上升。這樣，可以通過該真空沉積來建立這些層，同時將襯底11的變形減到最小。
其后，根據(jù)剝離法來除去保護(hù)層31，以獲得控制電極12(見圖1C)。接下來，在包括控制電極12的表面的襯底11上建立控制極絕緣層13。更具體地說，根據(jù)濺射法，在控制電極12和襯底11上建立由SiO2制成的控制極絕緣層13。一形成控制極絕緣層13，如果控制電極12的一部分用硬掩模覆蓋，則可以制作該控制電極的引線部分，而無須采用照相平版印刷處理。當(dāng)建立控制極絕緣層13時，一直與襯底11聯(lián)接的支撐物10被安裝在能夠控制溫度的該支架上。這樣，可以在SiO2的形成過程中抑制該維持溫度的上升，并且，可以在形成該層的期間將該襯底的變形減到最小。其后，源/漏極14被分別制作在控制極絕緣層13上。更具體地說，使用保護(hù)層32來建立一種樣式，該樣式被用來制作該源/漏極(見圖2A)。
接下來，用作附著層的該Ti層和用作源/漏極14的該Au層根據(jù)真空沉積法而被建立在控制極絕緣層13和保護(hù)層32上(見圖2B)。在該圖中，沒有示出該附著層。一發(fā)生真空沉積，一直與襯底11聯(lián)接的支撐物10就被安裝在能夠控制溫度的該支架上，這樣，可以在該真空沉積的過程中抑制該維持溫度的上升。最終，可以為該層的形成而將襯底11的變形減到最小。
其后，通過卸下法來除去保護(hù)膜32，以提供源/漏極14(見圖2C)。
接下來，根據(jù)[步驟-130]和[步驟-140]的以下程序，將半導(dǎo)體層17建立在控制極絕緣層13上。在用硬掩膜來覆蓋控制電極12和源/漏極14的一部分的同時，根據(jù)真空沉積法，將并五苯的有機(jī)半導(dǎo)體材料制作在控制極絕緣薄膜13上(見圖3A)。執(zhí)行該并五苯沉積，以便由于其上與襯底11聯(lián)接的該支撐物安裝在能夠控制溫度的該支架上，因此，可以將該真空沉積過程中的該維持溫度可靠地控制在所需水平。在這些條件下，可以制作半導(dǎo)體材料層15(即島狀的并五苯薄膜)的島狀物，其中，其顆粒尺寸很大，這些顆粒之間的距離大，結(jié)晶度好(見圖5A中的該平面示意圖)。以下的表格1中指出該并五苯薄膜的形成條件。
表格1[薄膜形成條件]
維持溫度0～200℃薄膜形成速率0.01nm/秒～1nm/秒壓力10-5Pa～10-3Pa[典型的薄膜形成條件]維持溫度60℃薄膜形成速率0.05nm/秒壓力1×10-4Pa[步驟-140]其后，傳導(dǎo)粒子16被制作為縮短半導(dǎo)體材料層15的這些島狀物之中的間隙，或用作這些島狀物的中介物。更具體地說，在用該硬掩膜來覆蓋控制電極12和源/漏極14的一部分的條件下，根據(jù)濺射法，在半導(dǎo)體材料層15和控制極絕緣層13上制作由鉑(Pt)制成的傳導(dǎo)粒子16。利用這種方法，可獲得由半導(dǎo)體材料層15和傳導(dǎo)粒子16的混合物制成的半導(dǎo)體層17，并且可以在控制極絕緣層13上建立構(gòu)成溝道形成區(qū)域18的半導(dǎo)體層17。將會注意到鉑被制作地非常薄，以便該鉑實際上沒有被制成似薄膜一樣，而是被制成似細(xì)粒一樣，并且制作在這些并五苯顆粒上和這些并五苯顆粒之間(見圖5B中的該平面示意圖)。例如，以下的表格2中指出采用濺射法的、由鉑制成的傳導(dǎo)粒子16的各種形成條件，并且，以下的表格3中指出采用真空沉積法的各種形成條件。維持溫度30℃壓力0.5PaRF功率100W[表格3]維持溫度60℃壓力1×10-4Pa形成速率0.01nm/秒[步驟-150]接下來，在這整個表面上建立由SiO2制成的絕緣薄膜20，其后，在控制電極12和源/漏極14上的絕緣薄膜20中制作開口。在絕緣薄膜20(包括在這些開口的內(nèi)部)上建立配線材料層，其后，為這個布線材料層制作布線圖案，以建立與控制電極12連接的布線21A以及與源/漏極14連接的布線21B、21C(圖4)。利用這種方式，可以獲得實施例1的FET。
將要注意到在制造實施例1的FET的該方法中，在控制極絕緣層13上建立傳導(dǎo)粒子16，其后，可以制作半導(dǎo)體材料層15的這些島狀物，以便傳導(dǎo)粒子16用作中介物。換言之，可以顛倒[步驟-130]和[步驟-140]的執(zhí)行順序。
在實施例1中，如圖5B所示，F(xiàn)ET具有這樣一種結(jié)構(gòu)，以便被制作在這些并五苯顆粒之中并由鉑制成的這些傳導(dǎo)粒子允許這些顆粒的相互電連接。有可能會發(fā)生這些顆粒之間的載體傳遞，從而確保FET的高速操作。
(實施例2)實施例2是制造根據(jù)實施例1的FET的該方法的修改。在實施例2的該FET中，半導(dǎo)體層17中提供有源/漏極區(qū)域19，以便將溝道形成區(qū)域18夾入其間?，F(xiàn)在參考圖6A～6C(它們分別是支撐物和類似物的局部截面示意圖)來描述制造實施例2的FET的方法。最初，根據(jù)類似于實施例1的[步驟-100]的程序，在襯底11上制作控制電極12。接下來，利用與[步驟-110]中相同的方式，在襯底11(包括控制電極12的表面)上建立控制極絕緣層13。其后，利用與實施例1的[步驟-130]中相同的方式，在控制極絕緣層13上建立半導(dǎo)體材料層15(見圖6A)。更具體地說，在用硬掩膜來覆蓋控制極絕緣電極12的一部分的同時，根據(jù)真空沉積法，在控制極絕緣層13上制作并五苯的有機(jī)半導(dǎo)體材料。該并五苯薄膜的形成條件類似于表格1中所指出的形成條件。接下來，利用與實施例1的[步驟-140]中相同的方式，制作傳導(dǎo)粒子16，以便它們用作半導(dǎo)體材料15的這些島狀物的中介物(見圖6B)。更具體地說，用該硬掩膜來覆蓋控制電極12的一部分，在此條件下，可在半導(dǎo)體材料層15和控制極絕緣層13中制作由鉑(Pt)制成的傳導(dǎo)粒子16。利用這種方式，可以獲得由半導(dǎo)體材料層15和傳導(dǎo)粒子16的混合物制成的半導(dǎo)體層17，這樣，可以建立構(gòu)成溝道形成區(qū)域18和源/漏極區(qū)域19的半導(dǎo)體層17。由鉑制成的傳導(dǎo)粒子16的形成條件類似于表格2和表格3中所指出的形成條件。
利用與實施例1的[步驟-120]中相同的方式，在源/漏極區(qū)域19上制作源/漏極14(見圖6C)。其后，利用與實施例1的[步驟-150]中相同的方式，在這整個表面上建立由SiO2制成的絕緣薄膜，其后，在控制電極12和源/漏極14上的絕緣薄膜20中建立開口。在絕緣薄膜20(包括這些開口的內(nèi)部)上建立布線材料層，其后，為這個配線材料層制作布線圖案，以建立與控制電極12連接的配線以及與源/漏極14連接的配線，從而獲得實施例2的FET。
將要注意到在制造實施例2的FET的該方法中，在控制極絕緣層13上制作傳導(dǎo)粒子16，其后，可以制作半導(dǎo)體材料層15的這些島狀物，以便傳導(dǎo)粒子16用作這些島狀物的中介物。換言之，可以顛倒[步驟-210]和[步驟-220]的執(zhí)行順序。在某種情況下，可以省略[步驟230]。
(實施例3)實施例3涉及用于制造根據(jù)本發(fā)明的第二個實施例的FET的方法。在實施例3的FET中，源/漏極區(qū)域19被建立在半導(dǎo)體層17中，以便將溝道形成區(qū)域18夾入其間。更具體地說，如圖8(是局部截面示意圖)中特別所示，實施例1的FET是所謂的頂部控制極類型的FET，它具有建立在半導(dǎo)體層17和控制電極12中的溝道形成區(qū)域18和源/漏極區(qū)域19，半導(dǎo)體層17和控制電極12經(jīng)由控制極絕緣層13而具有與溝道形成區(qū)域18的面對面關(guān)系。半導(dǎo)體層17由半導(dǎo)體材料層15和傳導(dǎo)粒子16的混合物制成。更具體地說，如圖5B的平面示意圖中所示，半導(dǎo)體材料層15被制作為島狀物，并且，半導(dǎo)體層17具有一種結(jié)構(gòu)——其中，傳導(dǎo)粒子16單獨地縮短半導(dǎo)體材料層15的這些島狀物之中的各個間隙。在實施例3中，半導(dǎo)體材料層15由有機(jī)半導(dǎo)體材料(尤其是2，3，6-7-二苯蒽(也可以被稱作“并五苯”))制成，并且，傳導(dǎo)粒子16由無機(jī)材料(尤其是鉑(Pt))制成。
參照圖7A～7D和圖8(它們分別是支撐物和類似物的局部截面示意圖)來描述制造實施例3的FET的該方法。
最初，根據(jù)下文所展示的[步驟-300]和[步驟-310]的各個程序來建立至少構(gòu)成溝道形成區(qū)域(即，在實施例3中，構(gòu)成溝道形成區(qū)域18和源/漏極區(qū)域19，溝道形成區(qū)域18和源/漏極區(qū)域19的建立用于將溝道形成區(qū)域18夾入其間)的半導(dǎo)體層17。特別是，根據(jù)采用與實施例1的[步驟-130]相同的方式的真空沉積法，在與由硅襯底制成的支撐物10聯(lián)接的聚醚砜(PES)襯底11上建立半導(dǎo)體材料層15(由并五苯的有機(jī)半導(dǎo)體材料制成)的島狀物(見圖7A)。該并五苯薄膜的形成條件可能類似于表格1中所指出的形成條件。接下來，利用與實施例1的[步驟-140]中相同的方式，根據(jù)濺射方法，在半導(dǎo)體材料層15的島狀物和襯底11上制作由鉑(Pt)制成的傳導(dǎo)粒子16，以便縮短半導(dǎo)體材料層15的這些島狀物之中的間隙(見圖7B)。利用這種方法，可以獲得由半導(dǎo)體材料層15和傳導(dǎo)粒子16的混合物制成的半導(dǎo)體層17，并且可以在襯底11上建立構(gòu)成溝道形成區(qū)域18和源/漏極區(qū)域19的半導(dǎo)體層17。由鉑構(gòu)成的這些傳導(dǎo)粒子的形成條件可能類似于表格2或表格3中所指出的形成條件。接下來，在半導(dǎo)體層17上建立控制極絕緣層。更具體地說，如同實施例1的[步驟-110]，根據(jù)濺射法，在半導(dǎo)體層17上建立由SiO2制成的控制極絕緣層13(圖7C)。其后，根據(jù)類似于實施例1的[步驟-100]的程序，在控制極絕緣層13上制作控制電極12，其后，從源/漏極區(qū)域19中除去控制極絕緣薄膜13(見圖7D)。接下來，在這整個表面上建立由SiO2制成的絕緣薄膜20，其后，在控制電極12和源/漏極區(qū)域19上的絕緣薄膜20中制作開口。在絕緣薄膜20(包括這些開口的內(nèi)部)上建立布線材料層，其后，為這個配線材料層制作布線圖案，以建立與控制電極12連接的配線21A以及與源/漏極區(qū)域19連接的配線21B、21C(圖8)。利用這種方式，可以獲得實施例3的FET。
將要注意到在制造實施例3的FET的該方法中，在襯底11上制作傳導(dǎo)粒子16，其后，可以制作半導(dǎo)體材料層15的島狀物，以便傳導(dǎo)粒子16用作為此的中介物。換言之，可以顛倒[步驟-300]和[步驟-310]的執(zhí)行順序。
已根據(jù)其實施例來描述本發(fā)明，這些實施例不應(yīng)該被解釋為將本發(fā)明局限于此。在這些實施例中，已用鉑來制作傳導(dǎo)粒子16，并且，這些傳導(dǎo)粒子可能由有機(jī)材料構(gòu)成，或可能由有機(jī)材料和無機(jī)材料的混合物構(gòu)成。這些傳導(dǎo)粒子的制作不僅可以采用濺射法，而且可以采用真空沉積法、化學(xué)氣相沉積法、旋涂法、印刷法和噴涂法中的任何方法。此外，半導(dǎo)體材料層的這些島狀物的形成不僅可以采用真空沉積法，而且可以采用濺射法、化學(xué)氣相沉積法、旋涂法、印刷法和噴涂法中的任何方法。例如，通過旋涂法來用PEDOT/PSS建立半導(dǎo)體材料層的條件包括7000rpm和30秒的條件。
如果本發(fā)明的這些FET被應(yīng)用于顯示器和各種類型的電子設(shè)備中，則可以提供單塊集成電路，其中，可以在襯底上整體地安裝許多FET，或者，可以將單獨的FET切成片狀，以用作分立元件。
根據(jù)本發(fā)明的該場效應(yīng)晶體管包括具有半導(dǎo)體材料層和傳導(dǎo)粒子的混合結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層，以便不對歸因于分子間電子轉(zhuǎn)移的遷移率施加限制，該分子間電子轉(zhuǎn)移已導(dǎo)致常規(guī)有機(jī)半導(dǎo)體材料的低遷移率。這樣，與該常規(guī)有機(jī)半導(dǎo)體材料比較，可以獲得急劇提高的載體遷移率，所以，可以提供能夠進(jìn)行高速操作的場效應(yīng)晶體管。高溫對于半導(dǎo)體層的形成而言是不必要的，并且，在一些情況下，可以通過諸如旋涂法、印刷法或噴涂法等方法來建立該半導(dǎo)體層，而無須采用任何真空技術(shù)。最終，可以在靈活襯底(例如，塑料薄膜、塑料片、塑料襯底或類似的襯底)上低成本地制作場效應(yīng)晶體管。例如，這個場效應(yīng)晶體管可以整體上被裝配到彎曲狀顯示器或電子設(shè)備中。
權(quán)利要求
1.一種場效應(yīng)晶體管，其特征在于至少包括建立在半導(dǎo)體層中的溝道形成區(qū)域，以及，控制電極，它經(jīng)由控制極絕緣層而具有與所述溝道形成區(qū)域的面對面關(guān)系，其中，所述半導(dǎo)體層由半導(dǎo)體材料層和傳導(dǎo)粒子的混合物制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的場效應(yīng)晶體管，其特征在于其中，所述半導(dǎo)體材料層具有島狀物的形態(tài)，并且，所述半導(dǎo)體層具有一種結(jié)構(gòu)——其中，所述傳導(dǎo)粒子可縮短該半導(dǎo)體材料層的所述島狀物之中的間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的場效應(yīng)晶體管，其特征在于其中，所述半導(dǎo)體材料層由有機(jī)半導(dǎo)體材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的場效應(yīng)晶體管，其特征在于其中，所述傳導(dǎo)粒子由無機(jī)材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的場效應(yīng)晶體管，其特征在于其中，所述傳導(dǎo)粒子由有機(jī)材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的場效應(yīng)晶體管，其特征在于其中，所述傳導(dǎo)粒子由有機(jī)材料和無機(jī)材料的混合物制成。
7.一種用于制造場效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于包括以下步驟在襯底上制作控制電極；在包括所述控制電極的所述襯底上建立控制極絕緣層；以及，在所述控制極絕緣層上建立至少構(gòu)成溝道形成區(qū)域的半導(dǎo)體層，其中，所述半導(dǎo)體層由半導(dǎo)體材料層和傳導(dǎo)粒子的混合物制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的用于制造該場效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于其中，在所述半導(dǎo)體層形成步驟中，所述半導(dǎo)體材料層在所述控制極絕緣層上被制作為島狀物，并且，制作所述傳導(dǎo)粒子，以縮短該半導(dǎo)體材料層的所述島狀物之中的間隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的用于制造該場效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于其中，在所述半導(dǎo)體層形成步驟中，所述傳導(dǎo)粒子被制作在所述控制極絕緣層上，并且，制作該半導(dǎo)體材料層的島狀物，以便所述傳導(dǎo)粒子縮短該半導(dǎo)體材料層的所述島狀物之中的間隙。
10.一種用于制造場效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于包括以下步驟在襯底上建立至少構(gòu)成溝道形成區(qū)域的半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層上建立控制極絕緣層；以及，在所述控制極絕緣層上制作控制電極，其中，所述半導(dǎo)體層由半導(dǎo)體材料層和傳導(dǎo)粒子的混合物制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于其中，在所述半導(dǎo)體層形成步驟中，所述半導(dǎo)體材料層在所述襯底上被制作為島狀物，并且，制作所述傳導(dǎo)粒子，以縮短該半導(dǎo)體材料層的所述島狀物之中的間隙。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于其中，在所述半導(dǎo)體層形成步驟中，所述傳導(dǎo)粒子被制作在所述襯底上，并且，該半導(dǎo)體材料層被制作為島狀物，以便所述傳導(dǎo)粒子縮短該半導(dǎo)體材料層的所述島狀物之中的間隙。
全文摘要
場效應(yīng)晶體管至少包括建立在半導(dǎo)體層中的溝道形成區(qū)域；以及控制電極，它經(jīng)由控制極絕緣薄膜而具有與該溝道形成區(qū)域的面對面關(guān)系，其中，該半導(dǎo)體層由半導(dǎo)體材料層和傳導(dǎo)粒子的混合物制成。該場效應(yīng)晶體管能夠提高載體遷移率。
文檔編號H01L29/78GK1551370SQ200410043450
公開日2004年12月1日 申請日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月7日
發(fā)明者野田真 申請人:索尼株式會社