專利名稱：多柵極印刷晶體管方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種半導(dǎo)體器件，且更具體地，涉及一種
具有至少一個印刷器件元件的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
使用諸如真空沉積的技術(shù)來形成各種基于半導(dǎo)體的器件的 方法和裝置是公知的。這種技術(shù)在被應(yīng)用于高容量設(shè)定中時可很好地 達到許多目的并且能夠?qū)崿F(xiàn)高可靠性、小尺寸和較經(jīng)濟。最近，正在 研究其他技術(shù)來生產(chǎn)基于半導(dǎo)體的器件。例如，n型或p型的有機、無 機和有機/無機混合半導(dǎo)體材料可被提供作為功能性油墨，并且結(jié)合各 種印刷技術(shù)用來生產(chǎn)印刷半導(dǎo)體器件。然而，與半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中的那些技術(shù)人員所傾向于期望的 相比較，印刷半導(dǎo)體器件得到相當不同的最終結(jié)果且使用相當制造技 術(shù)。例如，與使用更傳統(tǒng)的技術(shù)制造的一般半導(dǎo)體器件相比，印刷半 導(dǎo)體器件易于更大。正如其他示例，采用的材料和利用的沉積技術(shù)也 遠在現(xiàn)有技術(shù)期望的標準之外。部分地由于這種差異，對于印刷半導(dǎo)體器件而言，在許多情 況中現(xiàn)有的材料和技術(shù)并不適合于使用和調(diào)配。而且，在許多情況中， 半導(dǎo)體器件印刷提出了與現(xiàn)有技術(shù)實踐不平行發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)和困 難。作為一個示例，印刷晶體管的性能易受限制，至少部分地受限制， 限制的因素例如是溶液可處理(solution-processable)的半導(dǎo)體油墨的 有效數(shù)目和性能、有效的和/或可行的印刷尺寸和分辨率極限、以及印 刷晶體管的環(huán)境敏感度，但以上列舉出的只是少數(shù)。作為更特殊的示 例，傳統(tǒng)繪圖藝術(shù)(graphic art)印刷的印刷特征分辨率一般被限制為數(shù)十微米。這種限制在需要較高性能晶體管的應(yīng)用設(shè)定的所有情況中 是不能滿足需要的。然而，通過改善印刷分辨率來改善晶體管的性能 提出了相當大的(并且很可能是昂貴的)挑戰(zhàn)。


通過提供下列詳細描述中所描述的、特別是當結(jié)合附圖研究 時所描述的多柵極印刷晶體管裝置和方法，上述需求至少部分得以滿
足，其中圖1包括根據(jù)本發(fā)明的各種實施例而配置的流程圖；圖2包括根據(jù)本發(fā)明各種實施例而配置的側(cè)視示意圖； [OOOS]圖3包括根據(jù)本發(fā)明各種實施例而配置的側(cè)視示意圖；
圖4包括根據(jù)本發(fā)明各種實施例而配置的側(cè)視示意圖； [OOIO]圖5包括根據(jù)本發(fā)明各種實施例而配置的側(cè)視示意圖；圖6包括根據(jù)本發(fā)明各種實施例而配置的側(cè)視示意圖；以及圖7包括根據(jù)本發(fā)明各種實施例而配置的詳細的側(cè)視示意圖。熟練的技術(shù)人員將認識到，附圖中的元件是為了簡單清楚而 示出的并且沒有必要按比例繪制。例如，為了有助于增進對本發(fā)明的 各種實施例的理解，附圖中的一些元件的尺寸和/或相對定位相對于其 它元件被夸大了。而且，為了有利于減少本發(fā)明這些各種實施例的視 圖的障礙物，通常不描繪在商業(yè)上切實可行的實施例中有用的或必需 的那些公共的但易于理解的元件。將進一步認識到，確定的動作和/或 步驟可能以特定的發(fā)生順序來描述或描繪，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解這 種關(guān)于順序的特殊性并不是實際需要的。同樣將理解，除了在這里已 闡明的特殊含義之外，這里所使用的術(shù)語和表述具有與關(guān)于它們的相 對應(yīng)的各調(diào)查和研究領(lǐng)域的術(shù)語和表述相一致的普通含義。
具體實施例方式—般來說，根據(jù)這些各種實施例， 一個提供了一種印刷晶體管，該印刷晶體管具有印刷和設(shè)置在半導(dǎo)體材料印刷沉積的第一側(cè)上 的第一柵極和設(shè)置在該半導(dǎo)體材料印刷沉積的相對側(cè)上的第二印刷柵 極。通過一種方法，使用一系列印刷工藝來提供這些元件。通過另一 種方法，通過使用層疊工藝來提供這些元件。這樣配置，這個雙柵晶體管結(jié)構(gòu)提供了增強性能。該增強性 能至少部分地因為通過增加晶體管溝道區(qū)域的電荷密度從而提供較高 的開態(tài)電流而同時減小關(guān)態(tài)電流。這些教導(dǎo)與電流繪圖藝術(shù)印刷技術(shù) 和現(xiàn)在可用的材料是完全相符合的。如果期望，則通過基本遮蔽半導(dǎo) 體材料而使其免受對該半導(dǎo)體材料有害的至少一種外界影響，附加?xùn)?極可達到進一步的目的。這樣配置，這些教導(dǎo)可以對改善最后形成的 晶體管的期望使用壽命提供額外的益處。在對下列詳細描述做徹底回顧和研究時，對本領(lǐng)域技術(shù)人員 來講，這些和其它的益處將變得更加明顯?，F(xiàn)在參考附圖，且更具體地，參考圖l， 一種代表了這些各 種實施例的、用于提供印刷晶體管的全面的工藝100包括，在一可選 的但優(yōu)選的方法中，提供(101)半導(dǎo)體材料印刷沉積。這一般包括了 選擇的印刷襯底的使用。襯底可包括任何包含各種剛性的和非剛性的 材料的適合的材料。在一優(yōu)選實施例中，襯底包括例如由聚酯或紙組 成的柔性襯底。襯底可以由單個基本非晶材料組成或者可包括例如具 有不同材料的合成物(例如，層疊結(jié)構(gòu))。在一般實施例中，襯底將 包括一電絕緣體，盡管對于一些應(yīng)用、設(shè)計或目的來說可能需要利用 具有更大的電導(dǎo)率的一種材料(或多種材料)。該工藝IOO然后提供了一個步驟提供(102)被印刷和設(shè) 置在半導(dǎo)體材料印刷沉積的一側(cè)上的第一柵極。為了總體上示出這一 點，現(xiàn)在參考圖2，半導(dǎo)體材料印刷沉積201具有被印刷和設(shè)置在其一 側(cè)的第一柵極202。這些元件可以是彼此物理相鄰的，或者更有可能的是，為了容納選擇的插入層(intervening layer)而如通過說明所建議的 那樣將它們互相分隔開。再次參考圖1，該工藝IOO還提供了一個步驟在半導(dǎo)體材 料印刷沉積的、與上述的一側(cè)相對的一側(cè)上提供(103)第二柵極電極。 為了總體上說明這一點，現(xiàn)在參考圖3，第二柵極301被設(shè)置在半導(dǎo)體 材料201的、與具有第一柵極202的一側(cè)相對的一側(cè)上。根據(jù)給定應(yīng) 用設(shè)定的需要和要求，該第二柵極301可由與第一柵極202的材料相 似的材料組成或者由不同的材料組成。通常來說，柵極202和301兩 者都將可能由導(dǎo)電材料組成。再次參考圖1，在一可選的但優(yōu)選的方法中，該工藝100進 一步提供一個步驟提供(104)被設(shè)置在第二印刷柵極和半導(dǎo)體材料 沉積之間的印刷電介質(zhì)材料。為了再次總體上說明這一點，現(xiàn)在參考 圖4，這樣的電介質(zhì)層401被描繪為正設(shè)置在半導(dǎo)體材料201和前述的 第二柵極301之間。上述器件元件是優(yōu)選的但不是必需的，由一種或多種油墨組 成，例如由包括半導(dǎo)體材料的油墨。印刷領(lǐng)域的那些技術(shù)人員對于繪 圖油墨(graphic ink)和所謂的功能性油墨都熟悉，這里的"油墨"通常 理解為包括懸浮液、溶液或分散劑，表現(xiàn)為液體、糊狀物或粉末(例 如色粉)。這些功能性油墨進一步由金屬材料、有機材料或無機材料 組成，這些材料具有各種形狀(球形、薄片、纖維、管)和尺寸(例 如從微米到納米范圍內(nèi))中的任一種。功能性油墨例如在一些薄膜鍵 盤的制造中得到應(yīng)用。盡管繪圖油墨可在與該工藝結(jié)合時被適當?shù)厥?用，但是在一優(yōu)選實施例中這些油墨更有可能包含功能性油墨。在一優(yōu)選方法中，這樣的油墨通過使用相應(yīng)的印刷技術(shù)被放 置在襯底上。那些熟悉傳統(tǒng)半導(dǎo)體制造技術(shù)如真空沉積的技術(shù)人員將 知道，"印刷"這個詞在涉及到這種技術(shù)的那些領(lǐng)域中使用得比較隨意。然而，如在這里所使用的，"印刷"這個詞使用更主流和傳統(tǒng)的意義，并 且并不包括諸如真空沉積這樣的技術(shù)，所述真空沉積包含例如為了獲 得期望的材料放置的效果而發(fā)生在被傳輸?shù)慕橘|(zhì)中的狀態(tài)變化。因此， "印刷"將被理解為包括這樣的技術(shù)，如絲網(wǎng)印刷、膠版印刷、照相凹版
印刷、靜電印刷、苯胺印刷、噴墨、微噴鍍(microdispensing)、噴霧、 沖壓(stamping)等。將理解的是，在制造一個諸如半導(dǎo)體器件的給定 元件的過程中，這些教導(dǎo)與多個這種印刷技術(shù)的使用是相符合的。例 如，可能期望使用第一油墨和第一印刷工藝來印刷第一器件元件(或 器件元件的一部分)而使用第二 (不同的)油墨和第二 (不同的)印 刷工藝來印刷不同的器件元件(或所述第一器件元件的一部分)。為了說明的目的但并不通過限制的方式，晶體管可以依照使 用如下面所述的這種材料和工藝的這些教導(dǎo)來形成。參考圖5，如上所 述的第一柵極202可被印刷在選擇的襯底501上，其使用選擇的導(dǎo)電 油墨(例如但不限于包含銅或銀的功能性油墨，如混合有2%的3610 稀釋劑的DuPont的Ag 5028)。依照一種方法，在一延遲(例如，4 秒)之后，在印刷表面上方吹空氣。 一種適當?shù)娜軇┛梢员挥脕碓谝r 底上進一步形成、限定或相反地移除多余的材料。采用在約為120攝 氏度下持續(xù)30分鐘的熱固化，以保證印刷柵極202適宜地粘附到襯底 501。電介質(zhì)層502然后可被印刷在上述柵極202的至少一實體部 分上，例如，適當?shù)沫h(huán)氧基功能性油墨(例如，DuPont的5018A紫外 線可固化材料)。通過一種方法，電介質(zhì)層502包括兩層或更多層的 層疊。當這樣制造時，每一層在涂覆下一層之前都可以在紫外燈下面 固化。然后，印刷和固化附加電極503和504，使用例如銅、鎳或 銀基導(dǎo)電的功能性油墨(例如，具有2%的3610稀釋劑的DuPont的 Ag 5028)。這些附加電極503和504可以包括例如源極電極和漏極電極。然后，半導(dǎo)體材料油墨一一例如但不限于諸如聚噻吩或聚噻吩族 材料(例如，多(3-乙基噻吩))的各種化學(xué)式這樣的有機半導(dǎo)體材料
油墨或包含Sn02、 SnO、 ZnO、 Ge、 Si、 GaAs、 InAs、 InP、 SiC、 CdSe
和碳的各種形態(tài)(包括碳納米管)的無機半導(dǎo)體材料油墨一一被印刷 從而提供橋接源極電極和漏極電極之間的間隙的半導(dǎo)體材料201。上述的元件對于形成一個可操作的印刷晶體管已經(jīng)足夠了。 涂覆多印刷層的這一系列印刷工藝可以繼續(xù)以類似于剛才描述的方式 進一步應(yīng)用于第二電介質(zhì)層401和前述第二柵極301。通過一種方法， 第二柵極301電耦合到第一柵極共同使用。通過另一種方法，第二柵 極301與第一柵極電隔離，從而不同的偏壓可以分別施加到每個。所 使用的具體方法將可能取決于給定應(yīng)用的特殊的需要和需求。在其它 示例中，第二柵極301優(yōu)選位于與第一柵極202基本相對的位置，由 此晶體管源極電極和漏極電極之間的溝道被設(shè)置在它們之間。這樣配置，包括該第二柵極用來增加溝道區(qū)域的電荷密度。 這種增加可包括例如使得在其他方面最終得到的電荷密度翻倍。這又 為這個晶體管提供了更高的開態(tài)電流，而同時也易于減小相應(yīng)的關(guān)態(tài) 電流。因此，可以提供一較高性能的晶體管，而不用關(guān)于使印刷技術(shù) 能夠在其他方面可用而做特別改進。同時也可能通過組合分離結(jié)構(gòu)作為層疊結(jié)果來采用這些教 導(dǎo)。參考附圖6來說明，如上所述的第一晶體管602可接合到包括具 有印刷在其上的第二柵極301和相應(yīng)的電介質(zhì)層401的襯底601的第 二結(jié)構(gòu)603，并且與該第二結(jié)構(gòu)603相層疊。這兩個結(jié)構(gòu)可以使用例如 選擇適合的膠粘劑永久地接合在一起。對于在給定的應(yīng)用設(shè)定中的使 用，實現(xiàn)這種接合的其它方法也是可用的。當提供這里描述的第二柵極時，也可能需要(至少在一些應(yīng) 用設(shè)定中)提供第二柵極從而第二柵極和第二電介質(zhì)基本遮護半導(dǎo)體材料而使其免受對該半導(dǎo)體材料有害的至少一種外界影響。例如，在 該情況下被認為是有用的許多半導(dǎo)體材料對于暴露于諸如氧氣、光(例 如紫外光)、沾污(例如但不限于有機材料如污垢、油等等)、濕氣 等這樣的一種或多種這種外界影響是敏感的。假如所提供的第二柵極 層充分覆蓋所關(guān)注的半導(dǎo)體材料區(qū)，并且如本領(lǐng)域中另外所理解的，
進一步假設(shè)第二柵極由具有所期望的類似于阻擋層(barrier-like)特性 的材料組成，那么第二柵極可用來遮護半導(dǎo)體材料而使其免受這種影 響。在圖7處提供的說明中總體描繪了這種布置，其中，第二柵極301 足夠?qū)掗熞詾榘雽?dǎo)體材料201提供種遮護。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情 況下，可以對上述的實施例作出廣泛的各種修改、改變和組合，但是 這種修改、改變和組合將被認為是屬于發(fā)明理念的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種晶體管，包括半導(dǎo)體材料印刷層；第一印刷柵極，設(shè)置在所述半導(dǎo)體材料印刷層的第一側(cè)；第二印刷柵極，設(shè)置在所述半導(dǎo)體材料印刷層的第二側(cè)，該第二側(cè)與所述第一側(cè)相對。
2. 如權(quán)利要求1所述的晶體管，其中，所述半導(dǎo)體材料印刷層、 所述第一印刷柵極和所述第二印刷柵極包括一系列印刷工藝的印刷 層。
3. 如權(quán)利要求l所述的晶體管，其中，所述第二印刷柵極包括層 疊到第二結(jié)構(gòu)上的第一結(jié)構(gòu)，所述第二結(jié)構(gòu)包括所述半導(dǎo)體材料印刷 層和所述第一印刷柵極。
4. 如權(quán)利要求1所述的晶體管，其中，所述第一印刷柵極和所述 第二印刷柵極由基本相似的材料組成。
5. 如權(quán)利要求1所述的晶體管，其中，所述第一印刷柵極和所述 第二印刷柵極由顯著不同的材料組成。
6. 如權(quán)利要求l所述的晶體管，其中，所述第二印刷柵極被設(shè)置 和配置用來遮護所述半導(dǎo)體材料印刷層而使其免受對該半導(dǎo)體材料有 害的至少一種外界影響。
7. 如權(quán)利要求1所述的晶體管，進一步包括設(shè)置于所述第二印刷 柵極與所述半導(dǎo)體材料印刷層之間的電介質(zhì)材料，其中，該電介質(zhì)材 料基本遮護所述半導(dǎo)體材料而使其免受對該半導(dǎo)體材料有害的至少一 種外界影響。
8. 如權(quán)利要求1所述的晶體管，其中，所述第二印刷柵極基本遮 護所述半導(dǎo)體材料而使其免受對該半導(dǎo)體材料有害的至少一種外界影 響。
9. 如權(quán)利要求8所述的晶體管，其中，所述外界影響包括氧氣、 光、沾污和濕氣中的至少一種。
10. 如權(quán)利要求9所述的晶體管，其中，所述外界影響至少包括 氧氣和濕氣這兩者。
11. 一種工藝，包括提供具有被印刷和設(shè)置在半導(dǎo)體材料印刷沉積的一側(cè)上的第一柵 極的印刷晶體管；在所述半導(dǎo)體材料印刷沉積的與所述一側(cè)相對的另一側(cè)上提供第 二印刷柵極。
12. 如權(quán)利要求ll所述的工藝，其中，提供第二印刷柵極包括在 所述半導(dǎo)體材料印刷沉積的與所述一側(cè)相對的另一側(cè)上印刷所述第二 印刷柵極。
13. 如權(quán)利要求ll所述的工藝，其中，提供第二印刷柵極包括 提供襯底；在該襯底上印刷所述第二印刷柵極以提供第二柵極結(jié)構(gòu)； 將該第二柵極結(jié)構(gòu)層疊到所述印刷晶體管。
14. 如權(quán)利要求ll所述的工藝，其中，所述第一柵極和所述第二 印刷柵極由基本相似的材料組成。
15. 如權(quán)利要求ll所述的工藝，其中，所述第一柵極和所述第二印刷柵極由顯著不同的材料組成。
16. 如權(quán)利要求ll所述的工藝，其中，提供印刷晶體管包括使用 下列工藝中的至少一種來提供印刷晶體管接觸印刷工藝； 非接觸印刷工藝。
17. 如權(quán)利要求ll所述的工藝，進一步包括-在所述第二印刷柵極和所述半導(dǎo)體材料沉積之間提供印刷電介質(zhì) 材料。
18. 如權(quán)利要求ll所述的工藝，其中，在所述第二印刷柵極和所 述半導(dǎo)體材料沉積之間提供印刷電介質(zhì)材料包括覆蓋所述半導(dǎo)體材料 沉積從而密封該所述半導(dǎo)體材料沉積而使其免受對該半導(dǎo)體材料沉積 有害的至少一種外界條件。
19. 如權(quán)利要求17所述的工藝，其中，提供第二印刷柵極包括提 供第二印刷柵極來覆蓋所述半導(dǎo)體材料沉積從而密封該半導(dǎo)體材料沉 積而使其免受對該半導(dǎo)體材料沉積有害的至少一種外界條件。
20. 如權(quán)利要求19所述的晶體管，其中，所述至少一種外界條件包括氧氣、光、沾污和濕氣中的至少一種。
全文摘要
一種印刷晶體管具有第一柵極(202)，印刷和沉積在半導(dǎo)體材料印刷沉積(201)的第一側(cè)；和第二印刷柵極(301)，沉積在所述半導(dǎo)體材料印刷沉積的相對側(cè)。通過一種方法，使用一系列印刷工藝來提供這些元件。通過另一種方法，使用層疊工藝來提供這些元件。
文檔編號H01L51/00GK101410998SQ200680039816
公開日2009年4月15日 申請日期2006年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月26日
發(fā)明者丹尼爾·R·加莫塔, 保羅·W·布拉齊斯, 哈基姆·B·阿德沃萊, 婕 張, 約翰·B·什切西, 耶日·維爾古斯, 蒂莫西·J·科林斯 申請人:摩托羅拉公司