專利名稱：一種有機(jī)薄膜晶體管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有機(jī)薄膜晶體管及其制備方法，特別涉及一種通過原子層淀積無
機(jī)高介電常數(shù)柵介質(zhì)來制備有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，屬于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
薄膜晶體管(Thin-film transistor,TFT)是場效應(yīng)晶體管的種類之一，傳統(tǒng)薄膜晶體管的剖面示意圖如圖1所示。首先，在基板101上方形成由鋁、鉬、鋁釹合金或者它們之間的復(fù)合物材料構(gòu)成的晶體管柵極102。接著，在柵極102上方形成柵極絕緣層103，再依次形成非晶硅層104和n型或者p型摻雜的多晶硅層105。接著，形成鈦、鉬或者鋁等材料的金屬層，然后對(duì)金屬層進(jìn)行刻蝕形成薄膜晶體管的源極107和漏極106。由于薄膜晶體管的基板不能忍受高的退火溫度，所以全部的沉積制程必須在相對(duì)低溫下進(jìn)行。
隨著有機(jī)半導(dǎo)體材料的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展，現(xiàn)在人們已經(jīng)制備出了利用有機(jī)物替代無機(jī)材料充當(dāng)載流子傳輸層的有機(jī)薄膜晶體管(organic thin film transistor,OTFT)。有機(jī)薄膜晶體管的基本結(jié)構(gòu)和功能與傳統(tǒng)的薄膜晶體管基本相同，主要有頂部接觸式和底部接觸式兩種結(jié)構(gòu)。頂部接觸式有機(jī)薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)如圖2a所示，首先在基板201上形成晶體管的柵極202，然后形成柵介質(zhì)層203，最后在形成有機(jī)半導(dǎo)體層204之后形成晶體管的源極205和漏極206。底部接觸式有機(jī)薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)如圖2b所示，它與頂部接觸式有機(jī)薄膜晶體管不同的是，在基板211上分別形成柵極212和柵介質(zhì)層213后，先形成晶體管的源極215和漏極216，然后再形成有機(jī)半導(dǎo)體層214?；谟袡C(jī)材料本身的特性，有機(jī)薄膜晶體管具有以下特點(diǎn)加工溫度低，一般在18(TC以下，不僅能耗顯著降低，而且適用于柔性基板；工藝過程大大簡化，能夠有效降低晶體管的成本；器件的尺寸更小，集成度更高，可以制備大面積的器件；材料來源廣泛，發(fā)展?jié)摿Υ蟆?基于目前有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，大部分有機(jī)薄膜晶體管的柵介質(zhì)仍然采用有機(jī)薄膜或者利用溶劑法合成二氧化硅，厚度較厚，缺陷較多，且介電常數(shù)相對(duì)較低，因此，仍然存在著操作電壓高、遷移率低等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種有機(jī)薄膜晶體管及其制備方法，，該有機(jī)薄膜晶體管柵介質(zhì)的介電常數(shù)相對(duì)較高，可以改善傳統(tǒng)有機(jī)薄膜晶體管的操作電壓高、遷移率低等缺點(diǎn)。 為達(dá)到本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提出了一種采用無機(jī)柵介質(zhì)的有機(jī)薄膜晶體管，該有機(jī)薄膜晶體管包括基板、有機(jī)半導(dǎo)體層、無機(jī)柵介質(zhì)層、柵極、源極和漏極。所述的基板可以是剛性襯底或者柔性襯底，為硅、箔、超薄玻璃、聚合物薄膜或者其它材料的襯底。所述的有機(jī)半導(dǎo)體材料包括聚合物，如聚3-己基噻吩，小分子物質(zhì)，如并五苯，或者其他金屬復(fù)合物，如酞菁藍(lán)等。所述的無機(jī)柵介質(zhì)材料為八1203、11 )2、21<)2或者其它材料。所述的柵極為TiN、Ru(^、Ru或者其它材料的金屬。所述的源極和漏極為金屬或者導(dǎo)電聚合物。
3
本發(fā)明所提供的有機(jī)薄膜晶體管采用了無機(jī)材料柵介質(zhì)，提高了柵介質(zhì)的介電常數(shù)，可以提高有機(jī)薄膜晶體管的工作電流，降低工作電壓。 進(jìn)一步地，本發(fā)明還提出了上述有機(jī)薄膜晶體管的制造方法，包括如下步驟
提供一個(gè)基板； 在所述基板上生長一層有機(jī)半導(dǎo)體材料，并對(duì)所述的有機(jī)半導(dǎo)體進(jìn)行相應(yīng)的摻雜處理，以提高其導(dǎo)電性； 在所述有機(jī)半導(dǎo)體層上利用原子層淀積形成一層無機(jī)柵介質(zhì)；
在所述無機(jī)柵介質(zhì)上生長一層金屬柵材料；
通過光刻的方法刻蝕出柵極的圖形；
形成器件的源極和漏極。 所述的基板為硅、箔、超薄玻璃、聚合物薄膜或者其它材料的剛性襯底或者柔性襯底。所述的有機(jī)半導(dǎo)體材料包括聚合物，如聚3_己基噻吩、小分子物質(zhì)，如并五苯、或者其他金屬復(fù)合物，如酞菁藍(lán)等。所述的無機(jī)柵介質(zhì)為A1203、 Hf02、 Zr02或者其它材料，其厚度約為1-10納米。所述的柵極為TiN、 Ru02、 Ru或者其它材料的金屬。所述的源極和漏極為金屬，如納米銀顆粒，或者為導(dǎo)電聚合物，如聚3， 4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸等。
本發(fā)明所提供的方法具有保持有機(jī)薄膜晶體管的制備溫度低、適用于大面積加工、可用于柔性基板和生產(chǎn)成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為一個(gè)傳統(tǒng)薄膜晶體管的剖面示意圖。 圖2a和圖2b分別為現(xiàn)有有機(jī)薄膜晶體管頂部接觸式結(jié)構(gòu)和底部接觸式結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。 圖3a至圖3c為本發(fā)明提供的一種有機(jī)薄膜晶體管的實(shí)施工藝的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式作詳細(xì)說明。在圖中，為了方便說明，放大了層和區(qū)域的厚度，所示大小并不代表實(shí)際尺寸。盡管這些圖并不是完全準(zhǔn)確的反映出器件的實(shí)際尺寸，但是它們還是完整的反映了區(qū)域和組成結(jié)構(gòu)之間的相互位置，特別是組成結(jié)構(gòu)之間的上下和相鄰關(guān)系。 參考圖是本發(fā)明的理想化實(shí)施例的示意圖，本發(fā)明所示的實(shí)施例不應(yīng)該被認(rèn)為僅限于圖中所示區(qū)域的特定形狀，而是包括所得到的形狀，比如制造引起的偏差。例如刻蝕得到的曲線通常具有彎曲或圓潤的特點(diǎn)，但在本發(fā)明實(shí)施例中，均以矩形表示，圖中的表示是示意性的，但這不應(yīng)該被認(rèn)為是限制本發(fā)明的范圍。同時(shí)在下面的描述中，所使用的術(shù)語晶片和襯底可以理解為包括正在工藝加工中的半導(dǎo)體晶片，可能包括在其上所制備的其它薄膜層。 首先，在提供的基板301上利用旋涂或其他方法生長一層有機(jī)半導(dǎo)體材料302，如圖3a?；?01可以為剛性襯底，也可以為柔性襯底，有機(jī)半導(dǎo)體材料302可以為聚合物，如聚3-己基噻吩、小分子物質(zhì)，如并五苯、或者金屬復(fù)合物，如酞菁藍(lán)等。
需要注意的是，為提高有機(jī)半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性，此時(shí)會(huì)對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體材料進(jìn)行相應(yīng)的摻雜處理。 接下來，在有機(jī)半導(dǎo)體材料302的上面利用原子層淀積的方法生長一層無機(jī)柵介質(zhì)303，再在無機(jī)柵介質(zhì)303上面生長一層金屬柵材料304，然后通過光刻的方法刻蝕出柵極的圖形，如圖3b。無機(jī)柵介質(zhì)303比如為八1203、11 )2或者21<)2，金屬柵材料304可以為TiN、 Ru02、 Ru或者其它金屬。 最后，利用旋涂或者其它自組裝的方式形成器件的源極305和漏極306，如圖3c。
源極305和漏極306的材料可以為納米銀顆粒等金屬，也可以為聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚
苯乙烯磺酸等導(dǎo)電聚合物。 這樣一個(gè)有機(jī)薄膜晶體管就形成了 。 本發(fā)明所提供的方法還可以用于頂部接觸式、底部接觸式或者其它結(jié)構(gòu)的有機(jī)薄
膜晶體管的制備，同時(shí)，也還可以用于大規(guī)模有機(jī)柔性襯底集成電路的制備。 如上所述，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下，還可以構(gòu)成許多有很大差別的
實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體實(shí)例。
權(quán)利要求
一種有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于包括基板、有機(jī)半導(dǎo)體層、無機(jī)柵介質(zhì)層、柵極、源極和漏極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于，所述的基板是剛性襯底或者柔性襯底。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于，所述的有機(jī)半導(dǎo)體材料包括聚合物、小分子物質(zhì)或者其他金屬復(fù)合物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于，所述的無機(jī)柵介質(zhì)材料為Al203、Hf02或Zr02。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于，所述的柵極為TiN、Ru02或Ru。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于，所述的源極和漏極為金屬或者導(dǎo)電聚合物。
7. —種如權(quán)利要求1-6之一所述的有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于包括如下步驟提供一個(gè)基板；在所述基板上生長一層有機(jī)半導(dǎo)體材料，并對(duì)所述的有機(jī)半導(dǎo)體進(jìn)行相應(yīng)的摻雜處理，以提高其導(dǎo)電性；在所述有機(jī)半導(dǎo)體層上利用原子層淀積形成一層無機(jī)柵介質(zhì)；在所述無機(jī)柵介質(zhì)上生長一層金屬柵材料；通過光刻的方法刻蝕出柵極的圖形；形成器件的源極和漏極。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造備方法，其特征在于，所述的基板為剛性襯底或者柔性襯底。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述的有機(jī)半導(dǎo)體材料包括聚合物、小分子物質(zhì)或者其他金屬復(fù)合物。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述的無機(jī)柵介質(zhì)為Al203、Hf02或Zr(^，其厚度為1-10納米。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述的柵極為TiN、 Ru02或Ru。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述的源極和漏極為納米銀顆粒，或者為導(dǎo)電聚合物。
全文摘要
本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種有機(jī)薄膜晶體管及其制備方法。本發(fā)明利用原子層淀積無機(jī)高介電常數(shù)柵介質(zhì)的方法來制備有機(jī)薄膜晶體管中的柵介質(zhì)部分，通過該方法可以制備10納米以下的無機(jī)柵介質(zhì)層，所制備的有機(jī)薄膜晶體管可以提高晶體管的工作電流，降低工作電壓，同時(shí)，本發(fā)明所述的方法具有保持有機(jī)薄膜晶體管的制備溫度低、適用于大面積加工、可用于柔性基板和生產(chǎn)成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L51/10GK101783392SQ20101010557
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2010年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月4日
發(fā)明者劉晗, 張衛(wèi), 王鵬飛, 顧晶晶 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)