自对准高性能有机ＦＥＴ的制造方法技术

可以以高体积和低成本制造低沟道长度有机场效应晶体管。该晶体管结构包括依次沉积并被构图的多层，包括用作源极端子的第一导体层、第一电介质层、用作漏极端子的第二导体层、半导体层、第二电介质层、以及用作栅极端子的第三导体层。在这种结构中，在第一导体层和第二导体层之间的第一电介质的边缘上形成晶体管。第二导体层沉积在由电介质形成的凸起的表面上，从而使油墨不会流到电介质的凸起的表面之间的槽中。这是通过用导电油墨涂覆平坦的或旋转的印刷板，并施加适当的压力从而仅在电介质的凸起的表面上沉积该材料来实现的。第二金属自动地与其下的层对准。由于这种自对准和由电介质材料的厚度形成的短沟道，在不需要高分辨率平板印刷设备的情况下制成高性能ＦＥＴ。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及有机晶体管，更具体地，涉及利用高体积自对准构图技术 来制造高性能有机FET的结构和方法，从而制造低沟道长度有机FET器件。
技术介绍
已经有人提出了有机场效应晶体管(FET)用于大量应用，包括显示器、 电子条形码和传感器。低成本工艺、大面积电路和有机材料的化学活性性 能是使有机FET在各种应用中成为重要器件的主要驱动力。很多这些目标 取决于利用印刷技术如苯胺印刷术、凹版印刷、丝网印刷和喷墨印刷等来 制造的方法。有机MOS晶体管在操作上类似于硅金属-氧化物-半导体晶体管。结构 上的主要差别在于有机MOS晶体管利用半导电的有机聚合物膜的薄层作为 器件的半导体，这与更典型的无机硅MOS器件中使用的硅层相抵触。现在参照图l，其中示出了顶栅底接触型有机MOS晶体管100的截面图。 两个导电区101和102沉积在衬底112上并对其进行构图。导电区101和 102之间的间隙为公知的沟道，并在图1中表示为103。半导体层104 沉积在导电区101和102上。电介质材料106的薄膜沉积在半导体层104 的顶部。导电膜108沉积在有机半导体106的顶部并对其进行构图，从而 形成栅极，使得栅极完全覆盖沟道区103。通过电场效应，在栅极导体108和源极101之间施加电压，改变在半 导体区104和电介质106之间的界面附近的沟道区103中的有机半导体的 电阻。当在源极101和漏极102之间施加另一电压，电流在漏极和源极之间流动，这取决于栅-源电压和漏-源电压。有机半导体材料经常分为聚合物、低分子重量或混合物。并五苯、己基噻吩、TPD、和PBD是低重量分子的例子。聚噻吩、对亚苯基亚乙烯基 (parathenylene vinylene)禾口聚亚苯基乙烯(polyphenylene ethylene) 是聚合物半导体的例子。聚乙烯咔唑是混合材料的例子。这些材料不被分 为绝缘体或导体。有机半导体按照与无机半导体中的带理论类似的理论描 述的方式起作用。然而，在有机半导体中引起电荷载流子的实际机制基本 上不同于无机半导体。在例如硅的无机半导体中，通过向主晶格中引入不 同化合价的原子而产生载流子，它的数量通过注入到导带中的载流子的数 量来描述，其运动可以通过波矢量k来描述。在有机半导体中，通过碳分 子的混合在某些材料中产生载流子，其中被称为电子的弱键合的电子离开 原位并从原始产生该电子的原子运动相对长的距离。这种效应特别出现在 包括共轭的分子或苯环结构的材料中。由于离开原位，这些电子可以被简 单地描述为处于导带中。这一机制导致低电荷迁移率，导致有机半导体的 电流特性明显低于无机半导体的电流特性，所述电荷迁移率是描述这些载 流子可以移动穿过该半导体的速度的量。除了较低迁移率之外，产生的载流子的物理特性导致有机M0S晶体管 和无机半导体的操作之间的另一关键区别。在无机半导体的典型操作中， 通过由电荷载流子构成的反型层改变沟道区的电阻，其中电荷载流子 由在半导体中作为少数存在的电荷的类型构成。用与用于导电的载流子相 反类型的载流子对硅体进行掺杂。例如，P型无机半导体由n型半导体构建， 但是使用P型载流子(也被称为空穴)在源极和漏极之间传导电流。然而， 在有机半导体的典型操作中，通过由电荷载流子构成的累积层改变沟 道区的电阻，其中的电荷载流子由半导体中作为多数存在的电荷类型构成。 例如，在常规操作中，PM0S有机晶体管使用P型半导体和p载流子或空穴 来产生电流。尽管有机晶体管具有远低于无机晶体管的性能，但是制造有机晶体管 的材料和处理技术的成本明显低于用于制造无机晶体管的材料和处理技术 的成本。因此，有机晶体管技术应用于希望成本低且可接受低性能的情况。 有机和无机晶体管的性能都部分地取决于沟道长度，其中该沟道长度定义为源极和漏极之间的间隔。工作的最大频率与该沟道长度的平方成反比。因此，希望尽可能减少该间隔。低成本印刷技术一般被限制到25u的最小 范围。以比这更精细的分辨率进行印刷一般是不可能的。在现有技术中，已经提出了其中源极和漏极彼此垂直的晶体管结构。这种类型的结构具有如下优点在不必以这么高分辨率进行印刷的情况下可以实现源极和漏极之间的小间隙。图2示出基本结构。第一导体金属源 极204和第二导体金属漏极206沉积在第一电介质层208的两侧上。晶体 管的沟道由第一金属和第二金属导体之间的表面209限定，由此通过第一 电介质的厚度限定沟道长度。然后将第二电介质207和第三导体214沉积 在那个表面上，从而完成晶体管。由此在无需印刷源极和漏极之间的短间 隙的情况下制造了高性能短沟道长度晶体管。成功地实现这种结构的关键在于金属漏极206和第一电介质208的斜 面211的开始端的对准。图3表示金属漏极306和下层第一电介质层308之间的不良对准的结 果。当对准这些层时，总是存在规定精度的对准容差，该精度是一层相对 于其下面的另一层可以制造的精度。如果将导体印刷到该斜面上，油墨将 以短距离流到金属源极304，使晶体管失效。因此，必须允许距离斜面的边 缘具有容差，从而保证油墨不会印刷到电介质308的斜面309上。因而， 必须制造金属漏极层306，其允许在电介质308的表面上的间隙，从而保证 在未对准的不良情况下，金属漏极层306落在电介质斜面309的边缘的点 311上。然而，标准器件的沟道长度现在由金属漏极306和金属源极304之 间的总距离来限定，该总距离目前是斜面309加上电介质308的表面上的 间隙313。由于对准容差可能比电介质308的厚度大，因此附加间隙313相 比之下可能很大。因而失去了通过垂直晶体管潜在地可获得的短沟道长度 的优点。由于这个原因，有效的垂直晶体管需要消除这个对准容差的工艺。在现有技术中用于消除这个对准容差的公知的一种这样的方法被 Natalie Stutzmann, Richard Friend,禾口 Herming Sirringhause于2004年 3月21日在Science中发表的、名称为Self-Aligned, Vertical-Channel Polymer Field-Effect Transistors的论文公开了。图4示出实现这一 点的方法。参照图4，将V形锻模(impression die) 410按压穿过先前沉积的由第一金属源极404、第一电介质406和第二金属408构成的层。当提 升锻模410时，得到穿过这些层的切口，从而形成倾斜的电介质406，同时 在电介质斜面的顶部切割第二金属408。然而，几个问题使这种制造方法不 切实际。这种方法存在的严重问题是，当将锻模按压穿过这些层时金属408 层受到污染(smear)，由此使第二导体408和第一导体404短路。这种方 法存在的另一问题是锻模在器件的底部形成点，在这个区域中沉积控制厚 度的层是非常困难的。这种方法存在的又一问题是锻模的穿透深度由压力 控制。如果锻模压力太轻，锻模将不会穿透到第一金属层404。如果锻模压 力太重，锻模将穿透衬底402，给晶体管的性能带来不利影响。因此压力的 范围由第一导体404的厚度限定，对于高体积低成本制造方法来说，压力 变化太窄。因此，希望提供一种用于有机FET的实际结构，利用低成本印刷技术 产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机场效应晶体管，包括：　具有凸起的表面的被构图的电介质层；　源极或漏极导体层；以及　垂直晶体管结构，其中通过仅向电介质层的凸起的表面施加导体层，而将所述源极或漏极导体层沉积为与下面的电介质层自对准的层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-4-27 11/380,5171、一种有机场效应晶体管，包括具有凸起的表面的被构图的电介质层；源极或漏极导体层；以及垂直晶体管结构，其中通过仅向电介质层的凸起的表面施加导体层，而将所述源极或漏极导体层沉积为与下面的电介质层自对准的层。2、 一种有机场效应晶体管，包括 衬底层；形成在所述衬底层上的金属源极层；形成在所述衬底层上且具有倾斜边缘的第一电介质层，该倾斜边缘形 成所述晶体管的沟道长度，形成在所述第一电介质层上的自对准金属漏极层； 形成在所述第一电介质层的所述倾斜边缘上的半导体层；以及 形成在所述半导体层上的金属栅极层。3、 根据权利要求1所述的有机场效应晶体管，还包括半导体层和第二 电介质层中的开口，以便允许接触到金属源极层。4、 根据权利要求1所述的有机场效应晶体管，还包括半导体层和第二 电介质层中的开口，以便允许接触到金属漏极层。5、 一种制造有机场效应晶体管的方法，包括 形成衬底层；在该衬底层上形成金属源极层；在该衬底层上形成具有倾斜边缘的第一电介质层，该倾斜边缘形成晶 体管的沟道长度；在该第一 电介质层上形成自对准金属漏极层； 在该第一电介质层的所述倾斜边缘上形成半导体层；以及在该半导体层上形成金属栅极层。6、 根据权利要求5所述的方法，还包括在所述半导体层和第二电介质 层中形成开口，以便允许接触到所述金属源极层。7、 根据权利要求5所述的方法，还包括在所述半导体层和第二电介质 层中形成开口，以便允许接触到所述金属漏极层。8、 根据权利要求5所述的方法，其中形成所述自对准金属漏极层包括: 用包括基于溶液的导体的油墨涂覆印刷板的表面；以及施加所述印刷板以将所述油墨传送到所述第一电介质层的凸起的表面 上，但是不将油墨传送到所述第一电介质层中的槽内。9、 根据权利要求8所述的方法，其中调节印刷板的压力，以便优化油 墨的传送，使其仅传送到所述第一电介质层的凸起的表面上，所述优化的 压力通过所述第一 电介质层中的所述槽内基本上无油墨来证实。10、 根据权利要求8所述的方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：K迪姆勒尔，RR罗措尔，
申请(专利权)人：奥加尼希德公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]