专利名称：图案化制程及应用此制程的有机薄膜晶体管的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种图案化制程以及有机薄膜晶体管的制作方法，且特别是有关于一种利用自组织分子材料层(Self-Assembled Monolayer，SAM)来进行图案化制程，以及利用上述图案化制程的有机薄膜晶体管(Organic Thin-Film Transistor，O-TFT)的制作方法。
背景技术：
由于有机半导体组件(Organic Semiconductor Device)可以制作在软性塑料或薄金属基板上，因此其具有重量轻、成本低、可挠性(Flexibility)等优点与特性。其中，有机薄膜晶体管(Organic Thin-Film Transistor，O-TFT)已受到许多先进国家的学界及工业研究上的重视。
图1A～图1F显示为公知一种有机薄膜晶体管的制作方法的步骤流程剖面示意图。请参照图1A，首先在基板110上形成一闸极120。接着，请参照图1B，于基板110上形成一介电层130覆盖上述闸极120。继之，请参照图1C，于介电层130上形成有机材料层140，此有机材料层140是作为后续形成有机薄膜晶体管100的有机半导体层170之用。再来，请参照图1D，于有机材料层140上形成图案化光阻150，并对于有机材料层140进行图案化制程160，而形成如图1E所显示的有机半导体层170。之后，请参照图1F，于有机半导体层170上制作源极180a、汲极180b。至此，完成由闸极120、有机半导体层170、源极180a、汲极180b等组件所构成的有机薄膜晶体管100。
在上述有机薄膜晶体管100的制作方法中，由于介电层130通常使用无机材质，所以使得有机半导体层170与介电层130之间的接面特性较差。并且，如图1D所显示的图案化光阻150与有机材料层140均为有机材质，使得图案化光阻150与有机材料层140之间具有较大的键结能力。因此，当完成图案化制程160而欲继续移除图案化光阻150时，部分有机半导体层170会随图案化光阻150而剥落，使得有机半导体层170产生如图1E所显示的凹凸不平的表面。另外，有机半导体层170也可能因此而从介电层130上脱落，使得有机薄膜晶体管100的制作良率下降。
再者，利用图案化光阻150对于有机材料层140进行图案化制程160也会产生另外的问题。更详细地说，由于是利用图案化光阻150作为屏蔽而移除未受其保护的有机材料层140，所以，并不易以良好的图案精度来定义有机薄膜晶体管100的主动区(即有机半导体层170)，因而造成有机薄膜晶体管100的操作特性下降及主动区漏电流过大等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种图案化制程，其能够以良好的图案精度来定义组件的图案。
本发明的另一目的是提供一种有机薄膜晶体管的制作方法，其能够改善位于主动区的有机半导体层的接面特性，并以良好的图案精度定义有机薄膜通道层。
为实现上述目的，本发明提供的图案化制程，包括提供一基板；形成一图案化自组织分子材料层于该基板上；形成一有机材料层于该基板上，且该有机材料层覆盖该图案化自组织分子材料层；以及移除部分该有机材料层，其中与该图案化自组织分子材料层接触的该有机材料层会存留，而形成一图案化有机材料层。
所述的图案化制程，其中形成该图案化自组织分子材料层的方法包括形成一自组织分子材料层于该基板上；提供一光罩；利用该光罩对该自组织分子材料层进行一曝光制程；以及显影该自组织分子材料层。
所述的图案化制程，其中移除部分该有机材料层的方法包括提供一溶剂；以及利用该溶剂清洗该基板。
所述的图案化制程，其中该图案化自组织分子材料层的材质是选自于十八烷基三乙氧基硅烷、十八烷基三氯硅烷、六甲基二硅氮烷及其组合其中之一。
所述的图案化制程，其中该有机材料层的材质包括五苯。
本发明提供的有机薄膜晶体管的制作方法，该方法包括形成一闸极、一介电层、一有机半导体层以及一源极/汲极，其特征在于在形成该有机半导体层之前，先形成一图案化自组织分子材料层。
所述的有机薄膜晶体管的制作方法，其中形成该图案化自组织分子材料层的方法包括形成一自组织分子材料层于该介电层上；提供一光罩；利用该光罩对该自组织分子材料层进行一曝光制程；以及显影该自组织分子材料层。
所述的有机薄膜晶体管的制作方法，其中该有机半导体层覆盖该图案化自组织分子材料层，且当移除部分该有机半导体层时，与该图案化自组织分子材料层接触的该有机半导体层会存留，而形成一图案化的有机半导体层。
所述的有机薄膜晶体管的制作方法，其中该闸极是形成于该源极/汲极下方。
所述的有机薄膜晶体管的制作方法，其中该闸极是形成于该源极/汲极上方。
换言之，基于上述或是其它目的，本发明提出一种图案化制程，其包括下列步骤。首先，提供一基板。接着，形成一图案化自组织分子材料层(SAM)于此基板上。继之，形成一有机材料层于此基板上，且有机材料层覆盖图案化自组织分子材料层。之后，移除部分有机材料层，其中与图案化自组织分子材料层接触的有机材料层会存留，而形成一图案化有机材料层。
在本发明的一实施例中，上述的形成图案化自组织分子材料层的方法包括下列步骤。首先，形成一自组织分子材料层于基板上。接着，提供一光罩。继之，利用光罩对自组织分子材料层进行一曝光制程。之后，显影此自组织分子材料层。
在本发明的一实施例中，上述的移除部分有机材料层的方法，包括下列步骤。首先，提供一溶剂。之后，利用此溶剂清洗基板。
在本发明的一实施例中，上述的图案化自组织分子材料层的材质是选自于十八烷基三乙氧基硅烷(octadecyltriethoxysilane，ODS)、十八烷基三氯硅烷(octadecyltrichlorosilane，OTS)、六甲基二硅氮烷(1，1，1，3，3，3-hexamethyldisilazane，HMDS)及其组合其中之一。
在本发明的一实施例中，上述的有机材料层的材质包括五苯(pentacene)。
基于上述或是其它目的，本发明再提出一种有机薄膜晶体管的制作方法，此方法包括形成一闸极、一介电层、一有机半导体层以及一源极/汲极，其特征在于在形成有机半导体层之前，先形成一图案化自组织分子材料层。
在本发明的一实施例中，上述的形成图案化自组织分子材料层的方法包括下列步骤。首先，形成一自组织分子材料层于介电层上。接着，提供一光罩。继之，利用光罩对自组织分子材料层进行一曝光制程。之后，显影此自组织分子材料层。
在本发明的一实施例中，上述的有机半导体层覆盖图案化自组织分子材料层，且当移除部分有机半导体层时，与图案化自组织分子材料层接触的有机半导体层会存留，而形成一图案化的有机半导体层。
在本发明的一实施例中，上述的闸极是形成于源极/汲极下方。
在本发明的一实施例中，上述的闸极是形成于源极/汲极上方。
本发明的图案化制程利用图案化自组织分子层材料(patterned SAM)对有机半导体层进行图案定义，因此，能够以良好的图案精度来定义组件的图案，并可增进有机半导体层的接面特性。此外，利用本发明的图案化制程的有机薄膜晶体管的制作方法，可以有效地改善位于主动区的有机半导体层的接面特性，并能够以良好的图案精度定义有机半导体层。
图1A～图1F显示为公知一种有机薄膜晶体管的制作方法的步骤流程剖面示意图。
图2A～图2G显示为本发明一较佳实施例中一种图案化制程的步骤流程剖面示意图。
图3显示为本发明较佳实施例的一种有机薄膜晶体管的剖面示意图。
图4A～图4G显示为图3中的有机薄膜晶体管的制作方法的步骤流程剖面示意图。
图5显示为本发明较佳实施例的另一种有机薄膜晶体管的剖面示意图。
具体实施例方式
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
本发明所提出的图案化制程与有机薄膜晶体管的制作方法是利用自组织分子层对于有机材料层进行精准的图案化制程。并且，有机材料层的接面特性可由自组织分子层而改善。以下的说明为本发明的较佳实施例，但并非用以限定本发明。
图2A～图2G显示为本发明一较佳实施例中一种图案化制程的步骤流程剖面示意图。
首先，提供一基板200，如图2A所显示。在一实施例中，此基板200可以是含有阻障层的可弯的塑料或金属箔基板、硅基板，或是玻璃基板。
接着，形成一图案化自组织分子材料层210’(patterned SAM)于此基板200上(如图2E所显示)。在一实施例中，上述的形成图案化自组织分子材料层210’的方法例如是采用如图2B～图2E所显示的步骤。请先参照图2B，首先，形成一自组织分子材料层210于基板200上，其中，形成自组织分子材料层210的方法例如是涂布法或是蒸镀法。并且，自组织分子材料层210的材质例如是选自于十八烷基三乙氧基硅烷、十八烷基三氯硅烷、六甲基二硅氮烷及其组合其中之一。
接着，如图2C所显示，提供一光罩220。在一实施例中，此光罩220具有能转移到自组织分子材料层210上的组件图案(未显示)。
继之，如图2D所显示，利用光罩220对自组织分子材料层210进行一曝光制程230。在一实施例中，上述的曝光制程230所使用的光源包括紫外光。较佳的是，曝光制程230照射紫外光的时间介于200～300秒，以使组件图案在适当时间内能充分转移到自组织分子材料层210上。特别是，当自组织分子材料层210的材料为上述的ODS时，其对于紫外光有良好的吸收能力，因此，光罩220上的组件图案能够精准地转移到自组织分子材料层210上，而提高图案化的精度。
之后，如图2E所显示，显影上述曝光后的自组织分子材料层210。至此，而完成图案化自组织分子材料层210’的制程。特别是，由于自组织分子材料层210在照射紫外光的后会被分解，所以，使得照射了紫外光的自组织分子材料层210可以在显影步骤后被移除。此显影步骤可以是一般的半导体制程中的显影步骤，其例如是使用软性的有机溶剂移除经照射紫外光而分解了的自组织分子材料层210，详细的步骤在此不予以详述。
请继续参照图2F，形成一有机材料层240于基板200上，且有机材料层240覆盖图案化自组织分子材料层210’。在一实施例中，有机材料层240的材质包括五苯。并且，上述的于基板200上形成有机材料层240的方法包括涂布法或蒸镀法。
之后，请参照图2G，移除部分有机材料层240，其中与图案化自组织分子材料层210’接触的有机材料层240会存留，而形成一图案化有机材料层240’。在一实施例中，移除部分有机材料层240的方法，包括下列步骤。首先，提供一溶剂250，此溶剂例如是水或有机溶剂。之后，利用此溶剂250清洗基板200。由于有机材料层240与图案化自组织分子材料层210’之间的键结能力比有机材料层240与溶剂250之间的键结能力还大，所以，当用溶剂250清洗有机材料层240时，会在图案化自组织分子材料层210’的上方自然形成图案化有机材料层240’。
值得注意的是，本发明的图案化制程并不需要使用图案化光阻150(如图1D所显示)来图案化有机材料层240。因此，本发明并不会有公知中在移除图案化光阻150的同时，伴随产生的有机半导体层170剥落以及图案化精度较差的问题。
并且，本发明利用对于紫外光吸收能力较好的自组织分子材料层210，而能够直接将光罩220上的组件图案转移到自组织分子材料层210上。因此，形成的图案化自组织分子材料层210’具有较高的图案精度，进而能准确地定义有机材料层240的图案。另外，使自组织分子材料层210位于有机材料层240与基板200之间，也能够改善有机材料层240的接面特性。
再者，利用有机材料层240与图案化自组织分子材料层210’之间的键结能力远大于有机材料层240与基板200之间的键结能力的特性，而能够轻松地以溶剂250移除未与图案化自组织分子材料层210’接触的有机材料层240。因此，可简化制程并提高图案化制程的良率。
利用上述的图案化制程可有效地定义有机薄膜晶体管的主动区。图3显示为本发明较佳实施例的一种有机薄膜晶体管的剖面示意图。请参照图3，本发明的有机薄膜晶体管300的制作方法包括形成一闸极320、一介电层330、一有机半导体层350’以及一源极360a/汲极360b，其特征在于在形成有机半导体层350’的前，先形成图案化自组织分子材料层340’。以下将利用图3所显示的有机薄膜晶体管300为例，说明本发明的有机薄膜晶体管的制作方法，但是，下述说明仅用以举例，并不限制利用本发明的有机薄膜晶体管的制造方法所制造的有机薄膜晶体管的结构。
图4A～图4G显示为图3中的有机薄膜晶体管的制作方法的步骤流程剖面示意图。请参照图4A，先提供一基板310。在一实施例中，此基板310可以是含有阻障层的可弯的塑料或金属箔基板、硅基板或是玻璃基板。
接着，如图4B所显示，在基板310上形成一闸极320。在一实施例中，此闸极320可以是经由一般的薄膜沉积制程配合微影蚀刻制程而得，或者是利用一荫屏蔽(shadow mask)配合薄膜沉积制程而形成，在此不予以详述。
再来，如图4C所显示，于基板310上形成介电层330覆盖上述闸极320。在一实施例中，形成此介电层330的方法可以是化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)或是其它适当的方法。而此介电层330的材质例如是氧化硅、氮化硅或其它有机介电材料，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、含氢的硅酸盐(Hydrogen Silsesquioxane，HSQ)等。
继之，于介电层330上形成图案化自组织分子材料层340’(如图4E所显示)。在一实施例中，上述的形成图案化自组织分子材料层340’的方法包括如图4D～图4E的步骤。请先参照图4D，首先于介电层330上形成一自组织分子材料层340。在一实施例中，形成此自组织分子材料层340的方法包括涂布法或是蒸镀法。并且，自组织分子材料层340的材质例如是选自于十八烷基三乙氧基硅烷、十八烷基三氯硅烷、六甲基二硅氮烷及其组合其中之一。
请继续参照图4D，接着，提供一光罩370。此光罩370具有可转移到自组织分子材料层340上的组件图案。继之，利用光罩370对自组织分子材料层340进行一曝光制程380。之后，显影此自组织分子材料层340，而形成如图4E所显示的图案化自组织分子材料层340’。在一实施例中，曝光制程380所使用的光源可以是紫外光，较佳的是，照射紫外光的时间介于200～300秒，以使组件图案能在适当时间内充分转移到自组织分子材料层210上。特别是，当自组织分子材料层340的材料为上述的ODS时，其对于紫外光有良好的吸收能力，因此，光罩370上的图案能够直接转移到自组织分子材料层440上，而使其具有良好的图案精度。
之后，如图4F～4G所显示，于图案化自组织分子材料层340’上形成图案化的有机半导体层350’。首先，请参照图4F，在基板310上全面形成有机半导体层350。在一实施例中，形成有机半导体层350的方法包括涂布法或蒸镀法，并且，有机半导体层350的材质例如是五苯。如图4F与图4G所显示，有机半导体层350覆盖图案化自组织分子材料层340’，且当移除部分有机半导体层350时，与图案化自组织分子材料层340’接触的有机半导体层350会存留，而形成图案化的有机半导体层350’。
更详细地说，上述的移除部分有机半导体层350的方法包括下列步骤。首先，提供一溶剂365，如图4F所示。之后，利用溶剂365清洗基板310。在一实施例中，溶剂365包括水或有机溶剂。由于有机半导体层350与图案化自组织分子材料层340’之间的键结能力比有机半导体层350与溶剂365之间的键结能力还大，所以，当用溶剂365清洗有机半导体层350时，会在图案化自组织分子材料层340’的上方自然形成图案化的有机半导体层350’，如图4G所示。
最后，于图案化有机半导体层350上制作源极360a和汲极360b，即可得到如图3所显示的有机薄膜晶体管300。值得注意的是，上述的闸极320是形成于源极360a/汲极360b下方。所以，其又称为底闸式有机薄膜晶体管。然而，在其它的实施例中，利用上述的方法也可以形成如图5所显示的顶闸式的有机薄膜晶体管400，其在基板410上形成一闸极420、一介电层430、一有机半导体层450’以及一源极460a/汲极460b。此实施例的闸极420是形成于源极460a/汲极460b上方，由于制作方法与上述图3的有机薄膜晶体管300的制程类似，在此不再予以详述。值得注意的是，在形成如图5中的有机薄膜晶体管400的有机半导体层450’之前，会先形成图案化自组织分子材料层440’。由图案化自组织分子材料层440’，可以良好的图案精度定义有机薄膜晶体管400的主动区，并且改善有机半导体层450’的接面特性。
另外，上述使用图案化自组织分子材料层340’、440’定义有机半导体层350’、450’的方式，并不限于制作上述两种有机薄膜晶体管300、400，其也可以应用在其它结构的有机薄膜晶体管中，以提高对于有机薄膜晶体管的主动区的主动层沉积的选择比，并改善主动层的接面特性。
综上所述，本发明的图案化制程以及有机薄膜晶体管的制作方法具有下列优点(1)利用自组织分子材料层的图案化制程具有简单的制程步骤，并能以良好的图案精度来定义有机半导体层的图案。
(2)使自组织分子材料层位于有机材料层与基板之间，能够改善有机材料层的接面特性，进而能防止有机材料层从基板上脱落。
(3)利用自组织分子材料层定义有机薄膜晶体管的主动区，可以得到具有良好的图案精度的有机半导体层。所以，可改善有机薄膜晶体管的操作特性及降低主动区漏电流的现象。
(4)使自组织分子材料层位于主动区的有机半导体层与基板之间，可改善有机半导体层的接面特性，而防止有机半导体层自基板上脱落。所以，可提升有机薄膜晶体管的制作良率。
虽然本发明已以较佳实施例描述如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视申请专利范围所界定内容为准。
权利要求
1.一种图案化制程，包括提供一基板；形成一图案化自组织分子材料层于该基板上；形成一有机材料层于该基板上，且该有机材料层覆盖该图案化自组织分子材料层；以及移除部分该有机材料层，其中与该图案化自组织分子材料层接触的该有机材料层会存留，而形成一图案化有机材料层。
2.如权利要求1所述的图案化制程，其中形成该图案化自组织分子材料层的方法包括形成一自组织分子材料层于该基板上；提供一光罩；利用该光罩对该自组织分子材料层进行一曝光制程；以及显影该自组织分子材料层。
3.如权利要求1所述的图案化制程，其中移除部分该有机材料层的方法包括提供一溶剂；以及利用该溶剂清洗该基板。
4.如权利要求1所述的图案化制程，其中该图案化自组织分子材料层的材质是选自于十八烷基三乙氧基硅烷、十八烷基三氯硅烷、六甲基二硅氮烷及其组合其中之一。
5.如权利要求1所述的图案化制程，其中该有机材料层的材质包括五苯。
6.一种有机薄膜晶体管的制作方法，该方法包括形成一闸极、一介电层、一有机半导体层以及一源极/汲极，其特征在于在形成该有机半导体层之前，先形成一图案化自组织分子材料层。
7.如权利要求6所述的有机薄膜晶体管的制作方法，其中形成该图案化自组织分子材料层的方法包括形成一自组织分子材料层于该介电层上；提供一光罩；利用该光罩对该自组织分子材料层进行一曝光制程；以及显影该自组织分子材料层。
8.如权利要求6所述的有机薄膜晶体管的制作方法，其中该有机半导体层覆盖该图案化自组织分子材料层，且当移除部分该有机半导体层时，与该图案化自组织分子材料层接触的该有机半导体层会存留，而形成一图案化的有机半导体层。
9.如权利要求6所述的有机薄膜晶体管的制作方法，其中该闸极是形成于该源极/汲极下方。
10.如权利要求6所述的有机薄膜晶体管的制作方法，其中该闸极是形成于该源极/汲极上方。
全文摘要
一种图案化制程，其包括下列步骤。首先，提供一基板。接着，形成一图案化自组织分子材料层于基板上。继之，形成一有机材料层于基板上，且有机材料层覆盖图案化自组织分子材料层。之后，移除部分有机材料层，其中与图案化自组织分子材料层接触的有机材料层会存留，而形成一图案化有机材料层。由使用图案化自组织分子材料层，能增进有机材料层的接面特性，并提高图案化有机材料层的图案精度。本发明另提出一种使用上述图案化制程的有机薄膜晶体管的制作方法。
文档编号H01L51/40GK101087010SQ20061008390
公开日2007年12月12日 申请日期2006年6月6日 优先权日2006年6月6日
发明者颜国锡, 周政伟, 冉晓雯, 吴泉毅 申请人:中华映管股份有限公司