专利名称：双载子反相器组件结构及其制造方法
双载子反相器组件结构及其制造方法技术领域
本发明是涉及一种半导体组件及其制造方法，特别是一种双载子反相器组件结构及其制造方法。
背景技术：
反相器(inverter)为积体电路中一个基础的组件。反相器可以将输入信号的相位反转180度，这种电路应用在模拟电路，例如音频放大、时钟振荡器等。在电子线路设计中，经常需要用到反相器。
一般而言，制作反相器有两种方式。第一种是制作单极性反相器，其直接由两个单极性的电晶体(PM0S或NM0S)组成互补逻辑。由于是单一型态PMOS或NMOS直接建构而成，所以源/漏极电极只需一种金属，而主动层材料也只需单一型态(P型或N型)材料，故其优点是可简化工艺，但缺点是信号容易失真，并有较高功率消耗。
第二种方式较为常见，是同时串接N型及P型有机薄膜电晶体组成互补性反相器电路，其优势除了有低功率消耗，并具备高稳定性和较高的杂噪宽容度。然而，如何将N型及P型主动层同时制作于同一个基板上，又必须进行单独的图案化工艺，当中要避免每一层材料特性受到损坏是相当有难度的。
在上述两种方式中，无论是两个单一极性的电晶体或是两个不同极性的电晶体组成CMOS反相器，都是需要两个组件来组合，其较占面积，且工艺较为复杂。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可更适合应用逻辑电路的设计并简化工艺的双载子反相器组件结构及其制造方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种双载子反相器组件结构，其中，包括:
一闸极，配置于一基板上；
二第一电极，配置于所述基板上、位于所述闸极的两侧且位于一第一平面；
二第二电极，配置于所述基板上、位于所述闸极的两侧且位于一第二平面，其中所述第一电极其中一个与所述第二电极其中一个电性连接；
一双极性半导体层，配置于所述第一平面与所述第二平面之间；
一第一载子阻挡层，配置于所述双极性半导体层与所述第一电极之间；
一第二载子阻挡层，配置于所述双极性半导体层与所述第二电极之间；以及
一介电层，配置于所述闸极及所述第二电极之间。
上述的双载子反相器组件结构，其中，所述第一电极及所述第二电极位于所述闸极下方。
上述的双载子反相器组件结构，其中，所述第一平面低于所述第二平面。
上述的双载子反相器组件结构，其中，所述第一电极及所述第二电极位于所述闸极上方。
上述的双载子反相器组件结构，其中，所述第一平面高于所述第二平面。
上述的双载子反相器组件结构，其中，所述双极性半导体层是由N型有机半导体材料与P型有机半导体材料堆叠所组成。
上述的双载子反相器组件结构，其中，所述双极性半导体层是由N型有机半导体材料与P型有机半导体材料混合所组成。
上述的双载子反相器组件结构，其中，所述双极性半导体层是由具双极特性的有机半导体材料所组成。
上述的双载子反相器组件结构，其中，所述双极性半导体层是由N型无机半导体材料与P型无机半导体材料堆叠所组成
上述的双载子反相器组件结构，其中，所述第一载子阻挡层为电子阻挡层，所述第二载子阻挡层为空穴阻挡层；或所述第一载子阻挡层为空穴阻挡层，所述第二载子阻挡层为电子阻挡层。
上述的双载子反相器组件结构，其中，所述第一载子阻挡层或所述第二载子阻挡层为一电子阻挡层时，所述电子阻挡层是由一无机材料或一有机材料所组成。
上述的双载子反相器组件结构，其中，所述无机材料包括W03、V2O5或Mo03。
上述的双载子反相器组件结构，其中，所述有机材料包括4’，4”_参(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯胺(m-MTDATA)或双(2-甲基-8-羟基喹啉-NI，08)-(1，I’ -联苯-4-羟基)铝(BALq)。
上述的双载子反相器组件结构，其中，所述第一载子阻挡层或所述第二载子阻挡层为一空穴阻挡层时，所述空穴阻挡层是由一无机材料或一有机材料所组成。
上述的双载子反相器组件结构，其中，所述无机材料包括LiF、CsF或Ti02。
上述的双载子反相器组件结构，其中，所述有机材料包括2，9- 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲啰啉(BCP)。
为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种双载子反相器组件结构的制造方法，其中，包括:
于一基板上形成二第一电极；
于所述基板上依序形成一第一载子阻挡材料层、一双极性半导体材料层及一第二载子阻挡材料层，以覆盖所述第一电极；
将所述第一载子阻挡材料层、所述双极性半导体材料层及所述第二载子阻挡材料层图案化，以形成裸露出一个第一电极的一部分的一堆叠结构；
于所述基板上形成二第二电极，其中所述第一电极其中一个与所述第二电极其中一个电性连接；
于所述基底上形成一介电层，以覆盖所述堆叠结构及所述第二电极；以及
于所述第二电极之间的所述介电层上形成一闸极。
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，于所述基板上形成所述第二电极的方法包括:
于所述基底上形成一电极层，以覆盖所述堆叠结构及所述第一电极的经裸露表面；
于所述电极层上形成一图案化光阻层；
以所述图案化光阻层为罩幕，移除部分所述电极层，以形成所述第二电极，且一个第二电极沿所述堆叠结构的侧壁与所述第一电极的经裸露表面连接；以及
移除所述图案化光阻层。
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，形成所述第一载子阻挡材料层及所述第二载子阻挡材料层的方法各自包括蒸镀法。
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，形成所述双极性半导体材料层的方法包括进行蒸镀法、共蒸镀法或溶液工艺。
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，所述双极性半导体材料层是由N型有机半导体材料与P型有机半导体材料堆叠所组成。
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，所述双极性半导体材料层是由N型有机半导体材料与P型有机半导体材料混合所组成。
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，所述双极性半导体材料层是由具双极特性的有机半导体材料所组成。
上述的双载子反相器组件结构，其中，所述双极性半导体材料层是由N型无机半导体材料与P型无机半导体材料堆叠所组成。
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，所述第一载子阻挡材料层为电子阻挡材料层，所述第二载子阻挡材料层为空穴阻挡材料层；或所述第一载子阻挡材料层为空穴阻挡材料层，所述第二载子阻挡材料层为电子阻挡材料层。
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，所述第一载子阻挡材料层或所述第二载子阻挡材料层为一电子阻挡材料层时，所述电子阻挡材料层是由一无机材料或一有机材料所组成。
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，所述无机材料包括W03、V2O5或MoO30
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，所述有机材料包括4’，4”_参(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯胺(m-MTDATA)或双(2-甲基-8-羟基喹啉-NI，08)-(1，I，_联苯~4~轻基)招(BALq)。
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，所述第一载子阻挡材料层或所述第二载子阻挡材料层为一空穴阻挡材料层时，所述空穴阻挡材料层是由一无机材料或一有机材料所组成。
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，所述无机材料包括LiF、CsF或Ti02。
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，所述有机材料包括2，9_ 二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲啰啉(BCP)。
为了更好地实现上述目的，本发明还提供了 一种双载子反相器组件结构的制造方法，其中，包括:
于一基板上形成一闸极；
于所述基板上形成覆盖所述闸极的一介电层；
于所述介电层上形成二第一电极；
于所述介电层上依序形成一第一载子阻挡材料层、一双极性半导体材料层及一第二载子阻挡材料层，以覆盖所述第一电极；
将所述第一载子阻挡材料层、所述双极性半导体材料层及所述第二载子阻挡材料层图案化，以形成裸露出一个第一电极的一部分的一堆叠结构；以及
于所述堆叠结构上形成二第二电极，其中所述第一电极其中一个与所述第二电极其中一个电性连接。
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，于所述基板上形成所述第二电极的方法包括:
于所述基底上形成一电极层，以覆盖所述堆叠结构及所述第一电极的经裸露表面；
于所述电极层上形成一图案化光阻层；
以所述图案化光阻层为罩幕，移除部分所述电极层，以形成所述第二电极，且一个第二电极沿所述堆叠结构的侧壁与所述第一电极的经裸露表面连接；以及
移除所述图案化光阻层。
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，形成所述第一载子阻挡材料层及所述第二载子阻挡材料层的方法各自包括蒸镀法。
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，形成所述双极性半导体材料层的方法包括进行蒸镀法、共蒸镀法或溶液工艺。
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，所述双极性半导体材料层是由N型有机半导体材料与P型有机半导体材料堆叠所组成。
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，所述双极性半导体材料层是由N型有机半导体材料与P型有机半导体材料混合所组成。
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，所述双极性半导体材料层是由具双极特性的有机半导体材料所组成。
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，所述双极性半导体材料层是由N型无机半导体材料与P型无机半导体材料堆叠所组成。
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，当所述第一载子阻挡材料层为电子阻挡材料层，所述第二载子阻挡材料层为空穴阻挡材料层；或当所述第一载子阻挡材料层为空穴阻挡材料层，所述第二载子阻挡材料层为电子阻挡材料层。
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，所述第一载子阻挡材料层或所述第二载子阻挡材料层为一电子阻挡材料层时，所述电子阻挡材料层是由一无机材料或一有机材料所组成。
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，所述无机材料包括W03、V2O5或MoO30
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，所述有机材料包括4’，4”_参(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯胺(m-MTDATA)或双(2-甲基-8-羟基喹啉-NI，08)-(1，I，_联苯~4~轻基)招(BALq)。
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，所述第一载子阻挡材料层或所述第二载子阻挡材料层为一空穴阻挡材料层时，所述空穴阻挡材料层是由一无机材料或一有机材料所组成。
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，所述无机材料包括LiF、CsF或TiO20
上述的双载子反相器组件结构的制造方法，其中，所述有机材料包括2，9_ 二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲啰啉(BCP)。
本发明的技术效果在于:通过于双极性半导体层的两侧分别配置电子阻挡层及空穴阻挡层，加上四接点的设置，可于单一组件中执行反相器的操作，大幅提升电流开关比，且于低电场操作时不会有明显电流产生。此外，本发明的制作方法简单，仅需一次图案化步骤即可同时定义出供N型组件与P型组件使用的半导体层，可降低现有技术多次图案化工艺对半导体材料的影响，以有效提升双载子组件的效能。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1A ID为本发明第一实施例的双载子反相器组件结构的制造方法的剖面示意图1D-1为本发明第一实施例的双载子反相器组件结构的剖面示意图2A 2B为本发明第二实施例的双载子反相器组件结构的制造方法的剖面示意图2B-1为本发明第二实施例的双载子反相器组件结构的剖面示意图2B-2为本发明第二实施例的双载子反相器组件结构的剖面示意图3为实例I的反相器组件的Vin-Vout图。
其中，附图标记
10、10a、20、20a、20b双载子反相器组件结构
100、200 基板
102a、102b、114a、114b、206a、206b、216a、216b 电极
104、108、208、212载子阻挡材料层
104a、108a、208a、212a 载子阻挡层
106、210双极性半导体材料层
106a、210a双极性半导体层
110、115图案化光阻层
112、214 堆叠结构
114电极层
114c 延伸部
116、204 介电层
118、202 闸极具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述:
本发明提出一种双载子反相器组件结构，其在源极/漏极与双极性半导体层之间加入载子阻挡层(如电子阻挡层或空穴阻挡层)，依阻挡层的特性来限制载子注入，进一步决定组件电性为N型或P型。如此一来，可以从双极性半导体层中分别萃取出单极性的组件电特性，使其组件操作上如同单极性有机场效电晶体(unipolar 0FET),如此可更适合应用逻辑电路的设计并简化工艺。
本发明的结构可用来制作反相器组件，仅需一次图案化步骤即可同时定义出供N型组件与P型组件使用的半导体层，大幅简化工艺及提升竞争力。将列举两个实施例说明如下。
第一实施例
图1A ID为本发明第一实施例的双载子反相器组件结构的制造方法的剖面示意图。
请参照图1A，于基板100上形成互相分开的电极102a与电极102b。基板100可为硬式基板或可挠式基板。硬式基板的材料例如是玻璃、石英或硅晶圆。可挠式基板的材料例如是塑胶如压克力、金属箔(metal foil)或是纸。电极102a与电极102b的形成方法例如是先于基底100上形成电极层(图未示)，再利用微影与蚀刻工艺将电极层图案化。电极层的材料例如为金、银、铜、铝、钥、铬等或其合金。电极层的形成方法包括进行物理气相沉积工艺，如蒸镀法。在另一实施例中，也可以于基板100上直接形成电极102a与电极102b，例如是以导电油墨喷印方式或其他转印技术制作。
然后，于基板100上依序形成载子阻挡材料层104、双极性半导体材料层106、载子阻挡材料层108，以覆盖电极102a与电极102b。接着，于载子阻挡材料层108上形成图案化光阻层110。
载子阻挡材料层104、108可以分别为电子阻挡材料层及空穴阻挡材料层(或电子阻挡材料层及空穴阻挡材料层)。当载子阻挡材料层104或108为电子阻挡材料层时，电子阻挡材料层可由无机材料或有机材料所组成。无机材料例如是W03、V205或MoO3。有机材料例如是 4’，4”-参(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯胺(4，，4”-tris (N-3-methylpheny 1_N_phenylamino) triphenylamine,m-MTDATA)或双(2-甲基-8-轻基喹啉-NI, 08)-(I, I’-联苯-4-轻基)招(bis (2-methyl-8-quinolinoIato-Nl, 08)-(1, I，-biphenyl-4-olato)aluminum ；BALq)。当载子阻挡材料层104或108为空穴阻挡材料层时,空穴阻挡材料层可由无机材料或有机材料所组成。无机材料例如是LiF、CsF或Ti02。有机材料例如是2，9- 二甲基-4, 7- 二苯基-1,10-菲卩罗啉(2,9-dimethyl-4, 7-diphenyl-l, 10-phenanthroline ；BCP)。
特别要注意的是，本发明的双极性半导体材料是指空穴特性及电子特性互相“平衡”的材料。在一实施例中，双极性半导体材料层106是由N型有机半导体材料与P型有机半导体材料堆叠所组成。N型有机半导体材料例如是N，N’ -双十三烷基-3，4，9，10-茈四羧酸二酸亚胺(N, N ' -ditridecyl-3,4,9,10-perylene tetracarboxylic diimide,PTCD1-C13)、碳六十(C60)或 6,6-苯基-C61-丁酸甲酷([6,6]-phenyl-C61-butyric acidmethyl ester, PCBM)。P型有机半导体材料例如是并五苯(pentacene)或聚3_己基噻吩(poly (3-hexylthiophene), P3HT)。N型有机半导体材料与P型有机半导体材料例如是分别由蒸镀法所形成。在另一实施例中，双极性半导体材料层106是由N型有机半导体材料与P型有机半导体材料混合所组成。以溶液方式或共蒸镀法混合上述N型有机半导体材料与P型有机半导体材料以形成。在又一实施例中，双极性半导体材料层106是由具双极特性的有机半导体材料所组成。具双极特性的有机半导体材料例如是ropp-TBT、8，9，10，11_ 四氣 _6,13-双(二异丙基娃烧基乙块基)_1_ 二横酸(8,9,10,1 l-tetrachloro-6,13-bis (triisopropylsilylethynyl)-l-azapen tacene),其形成方法例如是进行蒸镀法及溶液工艺。在另一实施例中，双极性半导体材料层106是由N型无机半导体材料与P型无机半导体材料堆叠所组成，其形成方法例如是进行蒸镀或溅镀法。N型无机半导体材料例如是IGZ0(InGaZn04)，且P型无机半导体材料例如是SnO。
接着，请参照图1B，以图案化光阻层110为罩幕，将载子阻挡材料层104、双极性半导体材料层106、载子阻挡材料层108图案化，以形成裸露出电极102b的一部分的堆叠结构112。堆叠结构112包括(由下而上)载子阻挡层104a、双极性半导体层106a、载子阻挡层108a。之后，移除图案化光阻层110。
然后，请参照图1C，于基底100上形成电极层114以覆盖堆叠结构112及电极102b的经裸露表面。电极层114的材料例如为金、银、铜、铝、钥、铬等或其合金。电极层114的形成方法包括进行物理气相沉积工艺，如蒸镀或溅镀法。接着，于电极层114上形成图案化光阻层115。
然后，请参照图1D，以图案化光阻层115为罩幕，移除部分电极层114，以于基板100上形成分别对应电极102a、102b之电极114a、114b。之后，移除图案化光阻层115。此夕卜，电极114a、114b的其中一个与电极102a、102b的其中一个电性连接。
在此实施例中，同一侧的电极互相连接。例如，电极114b具有延伸部114c，延伸部114c沿堆叠结构112的侧壁与电极102b的经裸露表面连接。在另一实施例中，也可以是不同侧的电极互相连接。例如，电极114b与电极102a(或电极114a与电极102b)通过导线(图未示)彼此电性连接。
之后，于基底100上形成介电层116，以覆盖堆叠结构112及电极114a、114b。介电层116的形成方法例如是先于基底100上形成介电材料层(图未示)，再利用微影与蚀刻工艺将介电材料层图案化以形成。介电层116的材料包括无机介电材料或是有机介电材料。无机介电材料例如是氧化娃或氮化娃等。有机介电材料例如是聚乙烯四氢咯酮(polyvinylpyrrolidone,PVP)或聚对二甲苯基(parylene)等。介电材料层的形成方法例如是进行化学气相沉积法、旋转涂布法或蒸镀法。
之后，于电极114a与电极114b之间的介电层116上形成闸极118，其中介电层116将闸极118、电极114a与电极114b隔开。闸极118的形成方法例如是先形成闸极材料层(图未示)，再利用微影与蚀刻工艺将闸极材料层图案化以形成。闸极材料层的材料例如是金、银、铜、铝、钥、铬等或其合金。闸极材料层的形成方法例如是进行物理气相沉积工艺，如蒸镀或溅镀法。在另一实施例中，也可以于基板100上直接形成闸极118，例如是以导电油墨喷印方式或其他转印技术制作。
其后，可在基底100上方形成保护层(图未示)，以覆盖闸极118以及介电层116。至此，完成第一实施例的双载子反相器组件结构10的制作。
如图1D所示，第一实施例的双载子反相器组件结构10为上闸极结构。闸极118配置于基板100上。电极102a与电极102b配置于基板100上、位于闸极118的两侧且位于第一平面。电极114a与电极114b配置于基板100上、位于闸极118的两侧且位于第二平面，其中电极102a、102b的其中一个与电极114a、114b的其中一个电性连接。在此实施例中，电极102a与电极114a电性连接。此外，电极102a、102b及电极114a、114b位于闸极118下方，且第一平面低于第二平面。双极性半导体层106a配置于第一平面与第二平面之间。载子阻挡层104a配置于双极性半导体层106a及电极102a与电极102b之间。载子阻挡层108a配置于双极性半导体层106a及电极114a与电极114b之间。介电层116配置于闸极118及电极114a与电极114b之间。
特别要说明的是，在此实施例的双载子反相器组件结构10中，N型组件与P型组件为垂直配置，且共用双极性半导体层106a及闸极118。
在一实施例中，载子阻挡层104a为空穴阻挡层且载子阻挡层108a为电子阻挡层。于下结构中，阻挡双极性半导体层106a的空穴通过并允许电子注入，因此下结构为N型组件。于上结构中，阻挡双极性半导体层106a的电子通过并允许空穴注入，因此上结构为P型组件。如此一来，形成N型组件位于P型组件下方的反相器组件。此时，例如施加输入电压Vin于闸极118,施加操作电压Vdd于电极114b,施加接地电压Vem于电极102a,且施加输出电压Vrat于电极102b及电极114b，可以达到反相器组件的操作。当然，本领域技术人员，可以依需求改变上述电压的配置方式。
在另一实施例中，载子阻挡层104a为电子阻挡层且载子阻挡层108a为空穴阻挡层。于下结构中，阻挡双极性半导体层106a的电子通过并允许空穴注入，因此下结构为P型组件。于上结构中，阻挡双极性半导体层106a的空穴通过并允许电子注入，因此上结构为N型组件。如此一来，形成P型组件位于N型组件下方的反相器组件。操作方式为本领域技术人员所熟知，于此不再赘述。
换言之，通过将电子阻挡层与空穴阻挡层分别配置于双极性半导体层的两侧，可以达到从双极性半导体层中分别萃取出电子特性及空穴特性的目的，且电子特性及空穴特性可以分别供N型组件及P型组件使用。依此方式，仅需单一主动层及单一次图案化步骤，即可制作出呈垂直配置的反相器组件。故本发明的方法可简化工艺、降低图案化工艺对半导体材料的影响，以有效提升双载子组件的效能。
在一实施例中，依设计需求，也可以省略形成载子阻挡层104a、108a的步骤，而得到如图1D-1的双载子反相器组件结构10a。
第二实施例
图2A 2B为本发明第二实施例的双载子反相器组件结构的制造方法的剖面示意图。第二实施例的双载子反相器组件结构20与第一实施例的双载子反相器组件结构10类似，以下就不同之处说明，相同处则不再赘述。
首先，请参照图2A，于基板200上形成闸极202。然后，于基板200上形成覆盖闸极202的介电层204。接着，于介电层204上形成电极206a与电极206b。第二实施例的闸极202、介电层204、电极206a与电极206b的材料与形成方法与第一实施例的闸极118、介电层116、电极102a与电极102b类似，于此不再赘述。
之后，于介电层104上依序形成载子阻挡材料层208、双极性半导体材料层210及载子阻挡材料层212，以覆盖电极206a与电极206b。第二实施例的载子阻挡材料层208、双极性半导体材料层210及载子阻挡材料层212的材料与形成方法与第一实施例的载子阻挡材料层104、双极性半导体材料层106及载子阻挡材料层108类似，于此不再赘述。
然后，请参照2B，将载子阻挡材料层208、双极性半导体材料层210及载子阻挡材料层212图案化，以形成裸露出电极206b的一部分的堆叠结构214。堆叠结构214包括(由下而上)载子阻挡层208a、双极性半导体层210a、载子阻挡层212a。
然后，于堆叠结构214上形成分别对应电极206a、206b的电极216a、216b。此外，电极216a、216b的其中一个与电极206a、206b的其中一个电性连接。在此实施例中，同一侧的电极互相连接。例如，电极216b具有延伸部216c，延伸部216c沿堆叠结构214的侧壁与电极206b的经裸露表面连接。在另一实施例中，也可以是不同侧的电极互相连接。例如，电极216b与电极206a (或电极216a与电极206b)通过导线(图未示)彼此电性连接。第二实施例的电极216a与电极216b的材料与形成方法与第一实施例的电极114a与电极114b类似，于此不再赘述。至此，完成第二实施例的双载子反相器组件结构20的制作。
如2B所示，第二实施例的双载子反相器组件结构20为下闸极结构。闸极202配置于基板200上。电极216a与电极216b配置于基板200上、位于闸极202的两侧且位于第一平面。电极206a与电极206b配置于基板200上、位于闸极202的两侧且位于第二平面，其中电极206a、206b的其中一个与电极216a、216b的其中一个电性连接。在此实施例中，电极206a与电极216a电性连接。此外，电极206a、206b及电极216a、216b位于闸极202上方，且第一平面高于第二平面。双极性半导体层210a配置于第一平面与第二平面之间。载子阻挡层208a配置于双极性半导体层210a及电极206a与电极206b之间。载子阻挡层212a配置于双极性半导体层210a及电极216a与电极216b之间。介电层204配置于闸极202及电极206a与电极206b之间。
特别要说明的是，在此实施例的双载子反相器组件结构20中，N型组件与P型组件为垂直配置，且共用双极性半导体层210a及闸极202。
在一实施例中，载子阻挡层208a为空穴阻挡层且载子阻挡层212a为电子阻挡层时，形成N型组件位于P型组件下方的反相器组件。在另一实施例中，载子阻挡层208a为电子阻挡层且载子阻挡层212a为空穴阻挡层时，形成P型组件位于N型组件下方的反相器组件。操作方式为本领域技术人员所熟知，于此不再赘述。
在一实施例中，依设计需求，也可以省略形成载子阻挡层208a、212a的步骤，而得到如图2B-1的双载子反相器组件结构20a。
此外，在图2B的双载子反相器组件结构20中，以在玻璃基板200上形成闸极202为例来说明，但本发明并不以此为限。在另一实施例中，当基板200为硅基板时，也可以省略形成闸极202的步骤，而将基板200充作闸极使用，如图2B-2的双载子反相器组件结构20b所示。
接下来，将提出一个实例来验证本发明的功效。
实例I
基板采用P型娃晶圆(30 60 Ω-cm,〈100〉晶面)。而后，于基板上形成200nm的氧化硅作为介电层。然后，于介电层上形成两个银电极。接着，于介电层及银电极上蒸镀作为电子阻挡层之500 A的m-MTDATA薄膜。之后，将基板置于真空腔中抽至2.5X 10_6tOrr，利用氮化硼坩锅(BN crucible)以0.5 I A/sec的镀率，分别蒸镀上作为N型有机半导体材料的PT⑶1-C13和作为P型有机半导体材料的并五苯(pentacene),以形成双极性半导体层。此时，以石英振荡器(quartz oscillator)监测薄膜厚度,再以白光干涉仪校正，以形成450 A的PT⑶1-C13薄膜及500 A的并五苯薄膜。然后，于双极性半导体层上蒸镀作为电子阻挡层之500 A的m-MTDATA薄膜。注意，电子阻挡层、双极性半导体层与电子阻挡层所形成的堆叠结构裸露出一个银电极之一部分。然后，于电子阻挡层上形成两个金电极，其中一个金电极与银电极的经裸露表面电性连接。至此，完成实例I的N型组件于P型组件下方的反相器组件的制作，如图2B-2所示。组件的通道长度(channel length)为200 μ m,通道宽度(channel width)为 2，000 μ m。
特别要说明的是，并五苯薄膜和PT⑶I薄膜的LUMO约只在3.2eV 3.4eV,金的功函数(work function)约在5.1eV,所以具有LUMO达L 9eV的m-MTDATA薄膜可有效阻挡住电子的传输，适合当此组件的电子阻挡层。此外，并五苯薄膜和PTCDI薄膜的HOMO约只在5.0eV 5.4eV，银的功函数约在4.26eV，所以具有HOMO达6.7eV的BCP薄膜可有效阻挡住空穴的传输，适合当此组件的空穴阻挡层。
图3为实例I的反相器组件的Vin-Vtjut图。如图3所示，Vin从OV扫到20V，Vdd从5V扫到30V,反相器组件获得良好的转换曲线(Transfer curve)。当Vin小于VTn时,反相器的特性曲线呈现水平一直线，代表Vtjut电压稳定在Vdd水平上。当Vin > > VTn，Nw-Nin ≈ | Vtp|的特性曲线呈现水平一直线，代表Vm电压稳定在低电压水平上。此外，Vin Vdd/2 > Vln时的特性曲线呈现为垂直一直线，故Vrat电压可以从Vdd瞬间下降为低电压。最后以下式(I)计算出增益值(Gain)为59.79。如此的COMS反相器特性较接近理想组件。
权利要求
1.一种双载子反相器组件结构，其特征在于，包括: 一闸极，配置于一基板上； 二第一电极，配置于所述基板上、位于所述闸极的两侧且位于一第一平面； 二第二电极，配置于所述基板上、位于所述闸极的两侧且位于一第二平面，其中所述第一电极其中一个与所述第二电极其中一个电性连接； 一双极性半导体层，配置于所述第一平面与所述第二平面之间； 一第一载子阻挡层，配置于所述双极性半导体层与所述第一电极之间； 一第二载子阻挡层，配置于所述双极性半导体层与所述第二电极之间；以及 一介电层，配置于所述闸极及所述第二电极之间。
2.如权利要求1所述的双载子反相器组件结构，其特征在于，所述第一电极及所述第二电极位于所述闸极下方。
3.如权利要求2所述的双载子反相器组件结构，其特征在于，所述第一平面低于所述第二平面。
4.如权利要求1所述的双载子反相器组件结构，其特征在于，所述第一电极及所述第二电极位于所述闸极上方。
5.如权利要求4所述的双载子反相器组件结构，其特征在于，所述第一平面高于所述第二平面。
6.如权利要求1所述的双载子反相器组件结构，其特征在于，所述双极性半导体层是由N型有机半导体材料与P型有机半导体材料堆叠所组成。
7.如权利要求1所述的双载子反相器组件结构，其特征在于，所述双极性半导体层是由N型有机半导体材料与P型有机半导体材料混合所组成。
8.如权利要求1所述的双载子反相器组件结构，其特征在于，所述双极性半导体层是由具双极特性的有机半导体材料所组成。
9.如权利要求1所述的双载子反相器组件结构，其特征在于，所述双极性半导体层是由N型无机半导体材料与P型无机半导体材料堆叠所组成。
10.如权利要求1所述的双载子反相器组件结构，其特征在于，所述第一载子阻挡层为电子阻挡层，所述第二载子阻挡层为空穴阻挡层；或所述第一载子阻挡层为空穴阻挡层，所述第二载子阻挡层为电子阻挡层。
11.如权利要求1所 述的双载子反相器组件结构，其特征在于，所述第一载子阻挡层或所述第二载子阻挡层为一电子阻挡层时，所述电子阻挡层是由一无机材料或一有机材料所组成。
12.如权利要求11所述的双载子反相器组件结构，其特征在于，所述无机材料包括W03、V205 或 MoO3。
13.如权利要求11所述的双载子反相器组件结构，其特征在于，所述有机材料包括4’，4”-参(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯胺或双(2-甲基-8-羟基喹啉-NI，08)-(1,I ’ ~联苯_4_轻基)招。
14.如权利要求1所述的双载子反相器组件结构，其特征在于，所述第一载子阻挡层或所述第二载子阻挡层为一空穴阻挡层时，所述空穴阻挡层是由一无机材料或一有机材料所组成。
15.如权利要求14所述的双载子反相器组件结构，其特征在于，所述无机材料包括LiF、CsF*Ti02。
16.如权利要求14所述的双载子反相器组件结构，其特征在于，所述有机材料包括2，9- 二甲基_4，7- 二苯基-1，10-菲啰啉。
17.一种双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，包括: 于一基板上形成二第一电极； 于所述基板上依序形成一第一载子阻挡材料层、一双极性半导体材料层及一第二载子阻挡材料层，以覆盖所述第一电极； 将所述第一载子阻挡材料层、所述双极性半导体材料层及所述第二载子阻挡材料层图案化，以形成裸露出一个第一电极的一部分的一堆叠结构； 于所述基板上形成二第二电极，其中所述第一电极其中一个与所述第二电极其中一个电性连接； 于所述基底上形成一介电层，以覆盖所述堆叠结构及所述第二电极；以及 于所述第二电极之间的所述介电层上形成一闸极。
18.如权利要求17所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，于所述基板上形成所述第二电极的方法包括: 于所述基底上形成一电极层，以覆盖所述堆叠结构及所述第一电极的经裸露表面； 于所述电极层上形成一图案化光阻层； 以所述图案化光阻层为罩幕，移除部分所述电极层，以形成所述第二电极，且一个第二电极沿所述堆叠结构的侧壁与所述第一电极的经裸露表面连接；以及 移除所述图案化光阻层。
19.如权利要求17所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，形成所述第一载子阻挡材料层及所述第二载子阻挡材料层的方法各自包括蒸镀法。
20.如权利要求17所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，形成所述双极性半导体材料层的方法包括进行蒸镀法、共蒸镀法或溶液工艺。
21.如权利要求17所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，所述双极性半导体材料层是由N型有机半导体材料与P型有机半导体材料堆叠所组成。
22.如权利要求17所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，所述双极性半导体材料层是由N型有机半导体材料与P型有机半导体材料混合所组成。
23.如权利要求17所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，所述双极性半导体材料层是由具双极特性的有机半导体材料所组成。
24.如权利要求17所述的双载子反相器组件结构，其特征在于，所述双极性半导体材料层是由N型无机半导体材料与P型无机半导体材料堆叠所组成。
25.如权利要求17所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，所述第一载子阻挡材料层为电子阻挡材料层，所述第二载子阻挡材料层为空穴阻挡材料层；或所述第一载子阻挡材料层为空穴阻挡材料层，所述第二载子阻挡材料层为电子阻挡材料层。
26.如权利要求17所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，所述第一载子阻挡材料层或所述第二载子阻挡材料层为一电子阻挡材料层时，所述电子阻挡材料层是由一无机材料或一有机材料所组成。
27.如权利要求26所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，所述无机材料包括WO3、V2O5或MoO3。
28.如权利要求26所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，所述有机材料包括4’，4”-参(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯胺或双(2-甲基-8-羟基喹啉-NI，08)-(1,1’ -联苯-4-轻基)招。
29.如权利要求17所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，所述第一载子阻挡材料层或所述第二载子阻挡材料层为一空穴阻挡材料层时，所述空穴阻挡材料层是由一无机材料或一有机材料所组成。
30.如权利要求29所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，所述无机材料包括LiF、CsF或TiO2。
31.如权利要求29所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，所述有机材料包括2，9- 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲啰啉。
32.—种双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，包括: 于一基板上形成一闸极； 于所述基板上形成覆盖所述闸极的一介电层； 于所述介电层上形成二第一电极； 于所述介电层上依序形成一第一载子阻挡材料层、一双极性半导体材料层及一第二载子阻挡材料层，以覆盖所述第一电极； 将所述第一载子阻挡材料层、所述双极性半导体材料层及所述第二载子阻挡材料层图案化，以形成裸露出一个第一电极的一部分的一堆叠结构；以及 于所述堆叠结构上形成二第二电极，其中所述第一电极其中一个与所述第二电极其中一个电性连接。
33.如权利要求32所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，于所述基板上形成所述第二电极的方法包括: 于所述基底上形成一电极层，以覆盖所述堆叠结构及所述第一电极的经裸露表面； 于所述电极层上形成一图案化光阻层； 以所述图案化光阻层为罩幕，移除部分所述电极层，以形成所述第二电极，且一个第二电极沿所述堆叠结构的侧壁与所述第一电极的经裸露表面连接；以及 移除所述图案化光 阻层。
34.如权利要求32所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，形成所述第一载子阻挡材料层及所述第二载子阻挡材料层的方法各自包括蒸镀法。
35.如权利要求32所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，形成所述双极性半导体材料层的方法包括进行蒸镀法、共蒸镀法或溶液工艺。
36.如权利要求32所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，所述双极性半导体材料层是由N型有机半导体材料与P型有机半导体材料堆叠所组成。
37.如权利要求32所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，所述双极性半导体材料层是由N型有机半导体材料与P型有机半导体材料混合所组成。
38.如权利要求32所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，所述双极性半导体材料层是由具双极特性的有机半导体材料所组成。
39.如权利要求32所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，所述双极性半导体材料层是由N型无机半导体材料与P型无机半导体材料堆叠所组成。
40.如权利要求32所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，所述第一载子阻挡材料层为电子阻挡材料层，所述第二载子阻挡材料层为空穴阻挡材料层；或所述第一载子阻挡材料层为空穴阻挡材料层，所述第二载子阻挡材料层为电子阻挡材料层。
41.如权利要求32所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，所述第一载子阻挡材料层或所述第二载子阻挡材料层为一电子阻挡材料层时，所述电子阻挡材料层是由一无机材料或一有机材料所组成。
42.如权利要求41所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，所述无机材料包括WO3、V2O5或MoO3。
43.如权利要求41所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，所述有机材料包括4’，4”-参(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯胺或双(2-甲基-8-羟基喹啉-NI，08)-(1,1’ -联苯-4-轻基)招。
44.如权利要求32所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，所述第一载子阻挡材料层或所述第二载子阻挡材料层为一空穴阻挡材料层时，所述空穴阻挡材料层是由一无机材料或一有机材料所组成。
45.如权利要求44所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，所述无机材料包括LiF、CsF或TiO2。
46.如权利要求44所述的双载子反相器组件结构的制造方法，其特征在于，所述有机材料包括2，9- 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲啰啉。
全文摘要
一种双载子反相器组件结构及其制造方法，所述双载子反相器组件结构包括闸极配置于基板上。二个第一电极配置于基板上、位于闸极的两侧且位于第一平面。二个第二电极配置于基板上、位于闸极的两侧且位于第二平面，其中第一电极其中一个与第二电极其中一个电性连接。双极性半导体层配置于第一平面与第二平面之间。第一载子阻挡层配置于双极性半导体层与第一电极之间。第二载子阻挡层配置于双极性半导体层与第二电极之间。介电层配置于闸极及第二电极之间。本发明还包括制造上述双载子反相器组件结构的制造方法。
文档编号H01L27/02GK103165596SQ201210089929
公开日2013年6月19日 申请日期2012年3月28日 优先权日2011年12月16日
发明者宋兆峰, 谢彦敏 申请人:财团法人工业技术研究院