有机薄膜晶体管元件及其制作方法与流程

本发明是有关于一种薄膜晶体管元件及其制作方法。特别是有关于一种有机薄膜晶体管元件及其制作方法。

背景技术：

薄膜晶体管元件目前已被广泛地运用于液晶显示器领域中，随着显示器朝向更轻、更薄、可挠曲的目标发展，以有机材料作为场效晶体管的通道层的有机薄膜晶体管(organicthinfilmtransistor，otft)，因具有低工艺温度(<200℃)、低成本以及适用于可挠式基板(例如，塑料基板)等特性，已逐渐受到重视。

一般而言，有机薄膜晶体管主要可以分为上接触式(top-contact，tc)结构以及下接触式(bottom-contact，bc)结构两种。典型的上接触式结构的形成方法，是先进行有机半导体(organicsemiconductor，osc)层的沉积，之后才进行源极/漏极的沉积与图案化工艺。相反的，下接触式结构的形成方法则是，先进行源极/漏极的沉积与图案化工艺，之后再于源极/漏极上沉积有机半导体层。由于，构成有机半导体层的有机半导体材料相当敏感，容易在源极/漏极的沉积与图案化工艺中受到损害，导致元件失效。因此，为了维持工艺和良率的稳定性，目前多采用下接触式结构工艺来制作有机薄膜晶体管元件。

然而，采用下接触式结构工艺来制作有机薄膜晶体管元件时，沉积于源极/漏极上方的有机半导体层，会随着源极/漏极图案的厚度变化而产生高低起伏的高度落差，使得有机半导体层出现厚薄不均的现象。尤其是在源极/漏极图案的导角(coner)处，有机半导体层的厚度，会比位于源极/漏极上方的厚度要来得薄，这将导致有机薄膜晶体管元件的信道长度(channellength)产生不均匀的问题，严重影响有机薄膜晶体管元件的元件效能。

因此，有需要提供一种先进的有机薄膜晶体管元件及其制作方法，来解决现有技术所面临的问题。

技术实现要素：

本说明书的一实施例揭露一种有机薄膜晶体管元件，包括：基材、源极、阻障层、有机半导体层、栅介电层以与栅极。源极位于基材上，具有第一立壁。漏极位于基材上，具有面对第一立壁并且彼此隔离的第二立壁。阻障层位于第一立壁和第二立壁之间，且阻障层的顶面宽度，实质等于第一立壁和第二立壁之间的距离。有机半导体层，覆盖于源极、漏极和阻障层上。栅介电层位于有机半导体层上。栅极位于栅介电层上，且藉由栅介电层与有机半导体层电性隔离。

本说明书的另一实施例揭露一种有机薄膜晶体管元件的制作方法，包括下述步骤：首先，于基材上形成源极和漏极，使源极具有第一立壁，漏极具有面对第一立壁且彼此隔离的第二立壁。然后，于第一立壁和第二立壁之间形成阻障层，使阻障层的宽度实质等于第一立壁和第二立避之间的距离。再形成有机半导体层覆盖于源极、漏极和阻障层上。后续，于有机半导体层上形成栅介电层；并于栅介电层上形成栅极，藉由栅介电层与有机半导体层电性隔离。

根据上述实施例，本说明书是在提供一种有机薄膜晶体管元件及其制作方法。其采用下接触式结构工艺来制作有机薄膜晶体管元件。先在基材上形成图案化的源极/漏极，之后于源极/漏极的之间形成阻障层，使阻障层的顶部宽度实质等于源极/漏极之间的距离。再形成有机半导体层覆盖于源极、漏极和阻障层上。并于有机半导体层上形成栅介电层和栅极。

藉由，填充于源极/漏极图案之间的阻障层来缓和(消除)存在于图案化源极/漏极之间的高低落差，使后续沉积于图案化源极/漏极上的有机半导体层具有实质均匀的厚度，藉以提供有机薄膜晶体管元件均匀的信道长度，确保有机薄膜晶体管元件的元件效能。

为了对本说明书的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附图式详细说明如下。

附图说明

图1a至图1e为根据本说明书的一实施例所绘示制作有机薄膜晶体管元件的工艺结构剖面示意图；

第图2为根据本说明书的另一实施例所绘示的一种有机薄膜晶体管元件的结构剖面示意图；

图3为根据本说明书的又一实施例所绘示的一种有机薄膜晶体管元件的结构剖面示意图。

其中，附图标记为：

100、200、300：有机薄膜晶体管元件

101：基材

101a：基材表面

101b：基材表面1的相反一侧

102：源极

102a：第一立壁

102b：源极的顶面

103：漏极

103a：第二立壁

103b：漏极的顶面

104、204、304：阻障层

104a：阻障层的顶面

105：光敏材料

106：光源

107、207、307：有机半导体层

107h、207h、307h：有机半导体层的厚度

108、208、308：栅介电层

109：栅极

207a、307a：有机半导体层的顶部

d：第一立壁和第二立壁之间的距离

b：阻障层的顶面宽度

h2、h3：阻障层顶面与源极和漏极顶面的断差

具体实施方式

本说明书是提供一种有机薄膜晶体管元件及其制作方法，可改善具有下接触式结构的有机薄膜晶体管元件的元件效能。为了对本说明书的上述实施例及其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一有机薄膜晶体管及其制作方法作为较佳实施例，并配合所附图式作详细说明。

但必须注意的是，这些特定的实施案例与方法，并非用以限定本发明。本发明仍可采用其他特征、元件、方法及参数来加以实施。较佳实施例的提出，仅用以例示本发明的技术特征，并非用以限定本发明的申请专利范围。该技术领域中具有通常知识者，将可根据以下说明书的描述，在不脱离本发明的精神范围内，作均等的修饰与变化。在不同实施例与图式之中，相同的元件，将以相同的元件符号加以表示。

请参照图1a至图1e，图1a至图1e为根据本说明书的一实施例所绘示制作有机薄膜晶体管元件100的工艺结构剖面示意图。有机薄膜晶体管元件100的制作方法，包括下述步骤：首先，提供一基材101(如图1a所绘示)。在本说明书的一些实施例中，基板101可以是一种可挠式的软性基板，例如塑料基板。构成软性基板的材质可以是聚对萘二甲酸乙酯(poly-ethylene-26-naphthalate，pen)、乙烯对苯二甲酸酯(polyethyleneterephthalate，pet)、聚醚砜(poly-ethersulfones，pes)或聚酰亚胺(polyimide，pi)。然而，基板101并不限于以软性基板来实施。在本说明书的一些实施例中，亦可以一般玻璃基板来实施。

之后，于基材101表面101a上形成源极102和漏极103，使源极102具有第一立壁102a，漏极103具有面对第一立壁102a且彼此隔离的第二立壁103a(如图1b所绘示)。在本说明书的一些实施例中，源极102和漏极103可以是藉由图案化形成于基材101表面101a上的导体层所形成。其中，构成导体层的材料可以包括金属，例如铜(cu)、金(au)、铂(pt)或其合金。

在一实施例中，源极102和漏极103的形成包括下述步骤。首先，在导体层于基材101表面101a上进行物理气相沉积(physicalvapordeposition，pvd)工艺，如蒸镀(evaporation)工艺或或溅镀(sputtering)工艺，藉以形成导体层，其中所述导体层，举例而言，可包含金属材料。之后，以微影和蚀刻工艺移除一部分的导体层，以于基材101表面101a上形成彼此隔离的源极102和漏极103。其中，源极102的第一立壁102a和漏极103的第二立壁103a之间具有实质介于3μm至10μm的距离d。

然后，于源极102和漏极103的第一立壁102a和第二立壁103a之间形成阻障层104，使阻障层104的顶面宽度b实质等于第一立壁102a和第二立壁103a之间的距离d。阻障层104的形成，包括下述步骤：首先，于源极102和漏极103以及基材101表面101a上涂布一层光敏材料105，并覆盖源极101和漏极103。之后，在基材101表面101a的相反一侧101b提供一光源106，使光线穿过基材101和基材101表面101a，并照射光敏材料105(如图1c所绘示)。后续，移除位于源极102和漏极103上方的一部分光敏材料105，至少保留位于源极102和漏极103之间的一部分光敏材料105，并以光敏材料105余留下来的部分作为阻障层104。

在本说明书的一些实施例中，光敏材料105可以是一种负型光阻(negativephotoresist)(但并不以此为限)，以图案化的源极102和漏极103为罩幕，藉由光源106来进行曝光，并以显影工艺(development)移除未被曝光的一部分光敏材料105。但值得注意的是，阻障层104的材料以及形成方法并不以此为限。任何可以在源极102和漏极103之间形成与源极102(的第一立壁102a)和漏极103(的第二立壁103a)切齐的阻障层104的方法，皆未脱离本发明的精神范围。

后续，形成有机半导体层107，覆盖于源极102、漏极103和阻障层104上。在本书说明书的一些实施例中，有机半导体层107的构成有机半导体层107的材料可以包括五苯环(pentacene)或其衍生物。形成有机半导体层107的步骤包括进行蒸镀法、溅镀法或溶液工艺。例如，在一实施例中，可以采用单一蒸镀或溅镀工艺，在源极102、漏极103和阻障层104的上方形成由五苯环衍生物所构成的单极性半导体层。在另一实施例中，也可以采用不同的蒸镀或溅镀工艺，分别蒸镀或溅镀n型有机半导体材料、p型有机半导体材料、n型无机半导体材料、p型无机半导体材料；或采用共蒸镀工艺，同时蒸镀n型有机半导体材料、p型有机半导体材料、或蒸镀具双极特性的有机半导体材料，而在源极102、漏极103和阻障层104的上形双极性半导体层。

有机半导体层107的厚度实质介于300埃()至500埃之间。在本实施例中，由于源极102、漏极103和阻障层104的顶面102b、103b和104a三者实质共平面。因此形成于源极102和漏极103和阻障层104的顶面102b、103b和104a上的有机半导体层107，其厚度107h指由源极102、漏极103和阻障层104的顶面102b、103b和104a起算，沿着垂直距离d的方向延伸的长度。

之后，于有机半导体层107上形成栅介电层108。构成栅介电层108的材料，包括无机绝缘材料或有机绝缘材料。无机绝缘材料，包括氧化硅、氮化硅或氧化铪(hafniumoxide，hfo2)等。有机绝缘材料，包括聚乙烯苯酚(polyvinylphenol，pvp)。形成栅介电层108的方法，包括进行物理气相沉积工艺(如蒸镀法)或溶液工艺。在一实施例中，可先形成包括聚乙烯苯酚、丙二醇单甲醚乙酸酯(propyleneglycolmonomethyletheracetate，pgmea)、以及三聚氰胺和共甲醛的聚合物(poly-melamine-co-formaldehyde，pmcf)的高分子溶液，再将此高分子溶液涂覆于有机半导体层107上并烘烤使聚乙烯苯酚的交联。

后续，于栅介电层108上形成栅极109，其中栅极109藉由栅介电层108与有机半导体层107电性隔离。并形成保护层(未绘示)，覆盖于介电层108和栅极109上完成如图1e所绘示的有机薄膜晶体管元件100。构成栅极109的材料可以是透明导电氧化物或金属。透明导电氧化物包括铟锡氧化物(indiumtinoxide，ito)或铟锌氧化物(indiumzincoxide，izo)等。金属包括金、银(ag)、铝(al)、铜、钛(ti)、铬(cr)或钽(ta)等。在一实施例中，形成栅极109的方法包括进行物理气相沉积工艺(如蒸镀法)、导电油墨喷印方式或其他转印技术。

在本实施例中，由于源极102远离基材101表面101a的顶面102b、漏极103远离基材101表面101a的顶面103b以及阻障层104远离基材101表面101a的顶面104a三者实质共平面(如图1d和图1e所绘示)。因此，可以提供一个平坦的表面(顶面102b、103b和104a)，让有机半导体层107可以形成于其上，而不会发生高低起伏的高度落差与厚薄不均的现象。且有助于提高后续工艺的工程裕度(processwindow)，使有机薄膜晶体管元件100具有均匀的信道长度。另外，在本说明书的一些实施例中，由于形成有机半导体层107、栅介电层108、栅极109和保护层(未绘示)的工艺温度，实质小于150℃，其远低于形成源极102和漏极103的工艺温度。因此，可确保以有机半导体层107不会因后续工艺的高温而受到损害，确保有机薄膜晶体管元件100的元件效能。

请参照图2，图2为根据本说明书的另一实施例所绘示的一种有机薄膜晶体管元件200的结构剖面示意图。有机薄膜晶体管元件200的结构，大致与第1e图所绘示的有机薄膜晶体管元件100类似，差别仅在于有机薄膜晶体管元件200中的阻障层204的高度有所不同。在本实施例中，阻障层204远离基材101表面101a的顶面204a，高于源极102远离基材101表面101a的顶面102b和漏极103远离基材101表面101a的顶面103b。使阻障层204的顶面204a与源极102和漏极103的顶面102b和103b产生一个断差(stepheight)h2。并且使后续，形成在阻障层204的顶面204a、源极102和漏极103的顶面102b和103b上的有机半导体层207和栅极介电层208，分别具有顶部大致平坦的ㄇ字型截面，由于有机半导体层207具有流平性，即使阻障层204的顶面204a与源极102和漏极103的顶面102b和103b产生一个断差(stepheight)h2，而使得有机半导体层207的顶部207a可能产生些许起伏，但这些起伏的高度仍会小于断差h2。换言之有机半导体层207的顶部207a大致上还是平坦的。

在本实施例中，由于有机半导体层207具有顶部大致平坦的ㄇ字型截面，因此有机半导体层207的厚度207h指，由阻障层204的顶面204a起算，沿着垂直距离d的方向延伸到有机半导体层207的顶部207a的长度。

在本实施例中，由于阻障层204的顶面204a与源极102和漏极103的顶面102b和103b之间的断差h2，实值小于有机半导体层207的厚度(有机半导体层207的厚度实质介于300埃至500埃之间)。因此，即便断差h2会使有机半导体层207发生些高低起伏的高度落差，也不至于使有机半导体层207产生厚薄不均的现象。还是能提供后续工艺一个稳定且平坦的工艺表面，也可以使有机薄膜晶体管元件200的信道长度保持均匀，达到提供工程裕度和确保有机薄膜晶体管元件200的元件效能的目的。

请参照图3，图3为根据本说明书的又一实施例所绘示的一种有机薄膜晶体管元件300的结构剖面示意图。有机薄膜晶体管元件300的结构，大致与图1e所绘示的有机薄膜晶体管元件100类似，差别仅在于有机薄膜晶体管元件300中的阻障层304的高度有所不同。在本实施例中，阻障层304远离基材101表面101a的顶面304a，低于源极102远离基材101表面101a的顶面102b和漏极103远离基材101表面101a的顶面103b。使阻障层304的顶面304a与源极102和漏极103的顶面102b和103b产生一个断差h3。并且使后续，形成在阻障层304的顶面304a、源极102和漏极103的顶面102b和103b上的有机半导体层307和栅极介电层308，分别具有顶部平坦的t字型截面。由于有机半导体层307具有流平性，即使阻障层304的顶面304a与源极102和漏极103的顶面102b和103b产生一个断差(stepheight)h3，而使得有机半导体层307的顶部307a可能产生些许起伏，但这些起伏的高度仍会小于断差h3。换言之有机半导体层307的顶部307a大致上还是平坦的。

在本实施例中，由于有机半导体层307具有顶部平坦的t字型截面，因此有机半导体层307的厚度307h指，由阻障层304的顶面304a起算，沿着垂直距离d的方向延伸到有机半导体层307的顶部307a的长度。

在本实施例中，由于阻障层304的顶面304a与源极102和漏极103的顶面102b和103b之间的断差h3，实值小于有机半导体层307的厚度307h(有机半导体层307的厚度实质介于300埃至800埃之间)。因此，即便断差h3会使有机半导体层307发生些高低起伏的高度落差，也不至于使有机半导体层307产生厚薄不均的现象。还是能提供后续工艺一个稳定且平坦的工艺表面，也可以使有机薄膜晶体管元件300的信道长度保持均匀，达到提供工程裕度和确保有机薄膜晶体管元件300的元件效能的目的。

根据上述实施例，本说明书是在提供一种有机薄膜晶体管元件及其制作方法。其采用下接触式结构工艺来制作有机薄膜晶体管元件。先在基材上形成图案化的源极/漏极，之后于源极/漏极的之间形成阻障层，使阻障层的顶部宽度实质等于源极/漏极之间的距离。再形成有机半导体层覆盖于源极、漏极和阻障层上。并于有机半导体层上形成栅介电层和栅极。

藉由，填充于源极/漏极图案之间的阻障层来缓和(消除)存在于图案化源极/漏极之间的高低落差，使后续沉积于图案化源极/漏极上的有机半导体层具有实质均匀的厚度，藉以提供有机薄膜晶体管元件均匀的信道长度，确保有机薄膜晶体管元件的元件效能。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何该技术领域中的相关技术人员，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后附的权利要求的保护范围所界定者为准。