专利名称：包括自对准栅电极的有机晶体管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种有机晶体管以及制造该有机晶体管的方法。具体地说，本发明涉及一种包括自对准栅电极的有机晶体管以及制造所述有机晶体管的方法。
背景技术：
晶体管是任何电子电路的中心元件，所以制造晶体管的复杂性和成本以及电子电路中晶体管的特性通常对这些电路很大程度上有决定性的影响。这同样适用于有机电路领域，通过导电和半导电材料具体地说聚合物的发展，有机电路已成为可能。从常规晶体管类推，有机晶体管同样地由不同层构成，这些层包括绝缘体层、半导体层以及源、漏和栅电极层。
目前，对于有机元件具体地说有机晶体管的制造，优选印刷方法，所述印刷方法在经济上有利并且允许以很少的工艺步骤制造晶体管。现有技术的印刷方法的特征是功能有机层的构图应用或印刷的进展。
具体地说，在晶体管的顶栅结构的情况下，也就是说如果栅电极层被最后施加至晶体管结构，必须以足够的精度相对于源电极层或对应的漏电极层对准栅电极层。栅电极层的对准精度决定栅电极层与源电极层或对应的漏电极层之间的重叠区域的大小。典型地为几十微米的所述重叠区域严重地影响通过常规有机晶体管构成的集成电路的寄生电容。当电路频率增大并且固定地确定其中包括电路工作的上限频率时，该寄生电容基本上是不利的。因此，晶体管的寄生电容决定性地限定电路的性能和质量。在连续生产的情况下，至今尚不能经济地减小在常规制造方法的情况下典型的几十微米的重叠区域。
此外，功能层的均匀性还决定有机晶体管的质量以及由此引起的性能。在这种情况下，应注意，术语层的均匀性具体地包括层的恒定厚度或恒定厚度参数。在将要对不平坦基体例如在多个步骤中印刷的构图层施加的层的施加期间，该施加可必然产生具有非最优均匀性的层。如果将要对构图的栅电极层施加绝缘体层，尤其在晶体管的可选底栅结构即首先对晶体管结构施加栅电极层的情况下，应考虑这一点。在这些工艺步骤的情况下，不能确保足够的均匀性。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种制造有机晶体管的方法，所述方法可以这种方式形成源电极层或对应的漏电极层，以避免源电极层或对应的漏电极层与栅电极层之间的重叠，从而由源电极层或对应的漏电极层与栅电极层导致的寄生效应尽可能小。
本发明的另一个目的是确保有机晶体管的功能层的均匀性。
通过根据权利要求1的制造方法以及通过根据权利要求11的有机晶体管，实现本发明的目的。
因此，本发明涉及一种有机晶体管的制造方法。为了制造根据本发明的有机晶体管，提供衬底，在其上施加未构图的半导体层，并在所述半导体层上设置未构图的绝缘体层。构图至少所述绝缘体层，以便可随后形成至少源和漏电极层。
以未构图的方式设置在所述衬底上的所述层尤其有利，因为这些层可以没有任何问题地均匀地形成。不存在干扰这些层的均匀性的构图。
本发明的有利细化可由从属权利要求表现出来。
根据本发明，在提供的所述衬底的所述绝缘体层上进一步设置未构图的栅电极层。为了暴露原先被覆盖的半导体层的限定区域，一起构图所述绝缘体层和所述栅电极层。为了使后者永久导电，随后掺杂所述半导体层的所述暴露区域，以便所述掺杂区域可以作为源和漏电极层。可以通过掺杂的化学制品掺杂所述半导体层的所述暴露区域。
根据本发明，在所述绝缘体层上进一步设置未构图的栅电极层。一起构图所述半导体层、所述绝缘体层以及所述栅电极层，从而使原先被这些层覆盖的所述衬底的限定区域暴露。通过对所述暴露区域施加导电物质，形成源和漏电极层。
根据本发明，同样地可以一起构图所述半导体层和所述绝缘体层，从而使原先被这些层覆盖的所述衬底的限定区域暴露。随后，通过施加导电物质，形成所述源和漏电极层以及所述栅电极层。为此，将所述导电物质施加至所述衬底的所述暴露区域以及所述绝缘体层。
在构图至少所述绝缘体层后所述源和漏电极层的形成确保基本上避免所述栅电极层与所述源和漏电极层的重叠。
优选通过激光器、光刻工艺或印刷光刻工艺实现所述构图。
所述衬底有利地为有机衬底，优选塑料膜，具体地说聚酯或者有机膜。所述半导体层有利地基于有机半导体物质。具体地说，所述半导体层可以由聚合物质例如聚烷基噻吩、聚二己基三噻吩(PDHTT)和聚芴衍生物中的一种形成。所述绝缘体层有利地为有机电绝缘的绝缘体层。
根据本发明的另一个方面，提供了一种有机晶体管。根据上述方法可制造所述有机晶体管。具体地说，这种有机晶体管以在源和漏电极层与栅电极层基本上不重叠的事实为特征。
根据本发明的主题的细节和优选实施例将由在从属权利要求以及附图中表现出来，下面参考附图详细说明示例性实施例，从而根据本发明的主题将变得显而易见。在附图中图1a示出了典型有机晶体管的未构图功能层的设置；图1b示出了根据本发明的第一实施例对功能层的第一次构图；图1c示出了根据本发明的第一实施例对功能层的第二次构图；图2a示出了根据本发明的第二实施例对功能层的第一次构图；图2b示出了根据本发明的第二实施例对功能层的第二次构图；
图3a示出了根据本发明的第三实施例对功能层的第一次构图；以及图3b示出了根据本发明的第三实施例对功能层的第二次构图。
具体实施例方式
通过图1a至图1c中的实例，示出了根据本发明制造有机晶体管的第一实施例。
根据图1，在制造工艺中在衬底上施加均匀的、未构图的半导体层1。在工序的下一过程中，对半导体层1施加未构图的绝缘体层2，然后施加未构图的栅电极层3。在衬底上大面积的未构图的功能层的施加确保这些层具有高质量，即具体地说在施加区域内具有基本上最优的均匀性和基本上恒定的厚度。
用作至少有机晶体管的载体的衬底优选由柔性材料形成。例如，为此考虑薄玻璃和塑料膜。此外，从塑料膜的面积来看，优选采用聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺和聚酯膜。衬底的厚度对元件的总厚度基本上具有决定性的影响，因为对衬底施加的功能层的层厚度为较小的量级。典型的衬底厚度在0.05至0.5mm的范围内。
术语“有机材料”应理解为表示除了基于锗、硅等的常规半导体材料以外的所有类型的有机、有机金属和/或无机塑料。此外，术语“有机材料”同样地旨在不限于包含碳的材料，而是同样可以为例如聚硅氧烷的材料。此外，除了聚合物和低聚物物质以外，同样地可以采用“小分子”。
因此，功能半导体层1可以包括例如聚噻吩、聚烷基噻吩、聚二己基三噻吩(PDHTT)、聚亚噻吩基乙烯、聚芴衍生物或共轭聚合物等。同样地，半导体层1可以通过旋涂、刮涂(blade coating)或印刷从溶液处理得到。
栅电极层可以从各种物质实现，也就是说，根据栅电极层的制造工艺选择和所需的必要条件，考虑有机和金属物质。
随后，一起构1a中示出的施加在衬底上的未构图绝缘体层2与栅电极层3。例如通过采用激光器去除或可选地通过在光刻或印刷光刻工艺中的保护性抗蚀剂，实现构图。
图1b示出了上述构图后功能层的形成。绝缘体层2′和栅电极层3′均以已构图的形式存在，半导体层1基本上维持不受构图影响并且具有不再被构图的绝缘体层2′和构图的栅电极层3′覆盖的暴露区域。
根据图1c，在一起构图绝缘体层2′和栅电极层3′后，形成源和漏电极层4、4′。通过掺杂由构图绝缘体层2′和栅电极层3′所得的被暴露的半导体衬底1的区域，实现源和漏电极层4、4′的形成。例如通过对半导体1的暴露区域施加掺杂的化学制品的直接印刷工艺，可以实现掺杂。在这种情况下，掺杂的化学制品对半导体1作用并且产生永久电导率，所以半导体1的掺杂区域可以作为源和漏电极层4和4′。可选地，通过首先在构图的保护层上印刷，可以间接地实现印刷工艺，从而掺杂的化学制品的作用限于未被保护层覆盖的区域。
在上述制造或相应地由该制造产生的上述晶体管的特定实施例中，衬底由聚酯膜形成。具体地说，合适的半导体材料是聚烷基噻吩，优选聚二己基三噻吩(PDHTT)或聚芴衍生物，它们可以被旋涂或印刷。此外，采用聚合物绝缘体层和有机或金属栅电极层。通过激光器可以一起构图栅电极层和绝缘体层。随后通过乙腈中的氯化铁FeCl3掺杂半导体层的暴露区域。
通过图2a和图2b中的实例示出了根据本发明制造有机晶体管的第二如关于图1a的以上说明，起始点是衬底，对其施加未构图的、均匀的半导体层1，然后该半导体层1被绝缘体层2覆盖，该绝缘体层2再支撑栅电极层3。
随后，一起构图施加在衬底上的未构图的半导体层1、绝缘体层2以及栅电极层3，这些层相应地示于图1a中。例如通过采用激光器去除或可选地通过光刻或印刷光刻工艺中的保护性抗蚀剂，可实现构图。
图2a示出了在上述构图后功能层的形成。半导体层10′、绝缘体层11′和栅电极层12′均以已构图的形式存在。根据图2a，绝缘体层11′可以具有钻蚀(undercut)结构6，该结构6适于防止栅电极层12′与将要制造的源电极层及对应的漏电极层之间的短路。钻蚀结构6应被理解为表示这样的层，其沿朝向衬底的方向至少在其截面的一个中逐渐变窄。不仅可以通过蚀刻工艺，而且可以例如利用溶剂实现钻蚀结构6。
根据图2b，在一起构图半导体层1、绝缘体层2和栅电极层3后，形成源和漏电极层13、13′。通过直接或间接的层制造工艺，源和漏电极层13、13′可以与以上说明类似地形成。在直接工艺中，例如，可以施加或印刷对准容差导电材料8，该材料流动直到衬底，形成源和漏电极层13、13′，并且在接触区域14形成与构图的半导体层10′的接触。在可选的间接工艺中，例如，可以施加构图的保护层，具体地说保护性抗蚀剂层，以便随后可以以目标方式对未被保护层覆盖的区域施加用于形成源和漏电极层13和13′的导电材料8。
通过图3a和图3b中的实例，示出了根据本发明制造有机晶体管的第三实施例。该第三实施例基本上对应于上述第二实施例。
如关于图1的以上说明，起始点是衬底，在其上设置未构图的、均匀的半导体层1，该半导体层1被未构图的绝缘体层2覆盖。然而，与以上说明相比，绝缘体层2未被栅电极层3覆盖。
随后，一起构图由衬底支撑的未构图的半导体层1和绝缘体层2。例如，通过采用激光器去除或可选地通过光刻或印刷光刻工艺中的保护性抗蚀剂，可实现构图。
图3a示出了在上述构图后功能层的形成。半导体层15′和绝缘体层16′均以已构图的形式存在。根据图3a，绝缘体层16′同样地可以具有钻蚀结构，该结构可以防止将要制造的栅电极层与将要制造的源电极层及对应的漏电极层之间的短路。
根据图3b，在一起构图半导体层1和绝缘体层2后，形成栅电极层17与源和漏电极层18、18′。通过直接或间接的层制造工艺，栅电极层17与源和漏电极层18、18′可以与以上说明类似地形成。在直接工艺中，例如，可以施加或印刷对准容差导电材料8，一方面，为了形成源和漏电极层18、18′并且在接触区域14形成与半导体的接触，该材料流动直到衬底，另一方面，该材料在构图的绝缘体层16′上形成栅电极层17。在可选的间接工艺中，例如，可以施加构图的保护层，具体地说保护性抗蚀剂层，以便随后可以以目标方式对未被保护层覆盖的区域施加用于形成栅电极层17以及源和漏电极层18和18′的导电材料8。
以有利的方式，通过在希望的接触位置19处施加更多的导电材料8或者通过在接触位置19处第二次施加导电材料8，同样地可以在源电极层或对应的漏电极层与栅电极层之间产生接触位置19。具有在源电极层及对应的漏电极层与栅电极层之间的接触的晶体管可以被用作二极管。
在将要制造的有机晶体管是条形，即源电极层和对应的漏电极层在整个沟道长度内位于彼此相对的位置的情况下，描述了上述方法。可选地，上述方法同样可以被用于制造叉指结构，其中各接触指互相啮合(intermesh)。通过绝缘体层对半导体层的沟道结构的覆盖很重要，以便阻止源电极层及对应的漏电极层与栅电极层之间的短路。
在以上说明的情况下很明显，在各实施例中给出的方法不需要在各制造步骤中以高精度对准，并且仍然能够制造高质量的有机晶体管。
如图1c所示出和说明的，由于仅仅在未被栅电极层3′及对应的绝缘体层2′覆盖的区域中制造源和漏电极层4、4′，阻止了栅电极层3′与源和漏电极层4、4′之间的重叠。根据栅电极层3′和绝缘体层2′的一起构图，严格限定了接触区域5，该接触区域5标示出半导电的半导体区域(即晶体管的沟道区域)与掺杂半导体区域的接触区域，其中掺杂的半导体区域导电以使这些区域用作源和漏电极层4、4′。
这同样适用于根据图2b和图3b的实施例。利用该方法，同样地可阻止栅电极层12′与源电极层及对应的漏电极层13、13′之间的重叠，如图2b所示，以及栅电极层17与源电极层及对应的漏电极层18、18′之间的重叠，如图3b所示。根据栅电极层与绝缘体层及半导体层的一起构图，或者对应地绝缘体层与半导体层的一起构图，同样地可以严格限定各半导体10′或15′与各源和漏电极层13、13′或18、18′之间的接触区域14。
权利要求
1.一种制造有机晶体管的方法，其特征在于，提供衬底，所述衬底具有至少一个未构图的半导体层(1)和设置在所述半导体层(1)上的未构图的绝缘体层(2)；所述方法包括以下步骤构图至少所述绝缘体层(2)；以及在所述构图后形成至少源和漏电极层(4、4′；13、13′；18、18′)。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在所述绝缘体层(2)上进一步设置未构图的栅电极层(3)；所述方法包括以下步骤为了暴露所述半导体层(1)的区域，一起构图所述绝缘体层(2)和所述栅电极层(3)；以及通过掺杂所述半导体层(1)的所述暴露区域，形成所述源和漏电极层(4、4′)。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，通过掺杂的化学制品，掺杂所述半导体层(1)的所述暴露区域。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，在所述绝缘体层(2)上进一步设置未构图的栅电极层(3)；所述方法包括以下步骤为了暴露所述衬底的区域，一起构图所述半导体层(1)、所述绝缘体层(2)和所述栅电极层(3)；以及通过对所述衬底的所述暴露区域施加导电物质(8)，形成所述源和漏电极层(13、13′)。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于一起构图所述半导体层(1)和所述绝缘体层(2)，以使所述衬底的区域暴露；以及通过对所述衬底的所述暴露区域和所述绝缘体层(16)施加导电物质(8)，一起形成所述源和漏电极层(18、18′)以及栅电极层(17)。
6.根据前述权利要求中的任何一项的方法，其特征在于，形成所述源和漏电极层(4、4′；13、13′；18、18′)，以使其与所述栅电极层(3′；12′；17)不重叠。
7.根据前述权利要求中的任何一项的方法，其特征在于，通过激光器、光刻工艺或印刷光刻工艺，进行所述构图。
8.根据前述权利要求中的任何一项的方法，其特征在于，所述衬底为塑料膜，具体地说为聚酯膜。
9.根据前述权利要求中的任何一项的方法，其特征在于，所述半导体层(1、1′；10′；15′)由有机半导电物质形成。
10.根据前述权利要求中的任何一项的方法，其特征在于，所述绝缘体层(2、2′；11′；16′)由有机电绝缘物质形成。
11.一种有机晶体管，可通过权利要求1至10中的任何一项制造。
全文摘要
本发明涉及一种有机晶体管及其制造方法。具体地说，本发明涉及一种包括自对准栅电极的有机晶体管以及制造所述有机晶体管的方法。根据本发明的方法，对衬底施加未构图的半导体层，并且在所述半导体层上设置绝缘体层。构图至少所述绝缘体层，以便邻近其形成至少源和漏电极层。在构图至少所述绝缘体层后所述源和漏电极层的形成确保基本上避免栅电极层与所述源和漏电极层的重叠。
文档编号H01L51/40GK1918721SQ200580004885
公开日2007年2月21日 申请日期2005年1月13日 优先权日2004年1月14日
发明者W·菲克斯, J·菲柯尔 申请人:波利Ic有限及两合公司