專利名稱：雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體組件及其制造方法，特別是一種雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
反相器(inverter)為積體電路中一個基礎(chǔ)的組件。反相器可以將輸入信號的相位反轉(zhuǎn)180度，這種電路應(yīng)用在模擬電路，例如音頻放大、時鐘振蕩器等。在電子線路設(shè)計中，經(jīng)常需要用到反相器。一般而言，制作反相器有兩種方式。第一種是制作單極性反相器，其直接由兩個單極性的電晶體(PM0S或NM0S)組成互補邏輯。由于是單一型態(tài)PMOS或NMOS直接建構(gòu)而成，所以源/漏極電極只需一種金屬，而主動層材料也只需單一型態(tài)(P型或N型)材料。故其優(yōu)點是可簡化工藝，但缺點是信號容易失真，并有較高功率消耗。第二種方式較為常見，是同時串接N型及P型有機薄膜電晶體組成互補性反相器電路，其優(yōu)勢除了有低功率消耗，并具備高穩(wěn)定性和較高的雜噪寬容度。然而，如何將N型及P型主動層同時制作于同一個基板上，又必須進行個別的圖案化工藝，當中要避免每一層材料特性受到損壞是相當有難度的。若選擇形成同時具備負/正載子傳輸?shù)闹鲃訉?，雖可使用單一主動層制作雙極性場效電晶體來完成CMOS反相器電路,但也因雙極性場效電晶體同時擁有電子傳輸及空穴傳輸特性，其組件開關(guān)比低，雙極性場效電晶體在低電場操作時會有明顯的電流產(chǎn)生，使得串接成反相器時，其增益(gain)過低，不利于其應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種更適合應(yīng)用邏輯電路的設(shè)計并可簡化工藝的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)及其制造方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其中，包括:一閘極，配置于一基板上；一源極與一漏極，配置于所述基板上且位于所述閘極的兩側(cè)；一介電層，配置于所述閘極及所述源極與所述漏極之間；一雙極性半導(dǎo)體層，至少配置于所述源極與所述漏極之間；以及一載子阻擋層，配置于所述雙極性半導(dǎo)體層及所述源極與所述漏極之間。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其中，所述源極與所述漏極位于所述閘極上方。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其中，所述雙極性半導(dǎo)體層還延伸至所述源極與所述漏極上方。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其中，所述雙極性半導(dǎo)體層還延伸至所述源極與所述漏極下方。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其中，所述閘極位于所述源極與所述漏極上方。
上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其中，所述雙極性半導(dǎo)體層還延伸至所述源極與所述漏極上方。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其中，所述雙極性半導(dǎo)體層還延伸至所述源極與所述漏極下方。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其中，所述雙極性半導(dǎo)體層是由N型有機半導(dǎo)體材料與P型有機半導(dǎo)體材料堆疊所組成。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其中，所述雙極性半導(dǎo)體層是由N型有機半導(dǎo)體材料與P型有機半導(dǎo)體材料混合所組成。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其中，所述雙極性半導(dǎo)體層是由具雙極特性的有機半導(dǎo)體材料所組成。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其中，所述雙極性半導(dǎo)體層是由N型無機半導(dǎo)體材料與P型無機半導(dǎo)體材料堆疊所組成。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其中，所述載子阻擋層為一電子阻擋層。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其中，所述電子阻擋層是由一無機材料所組成，且所述無機材料包括WO3、V2O5或MoO3。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其中，所述電子阻擋層是由一有機材料所組成，且所述有機材料包括4’，4”-參(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯胺(m-MTDATA)或雙(2-甲基-8-羥基喹啉-NI，08) - (I，I’ -聯(lián)苯-4-羥基)鋁(BALq)。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其中，所述載子阻擋層為一空穴阻擋層。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其中，所述空穴阻擋層是由一無機材料所組成，且所述無機材料包括LiF、CsF或TiO2。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其中，所述空穴阻擋層是由一有機材料所組成，且所述有機材料包括2，9- 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲啰啉(BCP)。為了更好地實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了 一種雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，包括:于一基板上形成一源極與一漏極；于所述基板上及至少所述源極與所述漏極之間依序形成一載子阻擋層及一雙極性半導(dǎo)體層；于所述雙極性半導(dǎo)體層上形成一介電層；以及于所述源極與所述漏極之間的所述介電層上形成一閘極，其中所述介電層將所述閘極、所述源極和所述漏極隔開。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，形成所述載子阻擋層及所述雙極性半導(dǎo)體層的步驟包括:于所述基板上依序形成一載子阻擋材料層、一雙極性半導(dǎo)體材料層以及一圖案化光阻層；以所述圖案化光阻層為罩幕，依序?qū)λ鲚d子阻擋材料層及所述雙極性半導(dǎo)體材料層進行蝕刻工藝，以移除部分所述載子阻擋材料層及部分所述雙極性半導(dǎo)體材料層；以及移除所述圖案化光阻層。
上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，形成所述載子阻擋材料層的步驟包括進行蒸鍍法。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，形成所述雙極性半導(dǎo)體材料層的步驟包括進行蒸鍍法、共蒸鍍法、濺鍍法或溶液工藝。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，所述雙極性半導(dǎo)體層是由N型有機半導(dǎo)體材料與P型有機半導(dǎo)體材料堆疊所組成。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，所述雙極性半導(dǎo)體層是由N型有機半導(dǎo)體材料與P型有機半導(dǎo)體材料混合所組成。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，所述雙極性半導(dǎo)體層是由具雙極特性的有機半導(dǎo)體材料所組成。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，所述雙極性半導(dǎo)體層是由N型無機半導(dǎo)體材料與P型無機半導(dǎo)體材料堆疊所組成。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其中，所述載子阻擋層為一電子阻擋層。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，所述電子阻擋層是由一無機材料所組成，且所述無機材料包括WO3、V2O5或MoO3。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，所述電子阻擋層是由一有機材料所組成，且所述有機材料包括4 ’，4 ” -參(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)二苯胺(m-MTDATA)或雙(2-甲基-8-羥基喹啉-NI, 08)-(1, Γ -聯(lián)苯 _4_ 羥基)鋁(BALq)。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的`制造方法，其中，所述載子阻擋層為一空穴阻擋層。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，所述空穴阻擋層是由一無機材料所組成，且所述無機材料包括LiF、CsF或TiO2。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，所述空穴阻擋層是由一有機材料所組成，且所述有機材料包括2，9- 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲啰啉(BCP)。為了更好地實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，包括:提供一基板，所述基板具有一第一區(qū)及一第二區(qū)；于所述第一區(qū)的所述基板上形成一第一源極與一第一漏極；于所述第一區(qū)及所述第二區(qū)的所述基板上依序形成一第一載子阻擋材料層、一雙極性半導(dǎo)體材料層及一第二載子阻擋材料層；將所述第一載子阻擋材料層、所述雙極性半導(dǎo)體材料層及所述第二載子阻擋材料層圖案化，以于所述第一區(qū)的所述基板上形成覆蓋所述第一源極與所述第一漏極的一第一堆疊結(jié)構(gòu)以及于所述第二區(qū)的所述基板上形成一第二堆疊結(jié)構(gòu)；于所述第二堆疊結(jié)構(gòu)上形成一第二源極與一第二漏極；于所述基底上形成一介電層，以覆蓋所述第一堆疊結(jié)構(gòu)及所述第二堆疊結(jié)構(gòu)；以及于所述第一源極與所述第一漏極之間的所述介電層上形成一第一閘極以及于所述第二源極與所述第二漏極之間的所述介電層上形成一第二閘極。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，依序?qū)⑺龅谝惠d子阻擋材料層、所述雙極性半導(dǎo)體材料層及所述第二載子阻擋材料層圖案化的步驟包括:于所述第二載子阻擋材料層上形成一圖案化光阻層；以所述圖案化光阻層為罩幕，移除部分所述第一載子阻擋材料層、部分所述雙極性半導(dǎo)體材料層及部分所述第二載子阻擋材料層；以及移除所述圖案化光阻層。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，形成所述第一載子阻擋材料層或所述第二載子阻擋材料層的步驟包括進行蒸鍍法。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，形成所述雙極性半導(dǎo)體材料層的步驟包括進行蒸鍍法、共蒸鍍法或溶液工藝。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，所述雙極性半導(dǎo)體材料層是由N型有機半導(dǎo)體材料與P型有機半導(dǎo)體材料堆疊所組成。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，所述雙極性半導(dǎo)體材料層是由N型有機半導(dǎo)體材料與P型有機半導(dǎo)體材料混合所組成。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，所述雙極性半導(dǎo)體材料層是由具雙極特性的有機半導(dǎo)體材料所組成。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，所述雙極性半導(dǎo)體材料層是由N型無機半導(dǎo)體材料與P型無機半導(dǎo)體材料堆疊所組成。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，當所述第一區(qū)為P型組件區(qū)，所述第二區(qū)為N型組件區(qū)時，所述第一載子阻擋材料層為電子阻擋材料層，所述第二載子阻擋材料層為空穴阻擋材料層；或者當所述第一區(qū)為N型組件區(qū)，所述第二區(qū)為P型組件區(qū)時，所述第一載子阻擋材料層為空穴阻擋材料層，所述第二載子阻擋材料層為電子阻擋材料層。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其中，所述第一載子阻擋材料層或所述第二載子阻擋材料層為一電子阻擋材料層時，所述電子阻擋材料層是由一無機材料或一有機材料所組成。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，所述無機材料包括W03、V2O5或MoO30上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，所述有機材料包括4 ’，4 ” -參(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯胺(m-MTDATA)或雙(2-甲基-8-羥基喹啉-NI，08)-(1，I，_聯(lián)苯~4~輕基)招(BALq)。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，所述第一載子阻擋材料層或所述第二載子阻擋材料層為一空穴阻擋材料層時，所述空穴阻擋材料層是由一無機材料或一有機材料所組成。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，所述無機材料包括LiF、CsF或Ti02。上述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，所述有機材料包括2，9_ 二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲啰啉(BCP)。為了更好地實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，包括:
于一基板上依序形成一雙極性半導(dǎo)體層及一載子阻擋層；
于所述載子阻擋層上形成一源極與一漏極；
于所述基板上形成一介電層，以覆蓋所述源極和所述漏極；以及
于所述源極與所述漏極之間的所述介電層上形成一閘極。
48.一種雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，包括:
于一基板上形成一閘極；
于所述基板上形成一介電層，以覆蓋所述閘極；
于所述閘極兩側(cè)的所述介電層上形成一源極與一漏極；以及
于所述介電層上及至少所述源極與所述漏極之間依序形成一載子阻擋層及一雙極性半導(dǎo)體層。
為了更好地實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了 一種雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，包括:
于一基板上形成一閘極；
于所述基板上形成一介電層，以覆蓋所述閘極；
于所述介電層上依序形成一雙極性半導(dǎo)體層及一載子阻擋層；以及
于所述閘極兩側(cè)的所述載子阻擋層上形成一源極與一漏極。
為了更好地實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，包括:
提供一基板，所述基板具有一第一區(qū)及一第二區(qū)；
于所述第一區(qū)的所述基板上形成一第一閘極以及于所述第二區(qū)的所述基板上形成一第二閘極；
于所述基底上形成一介電層，以覆蓋所述第一閘極及所述第二閘極；
于所述第一區(qū)的所述介電層上形成一第一源極與一第一漏極；
于所述第一區(qū)及所述第二區(qū)的所述基板上依序形成一第一載子阻擋材料層、一雙極性半導(dǎo)體材料層及一第二載子阻擋材料層；
將所述第一載子阻擋材料層、所述雙極性半導(dǎo)體材料層及所述第二載子阻擋材料層圖案化，以于所述第一區(qū)的所述基板上形成覆蓋所述第一源極與所述第一漏極的一第一堆疊結(jié)構(gòu)以及于所述第二區(qū)的所述基板上形成一第二堆疊結(jié)構(gòu)；以及
于所述第二堆疊結(jié)構(gòu)上形成一第二源極與一第二漏極。
本發(fā)明的技術(shù)效果在于:在本發(fā)明的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)中，于源極/漏極與雙極性主動層之間加入電子阻擋層或空穴阻擋層，如此可以從雙極性半導(dǎo)體層中分別萃取出單極性的組件電特性，使其適合應(yīng)用于邏輯電路的設(shè)計。此外，本發(fā)明的制作方法簡單，僅需一次圖案化步驟即可同時定義出N型與P型的半導(dǎo)體層，可降低現(xiàn)有技術(shù)多次圖案化工藝對半導(dǎo)體材料的影響，以有效提升雙載子組件的效能。
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。


圖1A IB為本發(fā)明第一實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法的剖面示意圖2A 2B為本發(fā)明第二實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)制造方法的剖面示意圖3A 3B為本發(fā)明第三實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)制造方法的剖面示意圖3B-1為本發(fā)明第三實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的剖面示意圖4A 4B為本發(fā)明第四實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法的剖面示意圖4B-1為本發(fā)明第四實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的剖面示意圖5A 5C為本發(fā)明第五實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法的剖面示意圖6A 6C為本發(fā)明第六實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法的剖面示意圖6C-1為本發(fā)明第六實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的剖面示意圖7為實例I與比較例I的有機場效電晶體的Id-Vg圖8為實例2與比較例I的有機場效電晶體的Id-Vg圖9為實例3與比較例I的有機場效電晶體的Id-Vg圖。
其中，附圖標記
10、20、30、30a、40、40a、50、60、60a 雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)
100、200、300、400、500、600 基板
102、206、306、410、518、608、624 源極
104、208、308、412、520、610、626 漏極
106、204、310、408、506a、506b、510a、510b、612a、612b、616a、616b 載子阻擋層
108、202、312、406、508a、508b、614a、614b 雙極性半導(dǎo)體層
110、210、304、404、522、606 介電層
112、212、302、402、524、526、602、604 閘極
500a、600a 第一區(qū)
500b、600b 第二區(qū)
506、510、612、616載子阻擋材料層
508、614雙極性半導(dǎo)體材料層
512,618圖案化光阻層
514、516、620、622 堆疊結(jié)構(gòu)具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述:
本發(fā)明的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其在源極/漏極與雙極性半導(dǎo)體層之間加入載子阻擋層(如電子阻擋層或空穴阻擋層)，依阻擋層的特性來限制載子注入，進一步?jīng)Q定組件電性為N型或P型。如此一來，可以從雙極性半導(dǎo)體層中分別萃取出單極性的組件電特性，使其組件操作上如同單極性場效電晶體(unipolar FET)，如此可更適合應(yīng)用邏輯電路的設(shè)計并簡化工藝。
由于雙載子電晶體組件可具有上閘極結(jié)構(gòu)或下閘極結(jié)構(gòu)，依構(gòu)件之間的配置關(guān)系而有四種排列組合，以下，將以實施例一至實施例四分別說明。
第一實施例
圖1A IB為本發(fā)明第一實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法的剖面示意圖。
請參照圖1A，于基板100上形成源極102與漏極104。基板100可為硬式基板或可撓式基板。硬式基板的材料例如是玻璃、石英或硅晶圓?？蓳鲜交宓牟牧侠缡撬苣z如壓克力、金屬箔(metal foil)或是紙。源極102與漏極104的形成方法例如是先于基底100上形成金屬層(圖未示)，再利用微影與蝕刻工藝將金屬層圖案化以形成。金屬層的材料例如為金、銀、銅、鋁、鑰、鉻等或其合金。金屬層的形成方法包括進行物理氣相沈積工藝，如蒸鍍法。在另一實施例中，也可以于基板100上直接形成源極102與漏極104，例如是以導(dǎo)電油墨噴印方式或其他轉(zhuǎn)印技術(shù)制作。
然后，于基板100上及至少源極102與漏極104之間依序形成載子阻擋層106及雙極性半導(dǎo)體層108。在此實施例中，載子阻擋層106及雙極性半導(dǎo)體層108覆蓋源極102、漏極104及源極102與漏極104之間的通道區(qū)。載子阻擋層106及雙極性半導(dǎo)體層108的形成方法包括于基板100上依序形成載子阻擋材料層、雙極性半導(dǎo)體材料層及圖案化光阻層(圖未示)。然后，以圖案化光阻層為罩幕，對載子阻擋材料層及雙極性半導(dǎo)體材料層進行蝕刻工藝，以移除部分載子阻擋材料層及部分雙極性半導(dǎo)體材料層。之后，移除圖案化光阻層。載子阻擋材料層的形成方法例如是進行物理氣相沉積工藝，如蒸鍍法。雙極性半導(dǎo)體材料層可通過個別蒸鍍N型有機半導(dǎo)體材料與P型有機半導(dǎo)體材料、蒸鍍或濺鍍N型無機半導(dǎo)體材料與P型無機半導(dǎo)體材料、共蒸鍍N型有機半導(dǎo)體材料與P型有機半導(dǎo)體材料或蒸鍍具雙極特性的有機半導(dǎo)體材料而形成。
載子阻擋層106可以為電子阻擋層。電子阻擋層可由無機材料所組成，且無機材料例如是W03、V2O5或Mo03。電子阻擋層也可由有機材料所組成，且有機材料例如是4’，4”-參(N-3-甲基苯基-N-苯基氛基)三苯胺(4，，4”_tris (N-3-methylphenyl-N-phenylamino) triphenylamine,m_MTDATA)或雙(2-甲基-8-輕基喹啉-NI, 08)-(I, I’-聯(lián)苯-4-輕基)招(bis(2-methyl-8-quinolinolato-Nl, 08)-(1, I，-biphenyl-4-olato)aluminum ；BALq)。
此外，載子阻擋層106也可以為空穴阻擋層?？昭ㄗ钃鯇涌捎蔁o機材料所組成，且無機材料例如是LiF、CsF或Ti02。空穴阻擋層也可由有機材料所組成，且有機材料例如是 2，9_ 二 甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲啰啉(2，9-dimethyl-4，7-diphenyl-l，10-phenanthroline ；BCP)。
特別要注意的是，本發(fā)明的雙極性半導(dǎo)體材料是指空穴特性及電子特性互相“平衡”的材料。在一實施例中，雙極性半導(dǎo)體層108是由N型有機半導(dǎo)體材料與P型有機半導(dǎo)體材料堆疊所組成。N型有機半導(dǎo)體材料例如是N，N’ -雙十三烷基-3，4，9，10-茈四羧酸二酸亞胺(N, N 1 -ditridecyl-3,4,9,10-perylene tetracarboxylic diimide,PTCD1-C13)、碳六十(C6tl)或 6,6_ 苯基-C61-丁酸甲酷([6,6]-phenyl-C61-butyric acidmethyl ester, PCBM)。P型有機半導(dǎo)體材料例如是并五苯(pentacene)或聚3_己基噻吩(poly (3-hexylthiophene), P3HT)。N型有機半導(dǎo)體材料與P型有機半導(dǎo)體材料例如是分別由蒸鍍法所形成。在另一實施例中，雙極性半導(dǎo)體層108是由N型有機半導(dǎo)體材料與P型有機半導(dǎo)體材料混合所組成。以溶液方式或共蒸鍍法混合上述N型有機半導(dǎo)體材料與P型有機半導(dǎo)體材料以形成。在又一實施例中，雙極性半導(dǎo)體層108是由具雙極特性的有機半導(dǎo)體材料所組成。具雙極特性的有機半導(dǎo)體材料例如是Η)ΡΡ-ΤΒΤ、8，9，10，11-四氯-6，13-雙(三異丙基娃燒基乙塊基)-1- 二橫酸(8,9,10,1 l-tetrachloro-6,13-bis (triisopropylsilylethynyl)-l-azapen tacene),其形成方法例如是進行蒸鍍法及溶液工藝。在另一實施例中，雙極性半導(dǎo)體層108是由N型無機半導(dǎo)體材料與P型無機半導(dǎo)體材料堆疊所組成，其形成方法例如是進行濺鍍法。N型無機半導(dǎo)體材料例如是IGZ0，且P型無機半導(dǎo)體材料例如是SnO。
然后，請參照圖1B，于雙極性半導(dǎo)體層108上形成介電層110。在此實施例中，介電層110覆蓋載子阻擋層106及雙極性半導(dǎo)體層108。介電層110的形成方法例如是先于基底100上形成介電材料層(圖未示)，再利用微影與蝕刻工藝將介電材料層圖案化以形成的。介電層110的材料包括無機介電材料或是有機介電材料。無機介電材料例如是氧化硅或氮化娃等。有機介電材料例如是聚乙烯四氫咯酮(polyvinyl pyrrolidone,PVP)或聚對二甲苯基(parylene)等。介電材料層的形成方法例如是進行化學(xué)氣相沉積法、旋轉(zhuǎn)涂布法或蒸鍍法。
之后，于源極102與漏極104之間的110介電層上形成閘極112，其中介電層110將閘極112、源極102和漏極104隔開。閘極112的形成方法例如是先形成閘極材料層(圖未示)，再利用微影與蝕刻工藝將閘極材料層圖案化以形成的。閘極材料層的材料例如是金、銀、銅、鋁、鑰、鉻等或其合金。閘極材料層的形成方法例如是進行物理氣相沉積工藝，如蒸鍍法。在另一實施例中，也可以于基板100上直接形成閘極112，例如是以導(dǎo)電油墨噴印方式或其他轉(zhuǎn)印技術(shù)制作。
其后，可在基底100上方形成保護層(圖未示)，以覆蓋閘極112以及介電層110。至此，完成第一實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)10的制作。
如圖1B所示，第一實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)10為上閘極結(jié)構(gòu)，包括基板100、源極102、漏極104、載子阻擋層106、雙極性半導(dǎo)體層108、介電層110及閘極112。源極102與漏極104、閘極112均配置于基板100上，且閘極112位于源極102與漏極104上方。源極102與漏極104位于閘極112的兩側(cè)。介電層110配置于閘極112及源極102與漏極104之間。雙極性半導(dǎo)體層108至少配置于源極102與漏極104之間。在此實施例中，雙極性半導(dǎo)體層108還延伸至源極102與漏極104上方。具體而言，雙極性半導(dǎo)體層108覆蓋源極102、漏極104以及源極102與漏極104之間的通道區(qū)。載子阻擋層106配置于雙極性半導(dǎo)體層108及源極102與漏極104之間。
特別要說明的是，當雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)10用作P型場效電晶體(P-type FET)時，為了阻擋電子通過并允許空穴注入，載子阻擋層106可以為電子阻擋層。此外，當雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)10用作N型場效電晶體(N-type FET)時，為了阻擋空穴通過并允許電子注入，載子阻擋層106可以為空穴阻擋層。依此方式，可以達到從雙極性半導(dǎo)體層108中分別萃取出單極性的組件電特性的目的。
第二實施例
圖2A 2B為本發(fā)明第二實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法的剖面示意圖。第二實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)20與第一實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)10類似，以下就不同之處說明，相同處則不再贅述。
首先，請參照圖2A，于基板200上依序形成雙極性半導(dǎo)體層202及載子阻擋層204。雙極性半導(dǎo)體層202及載子阻擋層204的形成方法包括于基板200上依序形成雙極性半導(dǎo)體材料層、載子阻擋材料層及圖案化光阻層(圖未示)。然后，以圖案化光阻層為罩幕，對雙極性半導(dǎo)體材料層及載子阻擋材料層進行蝕刻工藝，以移除部分雙極性半導(dǎo)體材料層及部分載子阻擋材料層。之后，移除圖案化光阻層。雙極性半導(dǎo)體材料層可通過個別蒸鍍N型有機半導(dǎo)體材料與P型有機半導(dǎo)體材料、蒸鍍或濺鍍N型無機半導(dǎo)體材料與P型無機半導(dǎo)體材料、共蒸鍍N型有機半導(dǎo)體材料與P型有機半導(dǎo)體材料、或蒸鍍具雙極特性的有機半導(dǎo)體材料而形成。載子阻擋材料層的形成方法例如是進行物理氣相沉積工藝，如蒸鍍法。第二實施例的基板200、雙極性半導(dǎo)體層202及載子阻擋層204的材料與第一實施例的基板100、雙極性半導(dǎo)體層108及載子阻擋層106的材料類似，于此不再贅述。
在一實施例中，也可以于基底200與雙極性半導(dǎo)體層202之間形成絕緣層及表面修飾層(圖未示)。絕緣層例如是以熱氧化法生長的氧化硅層。表面修飾層例如是以旋轉(zhuǎn)涂布法形成的非晶質(zhì)全氟樹脂(商品名CYT0P)。
然后，于載子阻擋層204上形成源極206與漏極208。第二實施例的源極206與漏極208的材料與形成方法與第一實施例之源極102與漏極104類似，在此不再贅述。
之后，請參照圖2B，于基板200上形成介電層210，以覆蓋源極206和漏極208。然后，于源極206和漏極208之間的介電層210上形成閘極212。第二實施例的介電層210與閘極212的材料與形成方法與第一實施例的介電層110與閘極112類似，在此不再贅述。
如圖2B所示，第二實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)20為上閘極結(jié)構(gòu)，包括基板200、雙極性半導(dǎo)體層202、載子阻擋層204、源極206、漏極208、介電層210及閘極212。源極206與漏極208、閘極212均配置于基板200上，且閘極212位于源極206與漏極208上方。源極206與漏極208位于閘極212的兩側(cè)。介電層210配置于閘極212及源極206與漏極208之間。雙極性半導(dǎo)體層202至少配置于源極206與漏極208之間。在此實施例中，雙極性半導(dǎo)體層202還延伸至源極206與漏極208下方。具體而言，雙極性半導(dǎo)體層202從源極206與漏極208之間的通道區(qū)向兩側(cè)延伸至源極206與漏極208下方。載子阻擋層204配置于雙極性半導(dǎo)體層202及源極206與漏極208之間。
特別要說明的是，當雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)20用作P型場效電晶體時，載子阻擋層204可以為電子阻擋層。或者，當雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)20用作N型場效電晶體時，載子阻擋層204可以為空穴阻擋層。依此方式，可以達到從雙極性半導(dǎo)體層202中分別萃取出單極性的組件電特性的目的。
第三實施例
圖3A 3B為本發(fā)明第三實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法的剖面示意圖。第三實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)30與第一實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)10類似，以下就不同之處說明，相同處則不再贅述。
首先，請參照圖3A，于基板300上形成閘極302。然后，于基板300上形成介電層304，以覆蓋閘極302。第三實施例的閘極302及介電層304的材料與形成方法與第一實施例的閘極112及介電層110類似，在此不再贅述。
之后，請參照圖3B，于閘極302兩側(cè)的介電層304上形成源極306與漏極308。第三實施例的源極306與漏極308的材料與形成方法與第一實施例的源極102與漏極104類似，在此不再贅述。
然后，于介電層304上及至少源極306與漏極308之間依序形成載子阻擋層310及雙極性半導(dǎo)體層312。第三實施例的源極306與漏極308、載子阻擋層310及雙極性半導(dǎo)體層312的材料與形成方法與第一實施例的源極102與漏極104、載子阻擋層106及雙極性半導(dǎo)體層108類似，在此不再贅述。
如圖3B所示，第三實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)30為下閘極結(jié)構(gòu)，包括基板300、閘極302、介電層304、源極306、漏極308、載子阻擋層310及雙極性半導(dǎo)體層312。閘極302、源極306與漏極308均配置于基板200上，且閘極302位于源極306與漏極308下方。源極306與漏極308位于閘極302的兩側(cè)。介電層304配置于閘極302及源極306與漏極308之間。雙極性半導(dǎo)體層312至少配置于源極306與漏極308之間。在此實施例中，雙極性半導(dǎo)體層202還延伸至源極306與漏極308上方。具體而言，雙極性半導(dǎo)體層312覆蓋源極306、漏極308以及源極306與漏極308之間的通道區(qū)。載子阻擋層310配置于雙極性半導(dǎo)體層312及源極306與漏極308之間。
此外，在圖3B的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)30中，以在玻璃基板300上形成閘極302為例來說明，但本發(fā)明并不以此為限。在另一實施例中，當基板300為硅基板時，也可以省略形成閘極302的步驟，而將基板300充作閘極使用，如圖3B-1的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)30a所示。
特別要說明的是，當雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)30用作P型場效電晶體時，載子阻擋層310可以為電子阻擋層?；蛘?，當雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)30用作N型場效電晶體時，載子阻擋層310可以為空穴阻擋層。依此方式，可以達到從雙極性半導(dǎo)體層312中分別萃取出單極性的組件電特性的目的。
第四實施例
圖4A 4B為本發(fā)明第四實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法的剖面示意圖。第四實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)40與第一實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)10類似，以下就不同之處說明，相同處則不再贅述。
首先，請參照圖4A，于基板400上形成閘極402。然后，于基板400上形成介電層404，以覆蓋閘極402。第四實施例的閘極402及介電層404的材料與形成方法與第一實施例的閘極112及介電層110類似，在此不再贅述。
之后，請參照圖4B，于介電層404上依序形成雙極性半導(dǎo)體層406及載子阻擋層408。雙極性半導(dǎo)體層406及載子阻擋層408的形成方法包括于基板400上依序形成雙極性半導(dǎo)體材料層、載子阻擋材料層及圖案化光阻層(圖未示)。然后，以圖案化光阻層為罩幕，對雙極性半導(dǎo)體材料層及載子阻擋材料層進行蝕刻工藝，以移除部分雙極性半導(dǎo)體材料層及部分載子阻擋材料層。之后，移除圖案化光阻層。雙極性半導(dǎo)體材料層可通過個別蒸鍍N型有機半導(dǎo)體材料與P型有機半導(dǎo)體材料、蒸鍍或濺鍍N型無機半導(dǎo)體材料與P型無機半導(dǎo)體材料、共蒸鍍N型有機半導(dǎo)體材料與P型有機半導(dǎo)體材料或蒸鍍具雙極特性的有機半導(dǎo)體材料而形成。載子阻擋材料層的形成方法例如是進行物理氣相沉積工藝，如蒸鍍法。第四實施例的雙極性半導(dǎo)體層406及載子阻擋層408的材料與第一實施例的雙極性半導(dǎo)體層108及載子阻擋層106的材料類似，在此不再贅述。
然后，于閘極402兩側(cè)的載子阻擋層408上形成源極410與漏極412。第四實施例的源極410與漏極412的材料與形成方法與第一實施例的源極102與漏極104類似，在此不再贅述。
如圖4B所示，第四實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)40為下閘極結(jié)構(gòu)，包括基板400、閘極402、介電層404、雙極性半導(dǎo)體層406、載子阻擋層408、源極410及漏極412。閘極402、源極410及漏極412均配置于基板200上，且閘極402位于源極410及漏極412下方。源極410及漏極412位于閘極402的兩側(cè)。介電層404配置于閘極402及源極410及漏極412之間。雙極性半導(dǎo)體層406至少配置于源極410及漏極412之間。在此實施例中，雙極性半導(dǎo)體層406還延伸至源極410及漏極412下方。具體而言,雙極性半導(dǎo)體層406從源極410及漏極412之間的通道區(qū)向兩側(cè)延伸至源極410及漏極412下方。載子阻擋層408配置于雙極性半導(dǎo)體層406及源極410及漏極412之間。
此外，在圖4B的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)40中，以在玻璃基板400上形成閘極402為例來說明，但本發(fā)明并不以此為限。在另一實施例中，當基板400為硅基板時，也可以省略形成閘極402的步驟，而將基板400充作閘極使用，如圖4B-1的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)40a所示。
特別要說明的是，當雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)40用作P型場效電晶體時，載子阻擋層408可以為電子阻擋層?；蛘?，當雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)40用作N型場效電晶體時，載子阻擋層408可以為空穴阻擋層。依此方式，可以達到從雙極性半導(dǎo)體層406中分別萃取出單極性的組件電特性的目的。
接下來，將應(yīng)用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)來制作CMOS反相器，僅需透過對雙極性半導(dǎo)體層進行一次圖案化步驟，即可同時制作出P型場效電晶體及N型場效電晶體，大幅簡化工藝及提升競爭力。將列舉兩個實施例說明如下。
第五實施例
圖5A 5C為本發(fā)明第五實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法的剖面示意圖。
請參照圖5A，首先，提供基板500。基板500具有第一區(qū)500a及第二區(qū)500b?；?00可為硬式基板或可撓式基板。然后，于第一區(qū)500a的基板500上形成源極502與漏極504。源極502與漏極504的材料與形成方法請參見前述的實施例，于此不再贅述。
接著，于第一區(qū)500a及第二區(qū)500b的基板500上依序形成載子阻擋材料層506、雙極性半導(dǎo)體材料層508、載子阻擋材料層510及圖案化光阻層512。
載子阻擋材料層506、510可以分別為電子阻擋材料層及空穴阻擋材料層(或電子阻擋材料層及空穴阻擋材料層)。載子阻擋材料層506、510的形成方法例如是分別進行物理氣相沉積工藝，如蒸鍍法。雙極性半導(dǎo)體材料層508可通過個別蒸鍍N型有機半導(dǎo)體材料與P型有機半導(dǎo)體材料、蒸鍍或濺鍍N型無機半導(dǎo)體材料與P型無機半導(dǎo)體材料、共蒸鍍N型有機半導(dǎo)體材料與P型有機半導(dǎo)體材料或蒸鍍具雙極特性的有機半導(dǎo)體材料而形成。載子阻擋材料層506、510與雙極性半導(dǎo)體材料層508的材料請參見前述的實施例，于此不再贅述。
之后，請參照圖5B，以圖案化光阻層512為罩幕，將載子阻擋材料層506、雙極性半導(dǎo)體材料層508、載子阻擋材料層510圖案化，以于第一區(qū)500a的基板上形成覆蓋源極502與漏極504的堆疊結(jié)構(gòu)514以及于第二區(qū)500b的基板500上形成堆疊結(jié)構(gòu)516。上述圖案化步驟例如是進行蝕刻工藝。堆疊結(jié)構(gòu)514包括(由下而上)載子阻擋層506a、雙極性半導(dǎo)體層508a、載子阻擋層510a。堆疊結(jié)構(gòu)516包括(由下而上)載子阻擋層506b、雙極性半導(dǎo)體層508b、載子阻擋層510b。接著，移除圖案化光阻層512。
然后，請參照圖5C，于第二區(qū)500b的堆疊結(jié)構(gòu)516上形成源極518與漏極520。源極518與漏極520的材料與形成方法請參見前述的實施例，于此不再贅述。
然后，于基底500上形成介電層522,以覆蓋堆疊結(jié)構(gòu)514及堆疊結(jié)構(gòu)516。介電層522的材料與形成方法請參見前述的實施例，于此不再贅述。
接著，于源極502與漏極504之間的介電層522上形成閘極524以及于源極518與漏極520之間的介電層522上形成閘極526。閘極524及閘極526的材料與形成方法請參見前述的實施例，于此不再贅述。至此，完成第五實施例的作為CMOS反相器的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)50。
在一實施例中，當?shù)谝粎^(qū)500a為P型組件區(qū)，第二區(qū)500b為N型組件區(qū)時，載子阻擋材料層506為電子阻擋材料層，載子阻擋材料層510為空穴阻擋材料層。特別要注意的是，所形成的組件電性是由源極/漏極與雙極性主動層之間的載子阻擋層(電子阻擋層或空穴阻擋層)決定。因此，當載子阻擋材料層506為電子阻擋材料層，載子阻擋材料層510為空穴阻擋材料層時，第一區(qū)500a為P型組件區(qū)，且第一區(qū)500a中的載子阻擋層510a (空穴阻擋層)不起作用；第二區(qū)500b為N型組件區(qū)，且第二區(qū)500b中的載子阻擋層506b(電子阻擋層)不起作用。
在另一實施例中，當?shù)谝粎^(qū)500a為N型組件區(qū)，第二區(qū)500b為P型組件區(qū)時，載子阻擋材料層506為空穴阻擋材料層，載子阻擋材料層510為電子阻擋材料層。
因此，可使用單一次圖案化工藝同時定義N型與P型的半導(dǎo)體層，故本發(fā)明的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法可簡化工藝、降低圖案化工藝對半導(dǎo)體材料的影響，以有效提升雙載子組件的效能。
第六實施例
圖6A 6C為本發(fā)明第六實施例的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法的剖面示意圖。
請參照圖6A，首先，提供基板600。基板600具有第一區(qū)600a及第二區(qū)600b。然后，于第一區(qū)600a的基板600上形成閘極602以及于第二區(qū)600b的基板600上形成閘極604。接著，于基底600上形成介電層606，以覆蓋閘極602及閘極604。之后，于第一區(qū)600a的介電層606上形成源極608與漏極610。源極608與漏極610之間的通道區(qū)對應(yīng)于閘極602。閘極602、閘極604、介電層606及源極608與漏極610的材料與形成方法請參見前述的實施例，于此不再贅述。
然后，請參照圖6B，于第一區(qū)600a及第二區(qū)600b的基板600上依序形成載子阻擋材料層612、雙極性半導(dǎo)體材料層614、載子阻擋材料層616及圖案化光阻層618。
然后，請參照圖6C，以圖案化光阻層618為罩幕，將載子阻擋材料層612、雙極性半導(dǎo)體材料層614、載子阻擋材料層616圖案化，以于第一區(qū)600a的基板600上形成覆蓋源極608與漏極610的堆疊結(jié)構(gòu)620以及于第二區(qū)600b的基板600上形成堆疊結(jié)構(gòu)622。堆疊結(jié)構(gòu)620包括(由下而上)載子阻擋層612a、雙極性半導(dǎo)體層614a、載子阻擋層616a。堆疊結(jié)構(gòu)622包括(由下而上)載子阻擋層612b、雙極性半導(dǎo)體層614b、載子阻擋層616b。接著，移除圖案化光阻層618。
然后，于堆疊結(jié)構(gòu)622上形成源極624與漏極626。源極624與漏極626之間的通道區(qū)對應(yīng)于閘極604。源極624與漏極626的材料與形成方法請參見前述的實施例，于此不再贅述。至此，完成第六實施例的作為CMOS反相器的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)60。
此外，在圖6C的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)60中，以在玻璃基板600上形成閘極602、閘極604為例來說明，但本發(fā)明并不以此為限。在另一實施例中，當基板600為硅基板時，也可以省略形成閘極602、閘極604的步驟，而將基板600充作閘極使用，如圖6C-1的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)60a所示。
在一實施例中，當?shù)谝粎^(qū)600a為P型組件區(qū)，第二區(qū)600b為N型組件區(qū)時，載子阻擋材料層612為電子阻擋材料層，載子阻擋材料層616為空穴阻擋材料層。
在另一實施例中，當?shù)谝粎^(qū)600a為N型組件區(qū)，第二區(qū)600b為P型組件區(qū)時，載子阻擋材料層612為空穴阻擋材料層，載子阻擋材料層616為電子阻擋材料層。
因此，可使用單一次圖案化工藝同時定義N型與P型的半導(dǎo)體層，以簡化工藝及降低圖案化工藝對半導(dǎo)體材料的影響。
接下來，將列舉多個實例以及一個比較例驗證本發(fā)明的功效。
實例I
基板米用P型娃晶圓(30 60 Ω-cm,〈100〉晶面)。而后，利用熱氧化法于基板上生長300nm的氧化娃作為絕緣層。然后,利用旋轉(zhuǎn)涂布(spin-coating)法,于基板上涂布800 A的CYTOP薄膜作為表面修飾層。接著，將基板置于真空腔中抽至2.5X 10_6torr，利用氮化硼坩鍋(BN crucible)以0.5 I人/sec的鍍率，分別蒸鍍上作為N型有機半導(dǎo)體材料的PT⑶1-C13和作為P型有機半導(dǎo)體材料的并五苯(pentacene),以形成雙極性半導(dǎo)體層。此時，以石英振蕩器(quartz oscillator)監(jiān)測薄膜厚度,再以白光干涉儀校正，以形成450 A的PT⑶1-C13薄膜及500 A的并五苯薄膜。接著，于雙極性半導(dǎo)體層上蒸鍍作為電子阻擋層之500 A的m-MTDATA薄膜。然后，于電子阻擋層上形成源極與漏極(金電極)。至此，完成實例I的P型有機場效電晶體的制作，如圖4B-1所示。組件的通道長度(channellength)為 200 μ m,通道寬度(channel width)為 2，000 μ m。
特別要說明的是，并五苯薄膜和PT⑶I薄膜的LUMO約只在3.2eV 3.4eV,金的功函數(shù)(work function)約在5.leV，所以具有LUMO達L 9eV的m_MTDATA薄膜可有效阻擋住電子的傳輸，適合當此組件的電子阻擋層。
實例2
根據(jù)與實例I相同的方式制備組件，但空穴阻擋層(BCP薄膜)取代實例I的電子阻擋層(m-MTDATA薄膜)，以及使用銀電極取代實例I的金電極作為源極與漏極。至此，完成實例2的N型有機場效電晶體的制作。
特別要說明的是，并五苯薄膜和PT⑶I薄膜的Η0Μ0約只在5.0eV 5.4eV,銀的功函數(shù)約在4.26eV，所以具有Η0Μ0達6.7eV的BCP薄膜可有效阻擋住空穴的傳輸，適合當此組件的空穴阻擋層。
實例3
基板采用P型硅晶圓(30 60 Ω-cm，〈100〉晶面)，其具有P型組件區(qū)及N型組件區(qū)。而后，利用熱氧化法于基板上生長300nm的氧化硅作為絕緣層。然后，利用旋轉(zhuǎn)涂布法于基板上涂布800 A的CYTOP薄膜作為表面修飾層。之后，于P型組件區(qū)的基底上形成源極與漏極(金電極)。接著，將基板置于真空腔中抽至2.5X l(T6torr，利用氮化硼坩鍋(BNcrucible)以0.5 I A/sec的鍍率，分別蒸鍍上作為電子阻擋層之500 A的m-MTDATA薄膜、作為雙極性半導(dǎo)體材料層的PT⑶1-C13薄膜(450 A)與并五苯薄膜(500 A)以及作為空穴阻擋層的500 A的PCB薄膜。然后，進行圖案化工藝，以同時定義P型組件區(qū)及N型組件區(qū)的主動層。然后，于N型組件區(qū)的基底上形成漏極與源極(銀電極)。至此，完成實例3的作為CMOS反相器的有機場效電晶體的制作，如圖6C-1所示。
比較例I
根據(jù)與實例I相同的方式制備有機場效電晶體，但未形成電子阻擋層。
圖7為實例I與比較例I的有機場效電晶體的Id-Vg圖。如圖7所示，P型閘極(Vg)從+IOV掃到-50V，漏極(Vd)是維持施加-40V的偏壓。圖中實線與虛線分別代表實例I及比較例I的有機場效電晶體。
可從圖中發(fā)現(xiàn)當雙極性電晶體組件加入m-MTDATA電子阻擋層，電流開關(guān)比(on/off ratio)從原本的10大幅提升到103。而將電子抑制后N型的最小電流(off current)也有較大操作范圍，可以讓組件更加穩(wěn)定，不會因為施壓電壓差個±1V，就有很大的電流變化。而P型起始電壓(turn on voltage)位置接近于0V。
圖8為實例2與比較例I的有機場效電晶體的Id-Vg圖。如圖8所示，N型閘極(Vg)從-10V掃到+50V，漏極(Vd)是維持施加+40V的偏壓。圖中實線與虛線分別代表實例2及比較例I的有機場效電晶體。
可從圖中發(fā)現(xiàn)當雙極性電晶體組件加入BCP空穴阻擋層，電流開關(guān)比從原本的102大幅提升到105。而將空穴抑制后P型的最小電流也有較大操作范圍，可以讓組件更加穩(wěn)定，不會因為施壓電壓差個±1V，就有很大的電流變化。而N型起始電壓位置接近于0V。
圖9為實例3與比較例I的有機場效電晶體的Id-Vg圖。如圖9所示，在比較例I的傳統(tǒng)的組件中，其有機電晶體具有雙載子傳輸?shù)奶匦?，故其低電場時會有明顯的電流產(chǎn)生，使得組件的開關(guān)比過低，不利于其應(yīng)用。相反地，本發(fā)明提出的實例3的結(jié)構(gòu)，透過載子阻擋層與電極位置的搭配，可以有效地分別控制雙載子電晶體電傳輸特性，使其低電場時，不會有明顯的電流產(chǎn)生，提高了組件的開關(guān)比。
綜上所述，在本發(fā)明的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)中，于源極/漏極及雙極性主動層之間加入電子阻擋層或空穴阻擋層，如此可以從雙極性半導(dǎo)體層中分別萃取出單極性的組件電特性，提高雙極性半導(dǎo)體電晶體的實用性，并大幅提升電流開關(guān)比。此外，本發(fā)明的制作方法簡單，僅需一次圖案化步驟即可同時定義出N型與P型的半導(dǎo)體層，可降低現(xiàn)有技術(shù)多次圖案化工藝對半導(dǎo)體材料的影響，以有效提升雙載子組件的效能。
當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 一閘極，配置于一基板上； 一源極與一漏極，配置于所述基板上且位于所述閘極的兩側(cè)； 一介電層，配置于所述閘極及所述源極與所述漏極之間； 一雙極性半導(dǎo)體層，至少配置于所述源極與所述漏極之間；以及 一載子阻擋層，配置于所述雙極性半導(dǎo)體層及所述源極與所述漏極之間。
2.如權(quán)利要求1所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述源極與所述漏極位于所述閘極上方。
3.如權(quán)利要求2所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述雙極性半導(dǎo)體層還延伸至所述源極與所述漏極上方。
4.如權(quán)利要求2所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述雙極性半導(dǎo)體層還延伸至所述源極與所述漏極下方。
5.如權(quán)利要求1所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述閘極位于所述源極與所述漏極上方。
6.如權(quán)利要求5所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述雙極性半導(dǎo)體層還延伸至所述源極與所述漏極上方。
7.如權(quán)利要求5所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述雙極性半導(dǎo)體層還延伸至所述源極與所述漏極下方。`
8.如權(quán)利要求1所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述雙極性半導(dǎo)體層是由N型有機半導(dǎo)體材料與P型有機半導(dǎo)體材料堆疊所組成。
9.如權(quán)利要求1所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述雙極性半導(dǎo)體層是由N型有機半導(dǎo)體材料與P型有機半導(dǎo)體材料混合所組成。
10.如權(quán)利要求1所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述雙極性半導(dǎo)體層是由具雙極特性的有機半導(dǎo)體材料所組成。
11.如權(quán)利要求1所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述雙極性半導(dǎo)體層是由N型無機半導(dǎo)體材料與P型無機半導(dǎo)體材料堆疊所組成。
12.如權(quán)利要求1所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述載子阻擋層為一電子阻擋層。
13.如權(quán)利要求12所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電子阻擋層是由一無機材料所組成，且所述無機材料包括WO3、V2O5或MoO3。
14.如權(quán)利要求12所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電子阻擋層是由一有機材料所組成，且所述有機材料包括4’，4”-參(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯胺或雙(2-甲基-8-羥基喹啉-NI，08)-(1，I’ -聯(lián)苯-4-羥基)鋁。
15.如權(quán)利要求1所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述載子阻擋層為一空穴阻擋層。
16.如權(quán)利要求15所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述空穴阻擋層是由一無機材料所組成，且所述無機材料包括LiF、CsF或TiO2。
17.如權(quán)利要求15所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述空穴阻擋層是由一有機材料所組成，且所述有機材料包括2，9_ 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲啰啉。
18.—種雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括: 于一基板上形成一源極與一漏極； 于所述基板上及至少所述源極與所述漏極之間依序形成一載子阻擋層及一雙極性半導(dǎo)體層； 于所述雙極性半導(dǎo)體層上形成一介電層；以及 于所述源極與所述漏極之間的所述介電層上形成一閘極，其中所述介電層將所述閘極、所述源極和所述漏極隔開。
19.如權(quán)利要求18所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，形成所述載子阻擋層及所述雙極性半導(dǎo)體層的步驟包括: 于所述基板上依序形成一載子阻擋材料層、一雙極性半導(dǎo)體材料層以及一圖案化光阻層； 以所述圖案化光阻層為罩幕，依序?qū)λ鲚d子阻擋材料層及所述雙極性半導(dǎo)體材料層進行蝕刻工藝，以移除部分所述載子阻擋材料層及部分所述雙極性半導(dǎo)體材料層；以及 移除所述圖案化光阻層。
20.如權(quán)利要求19所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，形成所述載子阻擋材料層的步驟包括進行蒸鍍法。
21.如權(quán)利要求19所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，形成所述雙極性半導(dǎo)體材料層的步驟包括進行蒸鍍法、共蒸鍍法、濺鍍法或溶液工藝。
22.如權(quán)利要求18所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述雙極性半導(dǎo)體層是由N型有機半導(dǎo)體材料與P型有機半導(dǎo)體材料堆疊所組成。
23.如權(quán)利要求18所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述雙極性半導(dǎo)體層是由N型有機半導(dǎo)體材料與P型有機半導(dǎo)體材料混合所組成。
24.如權(quán)利要求18所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述雙極性半導(dǎo)體層是由具雙極特性的有機半導(dǎo)體材料所組成。
25.如權(quán)利要求18所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述雙極性半導(dǎo)體層是由N型無機半導(dǎo)體材料與P型無機半導(dǎo)體材料堆疊所組成。
26.如權(quán)利要求18所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述載子阻擋層為一電子阻擋層。
27.如權(quán)利要求26所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述電子阻擋層是由一無機材料所組成，且所述無機材料包括W03、V2O5或Mo03。
28.如權(quán)利要求26所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述電子阻擋層是由一有機材料所組成，且所述有機材料包括4’，4”-參(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯胺或雙(2-甲基-8-羥基喹啉-NI，08)-(1，I’ -聯(lián)苯-4-羥基)鋁。
29.如權(quán)利要求18所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述載子阻擋層為一空穴阻擋層。
30.如權(quán)利要求29 所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述空穴阻擋層是由一無機材料所組成，且所述無機材料包括LiF、CsF或Ti02。
31.如權(quán)利要求29所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述空穴阻擋層是由一有機材料所組成，且所述有機材料包括2，9- 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲啰啉。
32.—種雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括: 提供一基板，所述基板具有一第一區(qū)及一第二區(qū)； 于所述第一區(qū)的所述基板上形成一第一源極與一第一漏極； 于所述第一區(qū)及所述第二區(qū)的所述基板上依序形成一第一載子阻擋材料層、一雙極性半導(dǎo)體材料層及一第二載子阻擋材料層； 將所述第一載子阻擋材料層、所述雙極性半導(dǎo)體材料層及所述第二載子阻擋材料層圖案化，以于所述第一區(qū)的所述基板上形成覆蓋所述第一源極與所述第一漏極的一第一堆疊結(jié)構(gòu)以及于所述第二區(qū)的所述基板上形成一第二堆疊結(jié)構(gòu)； 于所述第二堆疊結(jié)構(gòu)上形成一第二源極與一第二漏極； 于所述基底上形成一介電層，以覆蓋所述第一堆疊結(jié)構(gòu)及所述第二堆疊結(jié)構(gòu)；以及 于所述第一源極與所述第一漏極之間的所述介電層上形成一第一閘極以及于所述第二源極與所述第二漏極之間的所述介電層上形成一第二閘極。
33.如權(quán)利要求32所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，依序?qū)⑺龅谝惠d子阻擋材料層、所述雙極性半導(dǎo)體材料層及所述第二載子阻擋材料層圖案化的步驟包括: 于所述第二載子阻擋材料層上形成一圖案化光阻層； 以所述圖案化光阻層為罩幕，移除部分所述第一載子阻擋材料層、部分所述雙極性半導(dǎo)體材料層及部分所述第二載子阻擋材料層；以及 移除所述圖案化光阻層。
34.如權(quán)利要求32所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，形成所述第一載子阻擋材料層或所述第二載子阻擋材料層的步驟包括進行蒸鍍法。
35.如權(quán)利要求32所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，形成所述雙極性半導(dǎo)體材料層的步驟包括進行蒸鍍法、共蒸鍍法或溶液工藝。
36.如權(quán)利要求32所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述雙極性半導(dǎo)體材料層是由N型有機半導(dǎo)體材料與P型有機半導(dǎo)體材料堆疊所組成。
37.如權(quán)利要求32所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述雙極性半導(dǎo)體材料層是由N型有機半導(dǎo)體材料與P型有機半導(dǎo)體材料混合所組成。
38.如權(quán)利要求32所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述雙極性半導(dǎo)體材料層是由具雙極特性的有機半導(dǎo)體材料所組成。
39.如權(quán)利要求32所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述雙極性半導(dǎo)體材料層是由N型無機半導(dǎo)體材料與P型無機半導(dǎo)體材料堆疊所組成。
40.如權(quán)利要求32所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，當所述第一區(qū)為P型組件區(qū)，所述第二區(qū)為N型組件區(qū)時，所述第一載子阻擋材料層為電子阻擋材料層，所述第二載子阻擋材料層為空穴阻擋材料層；或者 當所述第一區(qū)為N型組件區(qū)，所述第二區(qū)為P型組件區(qū)時，所述第一載子阻擋材料層為空穴阻擋材料層，所述第二載子阻擋材料層為電子阻擋材料層。
41.如權(quán)利要求32所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一載子阻擋材料層或所述第二載子阻擋 材料層為一電子阻擋材料層時，所述電子阻擋材料層是由一無機材料或一有機材料所組成。
42.如權(quán)利要求41所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述無機材料包括WO3、V2O5或MoO3。
43.如權(quán)利要求41所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述有機材料包括4’，4”-參(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯胺或雙(2-甲基-8-羥基喹啉-NI，08)-(1,1’ -聯(lián)苯-4-輕基)招。
44.如權(quán)利要求32 所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述第一載子阻擋材料層或所述第二載子阻擋材料層為一空穴阻擋材料層時，所述空穴阻擋材料層是由一無機材料或一有機材料所組成。
45.如權(quán)利要求44所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述無機材料包括LiF、CsF或TiO2。
46.如權(quán)利要求44所述的雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述有機材料包括2，9- 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲啰啉。
47.一種雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括: 于一基板上依序形成一雙極性半導(dǎo)體層及一載子阻擋層； 于所述載子阻擋層上形成一源極與一漏極； 于所述基板上形成一介電層，以覆蓋所述源極和所述漏極；以及 于所述源極與所述漏極之間的所述介電層上形成一閘極。
48.一種雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括: 于一基板上形成一閘極； 于所述基板上形成一介電層，以覆蓋所述閘極； 于所述閘極兩側(cè)的所述介電層上形成一源極與一漏極漏極；以及于所述介電層上及至少所述源極與所述漏極之間依序形成一載子阻擋層及一雙極性半導(dǎo)體層。
49.一種雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括: 于一基板上形成一閘極； 于所述基板上形成一介電層，以覆蓋所述閘極； 于所述介電層上依序形成一雙極性半導(dǎo)體層及一載子阻擋層；以及 于所述閘極兩側(cè)的所述載子阻擋層上形成一源極與一漏極。
50.一種雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括: 提供一基板，所述基板具有一第一區(qū)及一第二區(qū)； 于所述第一區(qū)的所述基板上形成一第一閘極以及于所述第二區(qū)的所述基板上形成一第二閘極； 于所述基底上形成一介電層，以覆蓋所述第一閘極及所述第二閘極； 于所述第一區(qū)的所述介電層上形成一第一源極與一第一漏極； 于所述第一區(qū)及所述第二區(qū)的所述基板上依序形成一第一載子阻擋材料層、一雙極性半導(dǎo)體材料層及一第二載子阻擋材料層； 將所述第一載子阻擋材料層、所述雙極性半導(dǎo)體材料層及所述第二載子阻擋材料層圖案化，以于所述第一區(qū)的所述基板上形成覆蓋所述第一源極與所述第一漏極的一第一堆疊結(jié)構(gòu)以及于所述第二區(qū)的所述基板上形成一第二堆疊結(jié)構(gòu)；以及于所述第二堆疊結(jié) 構(gòu)上形成一第二源極與一第二漏極。
全文摘要
一種雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)及其制造方法，所述雙載子電晶體組件結(jié)構(gòu)包括基板、閘極、源極、漏極、介電層、雙極性半導(dǎo)體層與載子阻擋層。閘極配置于基板上。源極與漏極配置于基板上且位于閘極的兩側(cè)。介電層配置于閘極及源極與漏極之間。雙極性半導(dǎo)體層至少配置于源極與漏極之間。載子阻擋層配置于雙極性半導(dǎo)體層及源極與漏極之間。所述制造方法包括在基板上形成一源極與一漏極；于所述基板上形成一載子阻擋層及一雙極性半導(dǎo)體層；于所述雙極性半導(dǎo)體層上形成一介電層；以及于所述源極與所述漏極之間的所述介電層上形成一閘極，其中所述介電層將所述閘極、所述源極和所述漏極隔開。
文檔編號H01L21/822GK103165595SQ201210089928
公開日2013年6月19日 申請日期2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者宋兆峰, 謝彥敏 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院