[发明专利]垂直式有机薄膜晶体管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种晶体管及其制作方法，特别有关于一种垂直式有机薄膜晶体管及其制作方法。 

  

背景技术

业界通常是采用平面式晶体管(planar transistor)作为基本的电路组件。一般来说，所谓的平面式晶体管乃是指晶体管的闸极信道(gate channel)与基板的表面两者平行，且晶体管的汲极/源极区域分别设置在该闸极通道两端。 

平面式晶体管具有易与电路整合之优点，因而被广泛地运用于集成电路的制造。然而，平面式晶体管会占据较多的基板表面区域，使得集成电路的积集度无法提升。此外，在液晶显示器领域中，随着画面日益精细，其单一画素的面积也越来越小，致使现有的平面式薄膜晶体管所占画素面积的比例越来越大，此则造成了开口率下降，对比不高的问题。 

因此，为了克服平面式晶体管的面积限制，有人提出了垂直式晶体管。然而，制造垂直式晶体管的方法因为其需复杂的多道曝光显影制程，因此并不适合量产。 

另一方面，显示器朝着更轻、更薄、可挠曲的目标发展，对于基板的依存度较低的有机薄膜晶体管(Organic Thin Film Transistor, OTFT)已被开发出来，其最大优点在于组件可以在低温(<200℃)下制作，可适用于塑料基板，并且在面板弯曲时晶体管组件特性仍能维持。 

藉此，有人提出了垂直式有机薄膜晶体管来克服上述问题。然而，垂直式有机薄膜晶体管于制作上困难度较高。一般而言，利用传统的半导体制程来制作垂直结构的组件，需要进行多道成膜制程及图案化制程，因此需要制作多面光罩。因此不但在制程上制作较为复杂，也会使制造成本上升。而且，经过微影蚀刻制程之后的有机半导体特性均有所破坏，而使得经由此法所制作的垂直结构之有机薄膜晶体管无法得到良好的组件特性。 

Fujimoto Kiyoshi等人于文献中Advanced Materials, 19, 525, 2007提出利用聚苯乙烯(polystyrene, PS)奈米球体本身互斥的特性，并配合基板的静电控制制作出垂直式有机薄膜晶体管。然而，以静电方式控制聚苯乙烯球体在基板上的位置稳定性不佳，因此对应该聚苯乙烯球体的位置的垂直信道的位置亦无法精准控制。此外，其利用铝当作闸极金属，并以铝自然形成的氧化层(氧化铝Al₂O₃)作为绝缘层，并以该绝缘层与有机半导体层的接触接口形成空乏层(depletion layer)。然而，氧化层的厚度非常薄，因此施加于其上的电压不能太大，以免造成该垂直式有机薄膜晶体管的损坏。再者，一般来说，由于有机薄膜晶体管的导电性较一般无机薄膜晶体管来的差，因此需使用导电性较佳的金属作为电极，而该文献中使用铝作为闸极电极将造成所制成的垂直式有机薄膜晶体管的电气特性不佳。 

  

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种垂直式有机薄膜晶体管，其可采用导电性良好的金属作为闸极电极，并设置一预定厚度的绝缘层于其上以解决耐压及电气特性不佳的问题。 

本发明的另一目的在于提供一种制作上述垂直式有机薄膜晶体管的方法，其利用软印刷成型(micro contact)技术，克服了传统需要多道光罩制程的高昂成本问题。 

为达上述的目的，本发明较佳实施例的垂直式有机薄膜晶体管包含一基板、一源极层、一第一图案化绝缘层、一图案化闸极层、一第二图案化绝缘层、一有机半导体层及一汲极层。 

该源极层设置于该基板表面。该第一图案化绝缘层设置于源极层上，并暴露出该源极层的一局部表面。该图案化闸极层对应设置于该第一图案化绝缘层上。该第二图案化绝缘层具有一预定厚度，该第二图案化绝缘层覆盖于该图案化闸极层及该第一图案化绝缘层，并暴露出该局部表面。该有机半导体层覆盖于该第二图案化绝缘层及该局部表面。该汲极层设置于该有机半导体层上，其中该有机半导体层作为该源极层和汲极层之间的一垂直通道。 

于一较佳实施例中，该第二图案化绝缘层的预定厚度介于10奈米至2微米之间，且该第二图案化绝缘层为一无机绝缘层，例如为氮化硅。另外，该第一图案化绝缘层为一有机绝缘层，其材料为聚酰亚胺。