專利名稱：雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)及其制造方法
雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)及其制造方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是涉及一種半導(dǎo)體組件及其制造方法，特別是一種雙載子反相器組件結(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，又必須進行單獨的圖案化工藝，當(dāng)中要避免每一層材料特性受到損壞是相當(dāng)有難度的。
在上述兩種方式中，無論是兩個單一極性的電晶體或是兩個不同極性的電晶體組成CMOS反相器，都是需要兩個組件來組合，其較占面積，且工藝較為復(fù)雜。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可更適合應(yīng)用邏輯電路的設(shè)計并簡化工藝的雙載子反相器組件結(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反相器組件結(jié)構(gòu)，其中，包括:
一閘極，配置于一基板上；
二第一電極，配置于所述基板上、位于所述閘極的兩側(cè)且位于一第一平面；
二第二電極，配置于所述基板上、位于所述閘極的兩側(cè)且位于一第二平面，其中所述第一電極其中一個與所述第二電極其中一個電性連接；
一雙極性半導(dǎo)體層，配置于所述第一平面與所述第二平面之間；
一第一載子阻擋層，配置于所述雙極性半導(dǎo)體層與所述第一電極之間；
一第二載子阻擋層，配置于所述雙極性半導(dǎo)體層與所述第二電極之間；以及
一介電層，配置于所述閘極及所述第二電極之間。
上述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，其中，所述第一電極及所述第二電極位于所述閘極下方。
上述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，其中，所述第一平面低于所述第二平面。
上述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，其中，所述第一電極及所述第二電極位于所述閘極上方。
上述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，其中，所述第一平面高于所述第二平面。
上述的雙載子反相器組件結(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。
上述的雙載子反相器組件結(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。
上述的雙載子反相器組件結(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。
上述的雙載子反相器組件結(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
上述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，其中，所述第一載子阻擋層為電子阻擋層，所述第二載子阻擋層為空穴阻擋層；或所述第一載子阻擋層為空穴阻擋層，所述第二載子阻擋層為電子阻擋層。
上述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，其中，所述第一載子阻擋層或所述第二載子阻擋層為一電子阻擋層時，所述電子阻擋層是由一無機材料或一有機材料所組成。
上述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，其中，所述無機材料包括W03、V2O5或Mo03。
上述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，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-羥基)鋁(BALq)。
上述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，其中，所述第一載子阻擋層或所述第二載子阻擋層為一空穴阻擋層時，所述空穴阻擋層是由一無機材料或一有機材料所組成。
上述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，其中，所述無機材料包括LiF、CsF或Ti02。
上述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，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反相器組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，包括:
于一基板上形成二第一電極；
于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，以覆蓋所述第一電極；
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，以形成裸露出一個第一電極的一部分的一堆疊結(jié)構(gòu)；
于所述基板上形成二第二電極，其中所述第一電極其中一個與所述第二電極其中一個電性連接；
于所述基底上形成一介電層，以覆蓋所述堆疊結(jié)構(gòu)及所述第二電極；以及
于所述第二電極之間的所述介電層上形成一閘極。
上述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，于所述基板上形成所述第二電極的方法包括:
于所述基底上形成一電極層，以覆蓋所述堆疊結(jié)構(gòu)及所述第一電極的經(jīng)裸露表面；
于所述電極層上形成一圖案化光阻層；
以所述圖案化光阻層為罩幕，移除部分所述電極層，以形成所述第二電極，且一個第二電極沿所述堆疊結(jié)構(gòu)的側(cè)壁與所述第一電極的經(jīng)裸露表面連接；以及
移除所述圖案化光阻層。
上述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，形成所述第一載子阻擋材料層及所述第二載子阻擋材料層的方法各自包括蒸鍍法。
上述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，形成所述雙極性半導(dǎo)體材料層的方法包括進行蒸鍍法、共蒸鍍法或溶液工藝。
上述的雙載子反相器組件結(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。
上述的雙載子反相器組件結(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。
上述的雙載子反相器組件結(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。
上述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，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。
上述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，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。
上述的雙載子反相器組件結(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。
上述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，所述無機材料包括W03、V2O5或MoO30
上述的雙載子反相器組件結(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)。
上述的雙載子反相器組件結(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。
上述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，所述無機材料包括LiF、CsF或Ti02。
上述的雙載子反相器組件結(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 一種雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，包括:
于一基板上形成一閘極；
于所述基板上形成覆蓋所述閘極的一介電層；
于所述介電層上形成二第一電極；
于所述介電層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，以覆蓋所述第一電極；
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，以形成裸露出一個第一電極的一部分的一堆疊結(jié)構(gòu)；以及
于所述堆疊結(jié)構(gòu)上形成二第二電極，其中所述第一電極其中一個與所述第二電極其中一個電性連接。
上述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，于所述基板上形成所述第二電極的方法包括:
于所述基底上形成一電極層，以覆蓋所述堆疊結(jié)構(gòu)及所述第一電極的經(jīng)裸露表面；
于所述電極層上形成一圖案化光阻層；
以所述圖案化光阻層為罩幕，移除部分所述電極層，以形成所述第二電極，且一個第二電極沿所述堆疊結(jié)構(gòu)的側(cè)壁與所述第一電極的經(jīng)裸露表面連接；以及
移除所述圖案化光阻層。
上述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，形成所述第一載子阻擋材料層及所述第二載子阻擋材料層的方法各自包括蒸鍍法。
上述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，形成所述雙極性半導(dǎo)體材料層的方法包括進行蒸鍍法、共蒸鍍法或溶液工藝。
上述的雙載子反相器組件結(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。
上述的雙載子反相器組件結(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。
上述的雙載子反相器組件結(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。
上述的雙載子反相器組件結(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。
上述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，當(dāng)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；或當(dāng)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。
上述的雙載子反相器組件結(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。
上述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，所述無機材料包括W03、V2O5或MoO30
上述的雙載子反相器組件結(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)。
上述的雙載子反相器組件結(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。
上述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，所述無機材料包括LiF、CsF或TiO20
上述的雙載子反相器組件結(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)。
本發(fā)明的技術(shù)效果在于:通過于雙極性半導(dǎo)體層的兩側(cè)分別配置電子阻擋層及空穴阻擋層，加上四接點的設(shè)置，可于單一組件中執(zhí)行反相器的操作，大幅提升電流開關(guān)比，且于低電場操作時不會有明顯電流產(chǎn)生。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供N型組件與P型組件使用的半導(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 ID為本發(fā)明第一實施例的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的制造方法的剖面示意圖1D-1為本發(fā)明第一實施例的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的剖面示意圖2A 2B為本發(fā)明第二實施例的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的制造方法的剖面示意圖2B-1為本發(fā)明第二實施例的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的剖面示意圖2B-2為本發(fā)明第二實施例的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的剖面示意圖3為實例I的反相器組件的Vin-Vout圖。
其中，附圖標(biāo)記
10、10a、20、20a、20b雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)
100、200 基板
102a、102b、114a、114b、206a、206b、216a、216b 電極
104、108、208、212載子阻擋材料層
104a、108a、208a、212a 載子阻擋層
106、210雙極性半導(dǎo)體材料層
106a、210a雙極性半導(dǎo)體層
110、115圖案化光阻層
112、214 堆疊結(jié)構(gòu)
114電極層
114c 延伸部
116、204 介電層
118、202 閘極具體實施方式
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)明提出一種雙載子反相器組件結(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有機場效電晶體(unipolar 0FET),如此可更適合應(yīng)用邏輯電路的設(shè)計并簡化工藝。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可用來制作反相器組件，僅需一次圖案化步驟即可同時定義出供N型組件與P型組件使用的半導(dǎo)體層，大幅簡化工藝及提升競爭力。將列舉兩個實施例說明如下。
第一實施例
圖1A ID為本發(fā)明第一實施例的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的制造方法的剖面示意圖。
請參照圖1A，于基板100上形成互相分開的電極102a與電極102b?；?00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。電極102a與電極102b的形成方法例如是先于基底100上形成電極層(圖未示)，再利用微影與蝕刻工藝將電極層圖案化。電極層的材料例如為金、銀、銅、鋁、鑰、鉻等或其合金。電極層的形成方法包括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上直接形成電極102a與電極102b，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上依序形成載子阻擋材料層104、雙極性半導(dǎo)體材料層106、載子阻擋材料層108，以覆蓋電極102a與電極102b。接著，于載子阻擋材料層108上形成圖案化光阻層110。
載子阻擋材料層104、108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)。當(dāng)載子阻擋材料層104或108為電子阻擋材料層時，電子阻擋材料層可由無機材料或有機材料所組成。無機材料例如是W03、V205或MoO3。有機材料例如是 4’，4”-參(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)或雙(2-甲基-8-輕基喹啉-NI, 08)-(I, I’-聯(lián)苯-4-輕基)招(bis (2-methyl-8-quinolinoIato-Nl, 08)-(1, I，-biphenyl-4-olato)aluminum ；BALq)。當(dāng)載子阻擋材料層104或108為空穴阻擋材料層時,空穴阻擋材料層可由無機材料或有機材料所組成。無機材料例如是LiF、CsF或Ti02。有機材料例如是2，9- 二甲基-4, 7- 二苯基-1,10-菲卩羅啉(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)體材料層106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 ' -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)體材料層106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)體材料層106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ropp-TBT、8，9，10，11_ 四氣 _6,13-雙(二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)體材料層106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蒸鍍或濺鍍法。N型無機半導(dǎo)體材料例如是IGZ0(InGaZn04)，且P型無機半導(dǎo)體材料例如是SnO。
接著，請參照圖1B，以圖案化光阻層110為罩幕，將載子阻擋材料層104、雙極性半導(dǎo)體材料層106、載子阻擋材料層108圖案化，以形成裸露出電極102b的一部分的堆疊結(jié)構(gòu)112。堆疊結(jié)構(gòu)112包括(由下而上)載子阻擋層104a、雙極性半導(dǎo)體層106a、載子阻擋層108a。之后，移除圖案化光阻層110。
然后，請參照圖1C，于基底100上形成電極層114以覆蓋堆疊結(jié)構(gòu)112及電極102b的經(jīng)裸露表面。電極層114的材料例如為金、銀、銅、鋁、鑰、鉻等或其合金。電極層114的形成方法包括進行物理氣相沉積工藝，如蒸鍍或濺鍍法。接著，于電極層114上形成圖案化光阻層115。
然后，請參照圖1D，以圖案化光阻層115為罩幕，移除部分電極層114，以于基板100上形成分別對應(yīng)電極102a、102b之電極114a、114b。之后，移除圖案化光阻層115。此夕卜，電極114a、114b的其中一個與電極102a、102b的其中一個電性連接。
在此實施例中，同一側(cè)的電極互相連接。例如，電極114b具有延伸部114c，延伸部114c沿堆疊結(jié)構(gòu)112的側(cè)壁與電極102b的經(jīng)裸露表面連接。在另一實施例中，也可以是不同側(cè)的電極互相連接。例如，電極114b與電極102a(或電極114a與電極102b)通過導(dǎo)線(圖未示)彼此電性連接。
之后，于基底100上形成介電層116，以覆蓋堆疊結(jié)構(gòu)112及電極114a、114b。介電層116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。介電層116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娃或氮化娃等。有機介電材料例如是聚乙烯四氫咯酮(polyvinylpyrrolidone,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，于電極114a與電極114b之間的介電層116上形成閘極118，其中介電層116將閘極118、電極114a與電極114b隔開。閘極118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。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，如蒸鍍或濺鍍法。在另一實施例中，也可以于基板100上直接形成閘極118，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118以及介電層116。至此，完成第一實施例的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)10的制作。
如圖1D所示，第一實施例的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)10為上閘極結(jié)構(gòu)。閘極118配置于基板100上。電極102a與電極102b配置于基板100上、位于閘極118的兩側(cè)且位于第一平面。電極114a與電極114b配置于基板100上、位于閘極118的兩側(cè)且位于第二平面，其中電極102a、102b的其中一個與電極114a、114b的其中一個電性連接。在此實施例中，電極102a與電極114a電性連接。此外，電極102a、102b及電極114a、114b位于閘極118下方，且第一平面低于第二平面。雙極性半導(dǎo)體層106a配置于第一平面與第二平面之間。載子阻擋層104a配置于雙極性半導(dǎo)體層106a及電極102a與電極102b之間。載子阻擋層108a配置于雙極性半導(dǎo)體層106a及電極114a與電極114b之間。介電層116配置于閘極118及電極114a與電極114b之間。
特別要說明的是，在此實施例的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)10中，N型組件與P型組件為垂直配置，且共用雙極性半導(dǎo)體層106a及閘極118。
在一實施例中，載子阻擋層104a為空穴阻擋層且載子阻擋層108a為電子阻擋層。于下結(jié)構(gòu)中，阻擋雙極性半導(dǎo)體層106a的空穴通過并允許電子注入，因此下結(jié)構(gòu)為N型組件。于上結(jié)構(gòu)中，阻擋雙極性半導(dǎo)體層106a的電子通過并允許空穴注入，因此上結(jié)構(gòu)為P型組件。如此一來，形成N型組件位于P型組件下方的反相器組件。此時，例如施加輸入電壓Vin于閘極118,施加操作電壓Vdd于電極114b,施加接地電壓Vem于電極102a,且施加輸出電壓Vrat于電極102b及電極114b，可以達到反相器組件的操作。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員，可以依需求改變上述電壓的配置方式。
在另一實施例中，載子阻擋層104a為電子阻擋層且載子阻擋層108a為空穴阻擋層。于下結(jié)構(gòu)中，阻擋雙極性半導(dǎo)體層106a的電子通過并允許空穴注入，因此下結(jié)構(gòu)為P型組件。于上結(jié)構(gòu)中，阻擋雙極性半導(dǎo)體層106a的空穴通過并允許電子注入，因此上結(jié)構(gòu)為N型組件。如此一來，形成P型組件位于N型組件下方的反相器組件。操作方式為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，于此不再贅述。
換言之，通過將電子阻擋層與空穴阻擋層分別配置于雙極性半導(dǎo)體層的兩側(cè)，可以達到從雙極性半導(dǎo)體層中分別萃取出電子特性及空穴特性的目的，且電子特性及空穴特性可以分別供N型組件及P型組件使用。依此方式，僅需單一主動層及單一次圖案化步驟，即可制作出呈垂直配置的反相器組件。故本發(fā)明的方法可簡化工藝、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。
在一實施例中，依設(shè)計需求，也可以省略形成載子阻擋層104a、108a的步驟，而得到如圖1D-1的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)10a。
第二實施例
圖2A 2B為本發(fā)明第二實施例的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的制造方法的剖面示意圖。第二實施例的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)20與第一實施例的雙載子反相器組件結(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上形成閘極202。然后，于基板200上形成覆蓋閘極202的介電層204。接著，于介電層204上形成電極206a與電極206b。第二實施例的閘極202、介電層204、電極206a與電極206b的材料與形成方法與第一實施例的閘極118、介電層116、電極102a與電極102b類似，于此不再贅述。
之后，于介電層104上依序形成載子阻擋材料層208、雙極性半導(dǎo)體材料層210及載子阻擋材料層212，以覆蓋電極206a與電極206b。第二實施例的載子阻擋材料層208、雙極性半導(dǎo)體材料層210及載子阻擋材料層212的材料與形成方法與第一實施例的載子阻擋材料層104、雙極性半導(dǎo)體材料層106及載子阻擋材料層108類似，于此不再贅述。
然后，請參照2B，將載子阻擋材料層208、雙極性半導(dǎo)體材料層210及載子阻擋材料層212圖案化，以形成裸露出電極206b的一部分的堆疊結(jié)構(gòu)214。堆疊結(jié)構(gòu)214包括(由下而上)載子阻擋層208a、雙極性半導(dǎo)體層210a、載子阻擋層212a。
然后，于堆疊結(jié)構(gòu)214上形成分別對應(yīng)電極206a、206b的電極216a、216b。此外，電極216a、216b的其中一個與電極206a、206b的其中一個電性連接。在此實施例中，同一側(cè)的電極互相連接。例如，電極216b具有延伸部216c，延伸部216c沿堆疊結(jié)構(gòu)214的側(cè)壁與電極206b的經(jīng)裸露表面連接。在另一實施例中，也可以是不同側(cè)的電極互相連接。例如，電極216b與電極206a (或電極216a與電極206b)通過導(dǎo)線(圖未示)彼此電性連接。第二實施例的電極216a與電極216b的材料與形成方法與第一實施例的電極114a與電極114b類似，于此不再贅述。至此，完成第二實施例的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)20的制作。
如2B所示，第二實施例的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)20為下閘極結(jié)構(gòu)。閘極202配置于基板200上。電極216a與電極216b配置于基板200上、位于閘極202的兩側(cè)且位于第一平面。電極206a與電極206b配置于基板200上、位于閘極202的兩側(cè)且位于第二平面，其中電極206a、206b的其中一個與電極216a、216b的其中一個電性連接。在此實施例中，電極206a與電極216a電性連接。此外，電極206a、206b及電極216a、216b位于閘極202上方，且第一平面高于第二平面。雙極性半導(dǎo)體層210a配置于第一平面與第二平面之間。載子阻擋層208a配置于雙極性半導(dǎo)體層210a及電極206a與電極206b之間。載子阻擋層212a配置于雙極性半導(dǎo)體層210a及電極216a與電極216b之間。介電層204配置于閘極202及電極206a與電極206b之間。
特別要說明的是，在此實施例的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)20中，N型組件與P型組件為垂直配置，且共用雙極性半導(dǎo)體層210a及閘極202。
在一實施例中，載子阻擋層208a為空穴阻擋層且載子阻擋層212a為電子阻擋層時，形成N型組件位于P型組件下方的反相器組件。在另一實施例中，載子阻擋層208a為電子阻擋層且載子阻擋層212a為空穴阻擋層時，形成P型組件位于N型組件下方的反相器組件。操作方式為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，于此不再贅述。
在一實施例中，依設(shè)計需求，也可以省略形成載子阻擋層208a、212a的步驟，而得到如圖2B-1的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)20a。
此外，在圖2B的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)20中，以在玻璃基板200上形成閘極202為例來說明，但本發(fā)明并不以此為限。在另一實施例中，當(dāng)基板200為硅基板時，也可以省略形成閘極202的步驟，而將基板200充作閘極使用，如圖2B-2的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)20b所示。
接下來，將提出一個實例來驗證本發(fā)明的功效。
實例I
基板采用P型娃晶圓(30 60 Ω-cm,〈100〉晶面)。而后，于基板上形成200nm的氧化硅作為介電層。然后，于介電層上形成兩個銀電極。接著，于介電層及銀電極上蒸鍍作為電子阻擋層之500 A的m-MTDATA薄膜。之后，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 A/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。然后，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。注意，電子阻擋層、雙極性半導(dǎo)體層與電子阻擋層所形成的堆疊結(jié)構(gòu)裸露出一個銀電極之一部分。然后，于電子阻擋層上形成兩個金電極，其中一個金電極與銀電極的經(jīng)裸露表面電性連接。至此，完成實例I的N型組件于P型組件下方的反相器組件的制作，如圖2B-2所示。組件的通道長度(channel length)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5.1eV,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(dāng)此組件的電子阻擋層。此外，并五苯薄膜和PTCDI薄膜的HOMO約只在5.0eV 5.4eV，銀的功函數(shù)約在4.26eV，所以具有HOMO達6.7eV的BCP薄膜可有效阻擋住空穴的傳輸，適合當(dāng)此組件的空穴阻擋層。
圖3為實例I的反相器組件的Vin-Vtjut圖。如圖3所示，Vin從OV掃到20V，Vdd從5V掃到30V,反相器組件獲得良好的轉(zhuǎn)換曲線(Transfer curve)。當(dāng)Vin小于VTn時,反相器的特性曲線呈現(xiàn)水平一直線，代表Vtjut電壓穩(wěn)定在Vdd水平上。當(dāng)Vin > > VTn，Nw-Nin ≈ | Vtp|的特性曲線呈現(xiàn)水平一直線，代表Vm電壓穩(wěn)定在低電壓水平上。此外，Vin Vdd/2 > Vln時的特性曲線呈現(xiàn)為垂直一直線，故Vrat電壓可以從Vdd瞬間下降為低電壓。最后以下式(I)計算出增益值(Gain)為59.79。如此的COMS反相器特性較接近理想組件。
權(quán)利要求
1.一種雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 一閘極，配置于一基板上； 二第一電極，配置于所述基板上、位于所述閘極的兩側(cè)且位于一第一平面； 二第二電極，配置于所述基板上、位于所述閘極的兩側(cè)且位于一第二平面，其中所述第一電極其中一個與所述第二電極其中一個電性連接； 一雙極性半導(dǎo)體層，配置于所述第一平面與所述第二平面之間； 一第一載子阻擋層，配置于所述雙極性半導(dǎo)體層與所述第一電極之間； 一第二載子阻擋層，配置于所述雙極性半導(dǎo)體層與所述第二電極之間；以及 一介電層，配置于所述閘極及所述第二電極之間。
2.如權(quán)利要求1所述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一電極及所述第二電極位于所述閘極下方。
3.如權(quán)利要求2所述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一平面低于所述第二平面。
4.如權(quán)利要求1所述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一電極及所述第二電極位于所述閘極上方。
5.如權(quán)利要求4所述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一平面高于所述第二平面。
6.如權(quán)利要求1所述的雙載子反相器組件結(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。
7.如權(quán)利要求1所述的雙載子反相器組件結(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。
8.如權(quán)利要求1所述的雙載子反相器組件結(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。
9.如權(quán)利要求1所述的雙載子反相器組件結(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。
10.如權(quán)利要求1所述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一載子阻擋層為電子阻擋層，所述第二載子阻擋層為空穴阻擋層；或所述第一載子阻擋層為空穴阻擋層，所述第二載子阻擋層為電子阻擋層。
11.如權(quán)利要求1所 述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一載子阻擋層或所述第二載子阻擋層為一電子阻擋層時，所述電子阻擋層是由一無機材料或一有機材料所組成。
12.如權(quán)利要求11所述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述無機材料包括W03、V205 或 MoO3。
13.如權(quán)利要求11所述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，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,I ’ ~聯(lián)苯_4_輕基)招。
14.如權(quán)利要求1所述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一載子阻擋層或所述第二載子阻擋層為一空穴阻擋層時，所述空穴阻擋層是由一無機材料或一有機材料所組成。
15.如權(quán)利要求14所述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述無機材料包括LiF、CsF*Ti02。
16.如權(quán)利要求14所述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，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。
17.一種雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括: 于一基板上形成二第一電極； 于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，以覆蓋所述第一電極； 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，以形成裸露出一個第一電極的一部分的一堆疊結(jié)構(gòu)； 于所述基板上形成二第二電極，其中所述第一電極其中一個與所述第二電極其中一個電性連接； 于所述基底上形成一介電層，以覆蓋所述堆疊結(jié)構(gòu)及所述第二電極；以及 于所述第二電極之間的所述介電層上形成一閘極。
18.如權(quán)利要求17所述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，于所述基板上形成所述第二電極的方法包括: 于所述基底上形成一電極層，以覆蓋所述堆疊結(jié)構(gòu)及所述第一電極的經(jīng)裸露表面； 于所述電極層上形成一圖案化光阻層； 以所述圖案化光阻層為罩幕，移除部分所述電極層，以形成所述第二電極，且一個第二電極沿所述堆疊結(jié)構(gòu)的側(cè)壁與所述第一電極的經(jīng)裸露表面連接；以及 移除所述圖案化光阻層。
19.如權(quán)利要求17所述的雙載子反相器組件結(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及所述第二載子阻擋材料層的方法各自包括蒸鍍法。
20.如權(quán)利要求17所述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，形成所述雙極性半導(dǎo)體材料層的方法包括進行蒸鍍法、共蒸鍍法或溶液工藝。
21.如權(quán)利要求17所述的雙載子反相器組件結(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。
22.如權(quán)利要求17所述的雙載子反相器組件結(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。
23.如權(quán)利要求17所述的雙載子反相器組件結(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。
24.如權(quán)利要求17所述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)，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。
25.如權(quán)利要求17所述的雙載子反相器組件結(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。
26.如權(quán)利要求17所述的雙載子反相器組件結(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。
27.如權(quán)利要求26所述的雙載子反相器組件結(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。
28.如權(quán)利要求26所述的雙載子反相器組件結(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。
29.如權(quán)利要求17所述的雙載子反相器組件結(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。
30.如權(quán)利要求29所述的雙載子反相器組件結(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。
31.如權(quán)利要求29所述的雙載子反相器組件結(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。
32.—種雙載子反相器組件結(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； 于所述基板上形成覆蓋所述閘極的一介電層； 于所述介電層上形成二第一電極； 于所述介電層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，以覆蓋所述第一電極； 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，以形成裸露出一個第一電極的一部分的一堆疊結(jié)構(gòu)；以及 于所述堆疊結(jié)構(gòu)上形成二第二電極，其中所述第一電極其中一個與所述第二電極其中一個電性連接。
33.如權(quán)利要求32所述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，于所述基板上形成所述第二電極的方法包括: 于所述基底上形成一電極層，以覆蓋所述堆疊結(jié)構(gòu)及所述第一電極的經(jīng)裸露表面； 于所述電極層上形成一圖案化光阻層； 以所述圖案化光阻層為罩幕，移除部分所述電極層，以形成所述第二電極，且一個第二電極沿所述堆疊結(jié)構(gòu)的側(cè)壁與所述第一電極的經(jīng)裸露表面連接；以及 移除所述圖案化光 阻層。
34.如權(quán)利要求32所述的雙載子反相器組件結(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及所述第二載子阻擋材料層的方法各自包括蒸鍍法。
35.如權(quán)利要求32所述的雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，形成所述雙極性半導(dǎo)體材料層的方法包括進行蒸鍍法、共蒸鍍法或溶液工藝。
36.如權(quán)利要求32所述的雙載子反相器組件結(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所述的雙載子反相器組件結(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所述的雙載子反相器組件結(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所述的雙載子反相器組件結(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所述的雙載子反相器組件結(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所述的雙載子反相器組件結(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所述的雙載子反相器組件結(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所述的雙載子反相器組件結(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所述的雙載子反相器組件結(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所述的雙載子反相器組件結(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所述的雙載子反相器組件結(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。
全文摘要
一種雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)及其制造方法，所述雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)包括閘極配置于基板上。二個第一電極配置于基板上、位于閘極的兩側(cè)且位于第一平面。二個第二電極配置于基板上、位于閘極的兩側(cè)且位于第二平面，其中第一電極其中一個與第二電極其中一個電性連接。雙極性半導(dǎo)體層配置于第一平面與第二平面之間。第一載子阻擋層配置于雙極性半導(dǎo)體層與第一電極之間。第二載子阻擋層配置于雙極性半導(dǎo)體層與第二電極之間。介電層配置于閘極及第二電極之間。本發(fā)明還包括制造上述雙載子反相器組件結(jié)構(gòu)的制造方法。
文檔編號H01L27/02GK103165596SQ201210089929
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