專利名稱：制造有機晶體管的方法及有機晶體管的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及制造有機晶體管的方法及有機晶體管。
2.背景技術(shù)在有機晶體管的生產(chǎn)中，迄今為止，一般采用真空蒸發(fā)法或濕法例如旋涂法和澆鑄法直接在柵絕緣層上形成有機半導體層(例如，JP-A-2001-94107)。
作為有機半導體元件的例子，將在下面說明一種有機MIS基TFT(organic MIS-based TFT)(薄膜晶體管)的結(jié)構(gòu)。
有機MIS基TFT包括置于基底上的柵電極、柵絕緣層、源電極、漏電極和有機半導體層。關(guān)于形成有機MIS基TFT各層的材料方面，柵電極由鎳、鉻、ITO或類似物制得。柵絕緣層由例如SiO2和SiN的硅化合物或金屬氧化物或氮化物制得。有機半導體層由并五苯或類似物制得。源電極和漏電極由鈀、金或類似物制得。
關(guān)于形成柵絕緣層的方法方面，如果使用無機材料，通常使用RF(DC)濺射法、CVD法或類似的方法?；蛘?，為了在柵電極上均勻地形成具有良好品質(zhì)的絕緣層，可以用能夠形成具有高介電常數(shù)的金屬，例如鋁和鉭作為柵電極，產(chǎn)生陽極化。
例如，在包含由硅氧化物制得的柵絕緣層和由并五苯(pentacene)制得的有機半導體的有機晶體管的制造中，通過真空沉積法直接在柵絕緣層上形成一層并五苯薄層。
為了制造具有高遷移率(mobility)和良好品質(zhì)的有機晶體管，在柵絕緣層上形成有機半導體層的過程中，必須考慮柵絕緣層和有機半導體層界面間的粘合力。然而，通常，例如SiO2的金屬氧化物層具有很高的表面能。通常，疏水性的有機半導體幾乎不浸潤這樣的金屬氧化物層。因而，為了增強柵絕緣層被有機半導體的潤濕能力，實踐中用表面處理，例如用十八烷基三氯硅烷(OTS)和六甲基二硅氮烷(hexamethyldisilazalane，HMDS)，對柵絕緣層的表面能進行了改性。
發(fā)明簡述然而，制造有機晶體管的相關(guān)現(xiàn)有方法是不利的，因為由于作為柵絕緣層的SiO2的表面幾乎沒有進行表面處理所必需的羥基，并且即使有，這些羥基的分布也不均勻，所以表面處理不能均勻地進行，導致了表面能的分散，并因此不可能穩(wěn)定地形成具有高遷移率的有機半導體層。
本發(fā)明所要解決的問題包括上述的制造有機晶體管相關(guān)的現(xiàn)有方法的問題。
為了解決上述問題，制造有機晶體管的方法包括在柵絕緣層上形成表面處理層，并在表面處理層上形成有機半導體層，其中在形成表面處理層之前，在臭氧環(huán)境中用紫外線照射柵絕緣層。
附圖簡述

圖1為一個典型的截面圖，示出了頂部接觸型有機MIS基TFT的結(jié)構(gòu)；圖2A至圖2D為流程圖，示出了制造頂部接觸型有機MIS基TFT的方法，所述頂部接觸型有機MIS基TFT是根據(jù)本發(fā)明一個具體實施方式
制造的有機晶體管；以及圖3為一個典型的截面圖，示出了底部接觸型有機MIS基TFT的結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選實施方式的詳述下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行說明。
根據(jù)本發(fā)明制造有機晶體管的方法的特征在于，通過在臭氧環(huán)境(ozoneatmosphere)中用紫外線照射柵絕緣層的步驟，進行作為形成有機半導體層預處理的表面處理，通過該步驟可以從柵絕緣層表面除去有機污染物，并在柵絕緣層表面均勻地產(chǎn)生大量與表面活性劑具有反應性的羥基。本發(fā)明的該具體實施方式
將通過參照有機MIS基TFT作為有機晶體管的例子，進行進一步的說明。
圖1為一個典型的截面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明一個具體實施方式
制造有機晶體管的方法生產(chǎn)的頂部接觸型有機MIS基TFT的結(jié)構(gòu)。如圖1中所示，有機MIS基TFT100包括置于基底11上的柵電極12、柵絕緣層13、有機半導體層14和源電極及漏電極15。
基底11可以是玻璃或塑料基底。柵絕緣層可以由SiO2、Ta2O5、TiO2、Nb2O5或Al2O3形成。柵電極12和源電極及漏電極15可以由鉭、鋁、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Au、As、Se、Te、Al、Cu、Ag、Mo、W、Mg、Zn或類似物形成。但是，本發(fā)明并不限于這些材料?？商娲兀梢允褂眠@些金屬的合金。
有機半導體層14可以由共軛碳氫聚合物形成，例如，聚乙炔(polyacetylene)、聚二乙炔(polydiacetylene)、聚烯烴或多并苯(polyacene)和聚苯亞乙烯基(polyphenylene vinylene)；含有這些共軛碳氫聚合物低聚物的衍生物；共軛雜環(huán)聚合物如聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚呋喃、聚吡啶和聚苯亞乙烯基；含有這些共軛雜環(huán)聚合物的衍生物，或類似物。
換言之，有機半導體層可以由稠合的芳香族碳氫化合物形成，例如，并四苯(tetracene)、(chrysene)、并五苯、芘、苝和蒄，其衍生物或卟啉的金屬配合物，以及酞菁化合物，如酞菁化銅和雙酞菁化釕。
下面將結(jié)合流程圖對根據(jù)本發(fā)明一個具體實施方式
的制造有機晶體管的方法的例子進行說明。
圖2A至圖2D為流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明具體實施方式
制造頂部接觸型有機MIS基TFT的方法。
首先，將通過已知方法在其上形成柵電極12的硅片基底11進行熱氧化，以在其上形成SiO2柵絕緣層13(圖2A)。
隨后，在臭氧環(huán)境中用紫外線照射柵絕緣層(UV照射步驟)。
接著，將基底浸入六甲基二硅氮烷(HMDS)儲液中，在超聲波作用下浸入甲苯中除去未反應的HMDS，然后干燥(HMDS處理)。此時，在柵絕緣層上形成了一層表面處理層16(圖2B)。
接著，在干燥的基底上真空沉積并五苯以形成有機半導體層14(圖2C)。接著，在基底上真空涂覆金以形成源電極及漏電極15。這樣，一個頂部接觸型有機晶體管100就完成了(圖2D)。
如圖2C中所示的在其上形成了有機半導體層14的基底的溫度將在下文中進行說明。眾所周知隨著基底的溫度在真空沉積過程中的升高，有機半導體層的狀態(tài)由分散態(tài)(bulk)轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲬B(tài)(lamellar)，使得有機晶體管的遷移性提高。從而，可以通過適當?shù)乜刂苹诇囟葋硖岣哂袡C晶體管的遷移性。但是，反之，當溫度升得太高，層中的缺陷會增加，因此必須在合適的基底溫度范圍內(nèi)進行真空沉積。
在上述UV照射步驟后形成的表面處理層16可以通過一或三氯硅烷化合物或者一或三烷氧基硅烷化合物代替六甲基二硅氮烷(HMDS)形成，所述化合物具有含至少8個或更多碳原子的官能團，用下列化學式表示。
其中R1或R分別獨立地表示具有8個或更多碳原子含有氫、氧、氮、硫或鹵素的官能團；X表示氯原子、甲氧基或乙氧基；X1、X2和X3分別獨立地表示氯原子、甲氧基或乙氧基；R2和R3分別獨立地表示具有至少一個碳原子的烷基。
一氯硅烷化合物的例子包括二甲基辛基氯硅烷、二甲基-2-(4-環(huán)己烯基乙基)氯硅烷、二甲基-β-苯乙基氯硅烷、二甲基氯甲基苯基乙基氯硅烷、二甲基壬基氯硅烷、二甲基十七(烷)氟(heptadecafluoro)癸基氯硅烷、二甲基癸基氯硅烷、二甲基十二烷基氯硅烷、二甲基十四烷基氯硅烷、二甲基十八烷基氯硅烷、二甲基二十烷基氯硅烷，以及二甲基二十二烷基氯硅烷。
三氯硅烷化合物的例子包括辛基三氯硅烷、2-(4-環(huán)己烯基乙基)三氯硅烷、β-苯乙基三氯硅烷、氯甲基苯基乙基三氯硅烷、壬基三氯硅烷、十七氟癸基三氯硅烷、癸基三氯硅烷、十二烷基三氯硅烷、十四烷基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷、二十烷基三氯硅烷，以及二十二烷基三氯硅烷。
一甲氧基硅烷化合物的例子包括二甲基辛基甲氧基硅烷、二甲基-2-(4-環(huán)己烯基乙基)甲氧基硅烷、二甲基-β-苯乙基甲氧基硅烷、二甲基氯甲基苯基乙基甲氧基硅烷、二甲基壬基甲氧基硅烷、二甲基十七氟癸基甲氧基硅烷、二甲基癸基甲氧基硅烷、二甲基十二烷基甲氧基硅烷、二甲基十四烷基甲氧基硅烷、二甲基十八烷基甲氧基硅烷、二甲基二十烷基甲氧基硅烷，以及二甲基二十二烷基甲氧基硅烷。
三甲氧基硅烷化合物的例子包括辛基三甲氧基硅烷、2-(4-環(huán)己烯基乙基)三甲氧基硅烷、β-苯乙基三甲氧基硅烷、氯甲基苯基乙基三甲氧基硅烷、壬基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、癸基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十四烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、二十烷基三甲氧基硅烷，以及二十二烷基三甲氧基硅烷。
一乙氧基硅烷化合物的例子包括二甲基辛基乙氧基硅烷、二甲基-2-(4-環(huán)己烯基乙基)乙氧基硅烷、二甲基-β-苯乙基乙氧基硅烷、二甲基氯甲基苯基乙基乙氧基硅烷、二甲基壬基乙氧基硅烷、二甲基十七氟癸基乙氧基硅烷、二甲基癸基乙氧基硅烷、二甲基十二烷基乙氧基硅烷、二甲基十四烷基乙氧基硅烷、二甲基十八烷基乙氧基硅烷、二甲基二十烷基乙氧基硅烷，以及二甲基二十二烷基乙氧基硅烷。
三乙氧基硅烷化合物的例子包括辛基三乙氧基硅烷、2-(4-環(huán)己烯基乙基)三乙氧基硅烷、β-苯乙基三乙氧基硅烷、氯甲基苯基乙基三乙氧基硅烷、壬基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、癸基三乙氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十四烷基三乙氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷、二十烷基三乙氧基硅烷，以及二十二烷基三乙氧基硅烷。
根據(jù)本發(fā)明具體實施方式
的制造方法實際制造有機晶體管的例子將在下文中進行說明，以與不包括UV照射步驟的對比例進行比較。
(實施例1-5)在如圖2A所示的步驟中，將通過已知方法在其上形成柵電極12的硅晶片基底11進行熱氧化，以在其上形成厚度為1,100埃的柵絕緣層13。
在圖2B所示的步驟中，將上述基底在臭氧環(huán)境中用紫外線照射20分鐘。
然后，將基底直立浸入六甲基二硅氮烷(HMDS)儲液中，在超聲波作用下浸入甲苯中10分鐘除去未反應的HMDS，然后干燥(HMDS處理)。
除了實施例5以外，在所有的實施例中都進行HMDS處理。
接著，在圖2C所示的步驟中，經(jīng)過上述干燥的基底在2×10-6托的壓力下以0.4～0.6埃/秒的沉積速度真空涂覆厚度為500埃的并五苯，以在其上形成有機半導體層14。
基底溫度如下實施例120℃實施例240℃實施例370℃
實施例4120℃實施例520℃接著，在圖2D所示的步驟中，基底在2×10-6托的壓力下以1.0～1.5埃/秒的沉積速度真空涂覆厚度為1000埃的金，以形成源電極和漏電極15。這樣，一個具有通道長度為100μm、通道寬度為5.0mm的頂部接觸型有機晶體管100就完成了。
(對比例)在圖2B所示的步驟中，除了不進行UV照射步驟以外，按照實施例1-4的制造過程進行。在圖2C所示的步驟中基底溫度為40℃。
測定實施例1-4和對比例中制造的有機半導體層的遷移率。測定結(jié)果列于下面表1中。
表1
為了測定有機半導體層的遷移率，在30V柵電壓下測定漏電流。然后可以用下列方程式在漏電流飽和范圍內(nèi)計算有機半導體的遷移率Id＝(μCW/2L)×(Vg-Vth)2其中Id為漏電流，μ為孔穴遷移率，C為絕緣層的電容，L為通道長度，Vg為柵電壓，Vth為閾電壓。
從表1所示的測定結(jié)果中可以看出，優(yōu)選基底溫度調(diào)節(jié)到40℃～70℃的范圍內(nèi)，以制得遷移率為0.5cm2/Vs或更高的有機晶體管。
作為根據(jù)本發(fā)明該具體實施方式
的變形，可以例舉一種底部接觸型有機MIS基TFT200，它是有機晶體管的另一個例子。圖3示出了底部接觸型有機MIS基TFT200典型的截面圖。
為了制造上述有機晶體管，可以顛倒形成有機半導體14和源電極及漏電極15的順序。其他的步驟可以與上述實施例中的相同。
上述實施例中有機半導體層的形成可以通過包括電阻加熱的真空蒸發(fā)法、使用多個蒸發(fā)源的共同蒸發(fā)法、濺射法、CVD法或類似的方法完成。
有機半導體層可以是摻雜的薄膜或由多種有機半導體材料制得的多層薄膜，而非由單種材料制得的薄膜。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明具體實施方式
制造有機晶體管的方法包括在柵絕緣層上形成表面處理層的步驟和在表面處理層上形成有機半導體層的步驟，其中包括在形成表面處理層之前在臭氧環(huán)境中用紫外線照射柵絕緣層的步驟。
上述UV照射步驟優(yōu)選在臭氧濃度為10～1,000ppm，照射強度至少為0.01mW/cm2或更高，優(yōu)選0.05mW/cm2或更高，照射時間為10分鐘或更長下進行。
此外，表面處理層形成后優(yōu)選在基底溫度為40℃～70℃下真空沉積有機半導體層。有機半導體層的遷移率優(yōu)選0.5cm2/Vs或更高。
從而，根據(jù)本發(fā)明具體實施方式
的制造有機晶體管的方法，包括在形成表面處理層16之前在臭氧環(huán)境中用紫外線照射柵絕緣層的步驟，以在柵絕緣層表面均勻地形成大量進行表面處理所必需的羥基，使得進行均勻的表面處理成為可能，從而形成具有高遷移率和良好品質(zhì)的有機半導體層。
權(quán)利要求
1.一種制造有機晶體管的方法，包括制備柵絕緣層；在柵絕緣層上形成表面處理層；以及在表面處理層上形成有機半導體層，其中在形成表面處理層之前，在臭氧環(huán)境中用紫外線照射柵絕緣層。
2.權(quán)利要求1的方法，其中柵絕緣層的紫外線照射在臭氧濃度為10～1,000ppm、照射強度為0.01mW/cm2或更高、照射時間為10分鐘或更長下進行。
3.權(quán)利要求2的方法，其中在用紫外線照射柵絕緣層后，用至少一種化合物形成表面處理層，所述化合物選自以下列化學式之一表示的具有含8個或更多碳原子的官能團的一或三氯硅烷化合物、以下列化學式之一表示的具有含8個或更多碳原子的官能團的一或三烷氧基硅烷化合物，以及六甲基二硅氮烷， 其中R1或R分別獨立地表示具有8個或更多碳原子含有氫、氧、氮、硫或鹵素的官能團；X表示氯原子、甲氧基或乙氧基；X1、X2和X3分別獨立地表示氯原子、甲氧基或乙氧基；以及R2和R3分別獨立地表示具有至少一個碳原子的烷基。
4.權(quán)利要求3的方法，其中在表面處理后，在基底溫度為40℃～70℃下真空沉積有機半導體層。
5.權(quán)利要求4的方法，其中有機半導體層的遷移率為0.5cm2/Vs或更高。
6.一種有機晶體管，包括基底；在基底上的柵電極；在基底和柵電極上的柵絕緣層；在柵絕緣層表面上的有機半導體層；在有機半導體層上的源電極；以及在有機半導體層上的漏電極，其中柵絕緣層的表面上均勻地具有大量羥基，在所述柵絕緣層上形成有有機半導體層。
7.權(quán)利要求6的有機半導體，其中有機半導體層的遷移率為0.5cm2/Vs或更高。
8.一種有機晶體管，包括基底；在基底上的柵電極；在基底和柵電極上的柵絕緣層；在柵絕緣層上的源電極；在柵絕緣層上的漏電極；在柵絕緣層表面上的有機半導體層；其中柵絕緣層的表面上均勻地具有大量羥基，在所述柵絕緣層上形成有有機半導體層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的有機半導體，其中有機半導體層的遷移率為0.5cm2/Vs或更高。
全文摘要
一種制造有機晶體管的方法包括在柵絕緣層上形成表面處理層的步驟和在表面處理層上形成有機半導體層的步驟。在該方法中，包括在形成表面處理層之前，在臭氧環(huán)境中用紫外線照射柵絕緣層的步驟。
文檔編號H01L21/336GK1540776SQ20041003507
公開日2004年10月27日 申請日期2004年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月25日
發(fā)明者大田悟 申請人:日本先鋒公司