一種製備有機場效應電晶體的方法
2023-10-22 04:21:57
專利名稱：一種製備有機場效應電晶體的方法
技術領域：
本發明涉及有機半導體器件及微細加工技術領域，尤其涉及一種 簡化的製備有機場效應電晶體的方法。
背景技術：
近年來，OFET在柔性有源矩陣顯示和柔性集成電路等方面顯示出 巨大的應用潛力。OFET的結構主要有兩種頂接觸式和底接觸式。其 中底接觸式OFET的源、漏電極的製備在沉積有機半導體層之前，因 此可以利用光刻和剝離的方法而不會對有機層產生任何影響。由於這 種工藝上的優勢使得底接觸式結構獲得廣泛的應用。
然而理論分析表明頂接觸式OFET在性能上優於底接觸式，但是 頂接觸式OFET製備存在較大的困難。因為它是先沉積有機層，然後 在其上形成源、漏電極圖形。這時由於有機層材料極易受到光刻膠、 顯影液、用於剝離的丙酮溶液等的破壞，則不能直接使用傳統光刻剝 離的方法製備電極。
為了克服這一缺點，目前常使用掩模漏版(shadow mask)的方法制 備頂電極，但製作掩模漏版的成本很高，而且使用掩模漏版法製備精 度也不高。因此，開發一種簡化的低成本的製備頂接觸式OFET的方 法就顯得尤為重要。
發明內容
(一)要解決的技術問題 針對上述現有技術存在的不足，本發明的主要目的在於提供一種 簡化的製備有機場效應電晶體的方法，以簡化製作工藝，降低工藝成 本，並與傳統的矽工藝兼容，避免對有源層的損傷。(二)技術方案 為了達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的-一種製備有機場效應電晶體的方法，該方法包括 在襯底上採用光刻和剝離工藝形成分立的金屬柵電極； 在襯底和柵電極上形成柵介質絕緣層；
在柵介質絕緣層上旋塗光刻膠，經過曝光顯影得到光刻膠掩模版 圖形；
在柵介質絕緣層和光刻膠掩模版圖形上垂直蒸鍍形成有機半導體
層；
採用兩次傾斜蒸鍍，分別形成源、漏電極。
上述方案中，所述在襯底上釆用光刻和剝離工藝形成分立的金屬 柵電極的步驟中，金屬柵電極釆用電子束蒸發或熱蒸發技術沉積在襯 底上，金屬剝離採用丙酮、乙醇、去離子水液體超聲方法，金屬柵電 極為Cr/Au柵電極，其中Cr的厚度為10nm， Au的厚度為50nm。
上述方案中，所述襯底是能夠起到支撐作用的絕緣材料襯底，是 無機材料襯底或有機材料襯底。
上述方案中，所述襯底是Si3N4絕緣襯底。
上述方案中，所述在襯底和柵電極上形成柵介質絕緣層的步驟中， 所述柵介質絕緣層通過熱氧化生長法、化學或物理氣相沉積法獲得， 或通過旋轉塗敷、浸沒式塗敷方法獲得。
上述方案中，在採用旋轉塗敷方法獲得柵介質絕緣層時，所述在
襯底和柵電極上形成柵介質絕緣層的步驟包括利用旋轉塗敷方法，
以4000r/m的速度旋塗一定濃度的聚醯亞胺前驅液，再經過IO(TC至 12(TC至25(TC梯度升溫烘烤，形成400nm厚的聚醯亞胺柵介質絕緣層。
上述方案中，所述在柵介質絕緣層上旋塗光刻膠，經過曝光顯影 得到光刻膠掩模版圖形的步驟包括在柵介質絕緣層上旋塗厚度為大 於10pm的SU-8厚光刻膠，經曝光、顯影后形成光刻膠掩模版圖形。
上述方案中，所述在柵介質絕緣層和光刻膠掩模版圖形上垂直蒸 鍍形成有機半導體層的步驟包括利用普通熱蒸發，在柵介質絕緣層 和光刻膠掩模版圖形上垂直蒸鍍一層50nm厚的酞菁銅作為有機半導體層。
上述方案中，所述採用兩次傾斜蒸鍍，分別形成源、漏電極的步
驟包括保持襯底與金屬蒸氣束流呈e角，進行第一次電子束斜向蒸 發，形成金屬Cr/Au源電極；其中Cr的厚度為10nm， Au的厚度為 50nm;保持襯底與金屬蒸氣束流呈-e角，進行第二次電子束斜向蒸發， 形成金屬Cr/Au漏電極；其中Cr的厚度為10nm， Au的厚度為50nm。 上述方案中，所述e角為45度。
(三)有益效果 從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果
1、 利用本發明提供的有機場效應電晶體的製備方法，可以只用一 次光刻和三次蒸發就可以達到形成有源層圖形，源、漏頂電極圖形的 目的，同時又不會對有機層材料造成任何損傷，提高了有機材料與微 電子工藝結合來製備器件的可靠性。
2、 本發明提供的這種製備有機場效應電晶體的方法，簡化了有機 場效應電晶體的製備，降低了工藝成本，與傳統的矽工藝完全兼容， 有利於器件製備的應用。
圖1是本發明提供的製備有機場效應電晶體的方法流程圖2-l至圖2-6是圖1的工藝流程圖；其中，l為絕緣襯底，2為 柵電極，3為柵介質絕緣層，4為厚光刻膠，5或6為有機半導體層，7 或8為源電極，9或10為漏電極；
圖3-1至圖3-6是依照本發明實施例製備有機場效應電晶體的工藝 流程圖；1為Si3N4絕緣襯底，2為Cr/Au柵電極，3為聚醯亞胺柵介 質絕緣層，4為SU-8厚光刻膠，5或6為酞菁銅有機半導，7或8為 Cr/Au源電極，9或10為Cr/Au漏電極；
圖4是普通電子束蒸發與傾斜蒸發工藝設備結構對比示意圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具 體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
本發明提供的這種製備有機場效應電晶體的方法，在製備過程中 巧妙利用傾斜蒸鍍，只使用了一次光刻就達到了有源層和源、漏電極 圖形化的目的，同時也避免了對有源層的損傷，簡化了有機場效應晶 體管的製備，降低了工藝成本，與傳統的矽工藝完全兼容，有利於器 件製備的應用。
如圖1所示，圖1是本發明提供的製備有機場效應電晶體的方法 流程圖，該方法包括以下步驟-
步驟101:在襯底上採用光刻和剝離工藝形成分立的金屬柵電極；
在本步驟中，金屬柵電極採用電子束蒸發或熱蒸發技術沉積在襯 底上，金屬剝離採用丙酮、乙醇、去離子水液體超聲方法，金屬柵電
極為Cr/Au柵電極，其中Cr的厚度為10nm， Au的厚度為50nm;所 述襯底是能夠起到支撐作用的絕緣材料，可以是無機材料襯底也可以 是有機材料襯底。這裡採用絕緣襯底是為了減小襯底漏電， 一般選用 Si3N4絕緣襯底。這裡採用分立的獨立柵電極是為了防止同一電路中各 個器件間的串繞，方便器件的集成。
步驟102:在襯底和柵電極上形成柵介質絕緣層； 在本步驟中，所述柵介質絕緣層通過熱氧化生長法、化學或物理 氣相沉積法獲得，或通過旋轉塗敷、浸沒式塗敷方法獲得。
步驟103:在柵介質絕緣層上旋塗光刻膠，經過曝光顯影得到光刻 膠掩模版圖形；
在本步驟中，所使用的光刻膠要求是厚膠，要求大於10pm (例 如,SU-8光刻膠)，厚度可通過調節膠的濃度和旋塗的速度來進行控制。
步驟104:在柵介質絕緣層和光刻膠掩模版圖形上垂直蒸鍍形成有 機半導體層；
步驟105:採用兩次傾斜蒸鍍，分別形成源、漏電極，完成底柵-頂接觸式有機場效應電晶體的製備；
在本步驟中，所述源漏電極是以光刻膠掩膜版為遮蔽，利用傾斜及溝道長度可通過調節光刻膠掩模 版圖形、蒸鍍束流與基底的傾斜角度以及光刻膠的厚度來進行控制。 所述的斜蒸工藝是在普通蒸發工藝的基礎上通過改變樣品的託盤或卡 具，使沉積的金屬蒸氣和掩蔽層表面有一個不等於90。的夾角得來的， 主要功能是可以在懸空的膠掩蔽層下面沉積金屬物質。
圖2-l至圖2-6是圖1的工藝流程圖，具體包括以下步驟 如圖2-1所示，在襯底上利用光刻和剝離工藝形成分立的柵電極 圖形；
如圖2-2所示，在襯底和柵電極上形成柵介質絕緣層；
如圖2-3所示，在柵介質絕緣層上旋塗光刻膠，經過曝光、顯影 獲得光刻膠掩模版圖形；
如圖2-4所示，利用熱蒸發法，在柵介質絕緣層和光刻膠掩模版 上垂直蒸鍍一層有機半導體材料形成有源層；
如圖2-5所示，保持襯底和金屬蒸氣束流呈e角度，進行第一次電 子束斜向蒸發，製備源電極圖形層；
如圖2-6所示，保持襯底和金屬蒸氣束流呈-e角度，進行第二次
電子束斜向蒸發，製備漏電極圖形層。
圖3-1至圖3-6是依照本發明實施例製備有機場效應電晶體的工藝 流程圖，具體包括以下步驟
如圖3-l所示，利用光刻和剝離工藝，在清洗好的SbN4絕緣襯底 上形成金屬(Cr/Au-1 Onm/5 Onm)柵電極圖形；
如圖3-2所示，利用旋塗法，以4000r/m的速度旋塗一定濃度的聚 醯亞胺前驅液，再經過10(TC-12(TC-25(rC梯度升溫烘烤，形成400nm 厚的聚醯亞胺柵介質絕緣層；
如圖3-3所示，旋塗厚度為2(Him的SU-8厚光刻膠，經曝光、顯 影后形成光刻膠掩模版圖形；
如圖3-4所示，利用普通熱蒸發，垂直蒸鍍一層50nm厚的酞菁銅 作為有源層；
8如圖3-5所示，保持襯底與金屬蒸氣束流呈45。角，迸行第一次電
子束斜向蒸發，形成金屬(Cr/Au-10nm/50nm)源電極圖形層；
如圖3-6所示，保持襯底與金屬蒸氣束流呈-45。角，進行第二次電 子束斜向蒸發，形成金屬(Cr/Au-10nm/50nm)漏電極圖形層，最終完成 有機場效應電晶體的製備。
關於本發明採用的斜向蒸發工藝，如圖4所示，圖4是普通電子 束蒸發與傾斜蒸發工藝設備結構對比示意圖。它們的區別就在於基片 託架與蒸發金屬束流間的方向夾角。在普通蒸發工藝中，基片託架保 持與蒸發金屬束流方向成90度角。在傾斜蒸發工藝中，使基片託架發 生傾斜，保持其與蒸發金屬束流成非90度角，通過調節角度的大小可 以獲得不同位置的蒸發圖形。
以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果 進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體 實施例而己，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內， 所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍 之內。
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權利要求
1、一種製備有機場效應電晶體的方法，其特徵在於，該方法包括在襯底上採用光刻和剝離工藝形成分立的金屬柵電極；在襯底和柵電極上形成柵介質絕緣層；在柵介質絕緣層上旋塗光刻膠，經過曝光顯影得到光刻膠掩模版圖形；在柵介質絕緣層和光刻膠掩模版圖形上垂直蒸鍍形成有機半導體層；採用兩次傾斜蒸鍍，分別形成源、漏電極。
2、 根據權利要求1所述的製備有機場效應電晶體的方法，其特徵 在於，所述在襯底上採用光刻和剝離工藝形成分立的金屬柵電極的步 驟中，金屬柵電極採用電子束蒸發或熱蒸發技術沉積在襯底上，金屬 剝離採用丙酮、乙醇、去離子水液體超聲方法，金屬柵電極為Cr/Au 柵電極，其中Cr的厚度為10nm, Au的厚度為50nm。
3、 根據權利要求1所述的製備有機場效應電晶體的方法，其特徵 在於，所述襯底是能夠起到支撐作用的絕緣材料襯底，是無機材料襯 底或有機材料襯底。
4、 根據權利要求3所述的製備有機場效應電晶體的方法，其特徵在於，所述襯底是Si3N4絕緣襯底。
5、 根據權利要求l所述的製備有機場效應電晶體的方法，其特徵 在於，所述在襯底和柵電極上形成柵介質絕緣層的步驟中，所述柵介 質絕緣層通過熱氧化生長法、化學或物理氣相沉積法獲得，或通過旋 轉塗敷、浸沒式塗敷方法獲得。
6、 根據權利要求5所述的製備有機場效應電晶體的方法，其特徵 在於，在採用旋轉塗敷方法獲得柵介質絕緣層時，所述在襯底和柵電 極上形成柵介質絕緣層的步驟包括利用旋轉塗敷方法，以4000r/m的速度旋塗一定濃度的聚醯亞胺 前驅液，再經過IO(TC至12(TC至25(TC梯度升溫烘烤，形成400nm厚 的聚醯亞胺柵介質絕緣層。
7、 根據權利要求l所述的製備有機場效應電晶體的方法，其特徵 在於，所述在柵介質絕緣層上旋塗光刻膠，經過曝光顯影得到光刻膠 掩模版圖形的步驟包括在柵介質絕緣層上旋塗厚度為大於10nm的SU-8厚光刻膠，經曝光、顯影后形成光刻膠掩模版圖形。
8、 根據權利要求l所述的製備有機場效應電晶體的方法，其特徵 在於，所述在柵介質絕緣層和光刻膠掩模版圖形上垂直蒸鍍形成有機半導體層的步驟包括利用普通熱蒸發，在柵介質絕緣層和光刻膠掩模版圖形上垂直蒸鍍一層50nm厚的酞菁銅作為有機半導體層。
9、 根據權利要求1所述的製備有機場效應電晶體的方法，其特徵在於，所述採用兩次傾斜蒸鍍，分別形成源、漏電極的步驟包括保持襯底與金屬蒸氣束流呈G角，進行第一次電子束斜向蒸發， 形成金屬Cr/Au源電極；其中Cr的厚度為10nm， Au的厚度為50nm; 保持襯底與金屬蒸氣束流呈-e角，進行第二次電子束斜向蒸發，形成金屬Cr/Au漏電極；其中Cr的厚度為10nm， Au的厚度為50nm。
10、 根據權利要求1所述的製備有機場效應電晶體的方法，其特 徵在於，所述9角為45度。
全文摘要
本發明公開了一種製備有機場效應電晶體的方法，該方法包括在襯底上採用光刻和剝離工藝形成分立的金屬柵電極；在襯底和柵電極上形成柵介質絕緣層；在柵介質絕緣層上旋塗光刻膠，經過曝光顯影得到光刻膠掩模版圖形；在柵介質絕緣層和光刻膠掩模版圖形上垂直蒸鍍形成有機半導體層；採用兩次傾斜蒸鍍，分別形成源、漏電極。本發明在製備源、漏電極時巧妙利用斜蒸，簡化了工藝步驟的同時也避免了對有機層的損傷。
文檔編號H01L51/40GK101459222SQ20071017935
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月12日 優先權日2007年12月12日
發明者明 劉, 舸 劉, 商立偉, 甄麗娟 申請人:中國科學院微電子研究所