專利名稱：一次掩膜光刻同時定義有機(jī)薄膜晶體管源漏柵電極的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)半導(dǎo)體器件和微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用 一次掩膜光刻同時定義出有機(jī)薄膜晶體管源漏柵電極的方法。
背景技術(shù)：
有機(jī)場效應(yīng)晶體管(OFET)由于可在柔性、大面積襯底上構(gòu)筑電子系統(tǒng) 模塊而備受關(guān)注，有巨大的潛在應(yīng)用市場。目前無論全有機(jī)還是有機(jī)/無機(jī) 混合器件基本上都是用薄膜晶體管結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，因此OFET又稱有機(jī)薄 膜晶體管(OTFT)。
要在絕緣介質(zhì)兩邊制作柵電極和源、漏電極，都需要兩塊掩模版進(jìn)行 兩次光刻，存在工藝復(fù)雜和對準(zhǔn)精度問題。用簡單的工藝實(shí)現(xiàn)高性能OTFT 的制造一直是人們的研究熱點(diǎn)。
Hagen Klauk等人早期利用整個導(dǎo)電襯底作為背柵電極，然后再在柵 介質(zhì)層上制作獨(dú)立源、漏電極。這樣工藝固然簡單，僅需要一塊掩模版進(jìn) 行一次光刻，但柵電極層和源、漏電極層交疊區(qū)域大，使得寄生電容效應(yīng) 明顯，嚴(yán)重影響OTFT的高頻特性，而且也不利用器件的集成。
申請?zhí)枮?00580004885.1的發(fā)明專利公開了一種包括自對準(zhǔn)柵電極 的有機(jī)晶體管及其制造方法，避免了源、漏電極層與柵電極層之間的交疊， 減小了寄生電容效應(yīng)，但在他的頂柵結(jié)構(gòu)OTFT中，源、漏接觸是依靠化 學(xué)摻雜的方法來實(shí)現(xiàn)的。
人們一直在尋找一種工藝復(fù)雜度低，與硅工藝兼容性高，而且能夠滿 足OTFT性能要求的新工藝。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題 針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的主要目的在于提供一種只用一塊掩膜版，只需進(jìn)行一次光刻，就可以同時定義源、漏、柵電極圖形， 而且源、漏、柵電極間具有自對準(zhǔn)精度的有機(jī)薄膜晶體管的制備方法。本 發(fā)明方法減少了掩模版數(shù)量和光刻次數(shù)，降低了制備成本，與傳統(tǒng)的硅平 面工藝完全兼容，有利于器件制備的應(yīng)用。
(二)技術(shù)方案
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，該 方法利用一次掩膜光刻同時定義出有機(jī)薄膜晶體管的源、漏、柵電極，具 體包括以下步驟
在襯底(1)正面形成具有透光性的有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層(2);
用保護(hù)卡具(7)保護(hù)有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層(2)，腐蝕襯底(l)的背面至介質(zhì) 層鏤空；
在有機(jī)絕緣層(2)正面和背面涂光刻膠，從正面對光刻膠進(jìn)行曝光，同
時曝光背面光刻膠，在顯影液中顯影，形成源、漏電極的正性光刻膠掩模
版(8)和柵電極的負(fù)性光刻膠掩模版(9);
分別在有機(jī)絕緣介質(zhì)層(2)正面、正性光刻膠掩模版(8)、有機(jī)絕緣介質(zhì) 層(2)背面和負(fù)性光刻膠掩模版(9)上形成金屬層，然后剝離形成源(6)、漏
(4)、柵(5)電極；
在有機(jī)絕緣介質(zhì)層(2)正面，源(6)、漏(4)電極上形成有機(jī)半導(dǎo)體層(3)。
上述方案中，所述形成有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層(2)的步驟采用旋涂的方法 在襯底(l)正面實(shí)現(xiàn)，所述有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層(2)為有機(jī)材料，該有機(jī)材料的 厚度通過控制旋涂液濃度和旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
上述方案中，所述有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層(2)要求具有透光性、具有較大介 電常數(shù)、較大擊穿電壓和足夠機(jī)械強(qiáng)度，且不會與用于襯底腐蝕的腐蝕液、 光刻膠顯影的顯影液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
上述方案中，所述腐蝕襯底(l)的背面至介質(zhì)層鏤空的步驟具體包括 用保護(hù)卡具(7)保護(hù)有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層(2)，從襯底(l)的背面進(jìn)行腐蝕，腐 蝕終止到有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層(2)的背面，使介質(zhì)層鏤空。
上述方案中，所述在有機(jī)絕緣層(2)正面和背面涂光刻膠、曝光、顯影， 形成源、漏電極的正性光刻膠掩模版(8)和柵電極的負(fù)性光刻膠掩模版(9)的步驟具體包括在有機(jī)絕緣層(2)正面上涂正性光刻膠(8)，背面上涂負(fù)性
光刻膠(9)，利用掩模版(10)從正面對正性光刻膠(8)進(jìn)行曝光，由于絕緣介 質(zhì)層(2)有透光性，背面負(fù)性光刻膠(9)同時被曝光，分別在正性光刻膠顯影 液和負(fù)性光刻膠顯影液中顯影，形成源、漏電極的正性光刻膠掩模版(8) 和柵電極的負(fù)性光刻膠掩模版(9)。
上述方案中，所述正性光刻膠顯影液和負(fù)性光刻膠顯影液彼此間不相 互影響。
上述方案中，所述形成金屬層，剝離形成源(6)、漏(4)、柵(5)電極的 步驟中，源、漏、柵金屬電極采用方向性好的金屬蒸發(fā)方法形成。
上述方案中，對于小分子有機(jī)半導(dǎo)體材料(酞菁銅、并五苯等)，所 述有機(jī)半導(dǎo)體層(3)采用真空熱蒸鍍技術(shù)獲得；對于聚合物有機(jī)半導(dǎo)體材料 (PH3T、 PCBM等)，所述有機(jī)半導(dǎo)體層(3)采用旋涂或浸沒的方法獲得。
(三)有益效果 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果
1、 利用本發(fā)明提供的有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，僅需一塊掩膜版， 進(jìn)行一次光刻就可同時定義源、漏、柵電極，不需要特殊工藝，能夠與傳 統(tǒng)的硅平面工藝兼容，適合于制備高性能柔性有機(jī)薄膜晶體管器件。
2、 利用本發(fā)明制備的有機(jī)薄膜晶體管源、漏、柵電極之間具有自對 準(zhǔn)精度，減小了寄生電容效應(yīng)，提高了有機(jī)薄膜晶體管的高頻特性，非常 有利于本發(fā)明的廣泛推廣和應(yīng)用。


為了更進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例子，對本發(fā) 明做詳細(xì)描述，其中，
圖1是本發(fā)明提供的利用一次掩膜光刻同時定義出有機(jī)薄膜晶體管源 漏柵電極的方法流程圖2是圖2-1至圖2-5中各層的簡要說明；
圖2-1至圖2-5是圖1所示方法的工藝流程圖3是圖3-1至圖3-5中各層的簡要說明，其中右側(cè)的圖形是圖3-3中使用的掩膜版的示意圖3-1至圖3-5是依照本發(fā)明實(shí)施例利用一次掩膜光刻同時定義出有 機(jī)薄膜晶體管源漏柵電極的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí) 施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的利用一次掩膜光刻同時定義出有機(jī) 薄膜晶體管源漏柵電極的方法流程圖，該方法利用一次掩膜光刻同時定義 出有機(jī)薄膜晶體管的源、漏、柵電極，具體包括以下步驟
步驟101:在襯底(1)正面形成具有透光性的有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層(2);
步驟102:用保護(hù)卡具(7)保護(hù)有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層(2)，腐蝕襯底(l)的背 面至介質(zhì)層鏤空；
步驟103:在有機(jī)絕緣層(2)正面和背面涂光刻膠，從正面對光刻膠進(jìn)
行曝光，同時曝光背面光刻膠，在顯影液中顯影，形成源、漏電極的正性
光刻膠掩模版(8)和柵電極的負(fù)性光刻膠掩模版(9);
步驟104:分別在有機(jī)絕緣介質(zhì)層(2)正面、正性光刻膠掩模版(8)、有 機(jī)絕緣介質(zhì)層(2)背面和負(fù)性光刻膠掩模版(9)上形成金屬層，然后剝離形成 源(6)、漏(4)、柵(5)電極；
步驟105:在有機(jī)絕緣介質(zhì)層(2)正面，源(6)、漏(4)電極上形成有機(jī)半 導(dǎo)體層(3)，完成有機(jī)薄膜晶體管的制備。
上述步驟101中所述形成有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層(2)，采用旋涂的方法在襯 底(l)正面實(shí)現(xiàn)，所述有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層(2)為有機(jī)材料，該有機(jī)材料的厚度 通過控制旋涂液濃度和旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。所述有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層(2)采用 具有較大介電常數(shù)、較大擊穿電壓和足夠機(jī)械強(qiáng)度的聚酰亞胺介質(zhì)ZK-PI， 該聚酰亞胺介質(zhì)的厚度為500納米。
上述步驟102中所述腐蝕襯底(l)的背面至介質(zhì)層鏤空的步驟具體包 括用保護(hù)卡具(7)保護(hù)有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層(2)，從襯底(l)的背面進(jìn)行腐蝕， 腐蝕終止到有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層(2)的背面，使介質(zhì)層鏤空。上述步驟103中所述在有機(jī)絕緣層(2)正面和背面涂光刻膠、曝光、顯 影，形成源、漏電極的正性光刻膠掩模版(8)和柵電極的負(fù)性光刻膠掩模版 (9)的步驟具體包括在有機(jī)絕緣層(2)正面上涂正性光刻膠(8)，背面上涂 負(fù)性光刻膠(9)，利用掩模版(10)從正面對正性光刻膠(8)進(jìn)行曝光，由于絕 緣介質(zhì)層(2)有透光性，背面負(fù)性光刻膠(9)同時被曝光，分別在正性光刻膠
顯影液和負(fù)性光刻膠顯影液中顯影，形成源、漏電極的正性光刻膠掩模版 (8)和柵電極的負(fù)性光刻膠掩模版(9)。所述正性光刻膠顯影液和負(fù)性光刻膠
顯影液彼此間不相互影響。
上述步驟104中所述形成金屬層，剝離形成源(6)、漏(4)、柵(5)電極 的步驟中，源、漏、柵金屬電極采用方向性好的金屬蒸發(fā)方法形成。
對于小分子有機(jī)半導(dǎo)體材料，步驟105中所述有機(jī)半導(dǎo)體層(3)采用真 空熱蒸鍍技術(shù)獲得，該有機(jī)半導(dǎo)體層(3)—般采用酞菁銅，厚度為50納米； 對于聚合物有機(jī)半導(dǎo)體材料，所述有機(jī)半導(dǎo)體層(3)采用旋涂或浸沒的方 法獲得。
上述一次曝光同時定義源、漏、柵電極圖形，用該方法獲得的源、漏、 柵電極具有自對準(zhǔn)精度。柵電極層和源、漏電極層間幾乎沒有重疊區(qū)域， 從而減小了晶體管的寄生交疊電容，提高了有機(jī)薄膜晶體管的高頻特性。
基于圖1所示的利用一次掩膜光刻同時定義出有機(jī)薄膜晶體管源漏柵 電極的方法流程圖，圖2-1至圖2-5示出了圖1所示方法的工藝流程圖， 具體包括以下工藝步驟
如圖2-l所示，在襯底上形成一層有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層。
如圖2-2所示，用保護(hù)卡具將有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層保護(hù)，從襯底的背面 進(jìn)行腐蝕，腐蝕終止到有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層的背面，形成鏤空的介質(zhì)膜。
如圖2-3所示，在有機(jī)絕緣層正面上涂正性光刻膠，背面上涂負(fù)性光 刻膠。利用掩模版從正面對正性光刻膠進(jìn)行曝光，由于絕緣介質(zhì)層的透光 性，背面負(fù)性光刻膠同時被曝光。分別在正性光刻膠顯影液和負(fù)性光刻膠 顯影液中顯影，形成源、漏、柵電極光刻膠圖形掩模版。
如圖2-4所示，分別在有機(jī)絕緣介質(zhì)層正面和正性光刻膠掩模版上， 有機(jī)絕緣介質(zhì)層背面和負(fù)性光刻膠上形成金屬層，然后剝離形成源、漏、柵電極。
如圖2-5所示，在有機(jī)絕緣介質(zhì)層正面，源、漏電極上形成有機(jī)半導(dǎo)體層。
圖3-1至圖3-5示出了依照本發(fā)明的具體實(shí)施例利用一次掩膜光刻同 時定義出有機(jī)薄膜晶體管源漏柵電極的工藝流程圖，具體包括以下工藝步
驟
如圖3-1所示，在清潔的硅襯底上，旋涂形成500nm厚的聚酰亞胺 (ZK-PI)介質(zhì)膜層。
如圖3-2所示，用保護(hù)卡具將PI層保護(hù)，從硅襯底的背面用KOH腐 蝕液進(jìn)行腐蝕，終止到PI層的背面，形成鏤空的PI膜。
如圖3-3所示，在PI層正面上涂正性光刻膠AZ-9918，背面上涂負(fù)性 光刻膠BN-302。利用圖3中的掩模版從正面對AZ-9918性光刻膠進(jìn)行曝 光，由于PI層的透光性，背面BN-302負(fù)性光刻膠同時被曝光。先在 AZ-9918專用顯影液中對AZ-9918進(jìn)行顯影，形成源漏電極膠圖形，再在 BN-302專用顯影液中顯影，形成柵電極光刻膠圖形。
如圖3-4所示，利用電子束熱蒸發(fā)技術(shù)，在PI層正面和AZ-9918正 性光刻膠上，PI層背面和BN-302負(fù)性光刻膠上蒸鍍Cr/Au(10/50nm)。在 丙酮中浸泡進(jìn)行剝離，形成源、漏、柵金屬電極。
如圖3-5所示，利用熱蒸發(fā)技術(shù)，在PI層正面和源、漏電極上蒸發(fā)形 成50nm酞菁銅的有機(jī)半導(dǎo)體層，完成器件制備。
以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行 了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而 已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，該方法利用一次掩膜光刻同時定義出有機(jī)薄膜晶體管的源、漏、柵電極，具體包括以下步驟在襯底(1)正面形成具有透光性的有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層(2)；用保護(hù)卡具(7)保護(hù)有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層(2)，腐蝕襯底(1)的背面至介質(zhì)層鏤空；在有機(jī)絕緣層(2)正面和背面涂光刻膠，從正面對光刻膠進(jìn)行曝光，同時曝光背面光刻膠，在顯影液中顯影，形成源、漏電極的正性光刻膠掩模版(8)和柵電極的負(fù)性光刻膠掩模版(9)；分別在有機(jī)絕緣介質(zhì)層(2)正面、正性光刻膠掩模版(8)、有機(jī)絕緣介質(zhì)層(2)背面和負(fù)性光刻膠掩模版(9)上形成金屬層，然后剝離形成源(6)、漏(4)、柵(5)電極；在有機(jī)絕緣介質(zhì)層(2)正面，源(6)、漏(4)電極上形成有機(jī)半導(dǎo)體層(3)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于， 所述形成有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層(2)的步驟采用旋涂的方法在襯底(l)正面實(shí) 現(xiàn)，所述有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層(2)為有機(jī)材料，該有機(jī)材料的厚度通過控制旋 涂液濃度和旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，其特征 在于，所述有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層(2)要求具有透光性、具有較大介電常數(shù)、較 大擊穿電壓和足夠機(jī)械強(qiáng)度，且不會與用于襯底腐蝕的腐蝕液、光刻膠顯 影的顯影液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于， 所述腐蝕襯底(l)的背面至介質(zhì)層鏤空的步驟具體包括用保護(hù)卡具(7)保護(hù)有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層(2)，從襯底(l)的背面進(jìn)行腐蝕， 腐蝕終止到有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層(2)的背面，使介質(zhì)層鏤空。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于， 所述在有機(jī)絕緣層(2)正面和背面涂光刻膠、曝光、顯影，形成源、漏電極 的正性光刻膠掩模版(8)和柵電極的負(fù)性光刻膠掩模版(9)的步驟具體包括:在有機(jī)絕緣層(2)正面上涂正性光刻膠(8)，背面上涂負(fù)性光刻膠(9)，利用掩模版(10)從正面對正性光刻膠(8)進(jìn)行曝光，由于絕緣介質(zhì)層(2)有透 光性，背面負(fù)性光刻膠(9)同時被曝光，分別在正性光刻膠顯影液和負(fù)性光 刻膠顯影液中顯影，形成源、漏電極的正性光刻膠掩模版(8)和柵電極的負(fù) 性光刻膠掩模版(9)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于， 所述正性光刻膠顯影液和負(fù)性光刻膠顯影液彼此間不相互影響。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于， 所述形成金屬層，剝離形成源(6)、漏(4)、柵(5)電極的步驟中，源、漏、 柵金屬電極采用方向性好的金屬蒸發(fā)方法形成。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于， 對于小分子有機(jī)半導(dǎo)體材料，所述有機(jī)半導(dǎo)體層(3)采用真空熱蒸鍍技術(shù)獲 得；對于聚合物有機(jī)半導(dǎo)體材料，所述有機(jī)半導(dǎo)體層(3)采用旋涂或浸沒 的方法獲得。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，利用一次掩膜光刻同時定義出有機(jī)薄膜晶體管的源漏柵電極，包括在襯底正面形成具有透光性的有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層；用保護(hù)卡具保護(hù)有機(jī)絕緣柵介質(zhì)層，腐蝕襯底的背面至介質(zhì)層鏤空；在有機(jī)絕緣層正面和背面涂光刻膠，從正面對光刻膠進(jìn)行曝光，同時曝光背面光刻膠，在顯影液中顯影，形成源漏電極的正性光刻膠掩模版和柵電極的負(fù)性光刻膠掩模版；在有機(jī)絕緣介質(zhì)層正面、正性光刻膠掩模版、有機(jī)絕緣介質(zhì)層背面和負(fù)性光刻膠掩模版上形成金屬層，剝離形成源、漏、柵電極；在有機(jī)絕緣介質(zhì)層正面，源漏電極上形成有機(jī)半導(dǎo)體層。本發(fā)明能夠與傳統(tǒng)的硅平面工藝兼容，制備的有機(jī)薄膜晶體管器件寄生電容小高頻特性好。
文檔編號H01L51/40GK101442104SQ20071017779
公開日2009年5月27日 申請日期2007年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日
發(fā)明者明 劉, 劉興華, 商立偉, 甄麗娟 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所