專利名稱：一種制備有機場效應(yīng)晶體管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機半導(dǎo)體器件及微細加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種 簡化的制備有機場效應(yīng)晶體管的方法。
背景技術(shù)：
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(yīng)用潛力。OFET的結(jié)構(gòu)主要有兩種頂接觸式和底接觸式。其 中底接觸式OFET的源、漏電極的制備在沉積有機半導(dǎo)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(chǎn)生任何影響。由于這 種工藝上的優(yōu)勢使得底接觸式結(jié)構(gòu)獲得廣泛的應(yīng)用。
然而理論分析表明頂接觸式OFET在性能上優(yōu)于底接觸式，但是 頂接觸式OFET制備存在較大的困難。因為它是先沉積有機層，然后 在其上形成源、漏電極圖形。這時由于有機層材料極易受到光刻膠、 顯影液、用于剝離的丙酮溶液等的破壞，則不能直接使用傳統(tǒng)光刻剝 離的方法制備電極。
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，但制作掩模漏版的成本很高，而且使用掩模漏版法制備精 度也不高。因此，開發(fā)一種簡化的低成本的制備頂接觸式OFET的方 法就顯得尤為重要。

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 簡化的制備有機場效應(yīng)晶體管的方法，以簡化制作工藝，降低工藝成 本，并與傳統(tǒng)的硅工藝兼容，避免對有源層的損傷。(二)技術(shù)方案 為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的-一種制備有機場效應(yīng)晶體管的方法，該方法包括 在襯底上采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(zhì)絕緣層；
在柵介質(zhì)絕緣層上旋涂光刻膠，經(jīng)過曝光顯影得到光刻膠掩模版 圖形；
在柵介質(zhì)絕緣層和光刻膠掩模版圖形上垂直蒸鍍形成有機半導(dǎo)體
層；
采用兩次傾斜蒸鍍，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(fā)或熱蒸發(fā)技術(shù)沉積在襯 底上，金屬剝離采用丙酮、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(zhì)絕緣層的步驟中， 所述柵介質(zhì)絕緣層通過熱氧化生長法、化學(xué)或物理氣相沉積法獲得， 或通過旋轉(zhuǎn)涂敷、浸沒式涂敷方法獲得。
上述方案中，在采用旋轉(zhuǎn)涂敷方法獲得柵介質(zhì)絕緣層時，所述在
襯底和柵電極上形成柵介質(zhì)絕緣層的步驟包括利用旋轉(zhuǎn)涂敷方法，
以4000r/m的速度旋涂一定濃度的聚酰亞胺前驅(qū)液，再經(jīng)過IO(TC至 12(TC至25(TC梯度升溫烘烤，形成400nm厚的聚酰亞胺柵介質(zhì)絕緣層。
上述方案中，所述在柵介質(zhì)絕緣層上旋涂光刻膠，經(jīng)過曝光顯影 得到光刻膠掩模版圖形的步驟包括在柵介質(zhì)絕緣層上旋涂厚度為大 于10pm的SU-8厚光刻膠，經(jīng)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(zhì)絕緣層和光刻膠掩模版圖形上垂直蒸 鍍形成有機半導(dǎo)體層的步驟包括利用普通熱蒸發(fā)，在柵介質(zhì)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(dǎo)體層。
上述方案中，所述采用兩次傾斜蒸鍍，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(fā)，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(fā)， 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(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)明提供的有機場效應(yīng)晶體管的制備方法，可以只用一 次光刻和三次蒸發(fā)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(jié)合來制備器件的可靠性。
2、 本發(fā)明提供的這種制備有機場效應(yīng)晶體管的方法，簡化了有機 場效應(yīng)晶體管的制備，降低了工藝成本，與傳統(tǒng)的硅工藝完全兼容， 有利于器件制備的應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明提供的制備有機場效應(yīng)晶體管的方法流程圖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(zhì)絕緣層，4為厚光刻膠，5或6為有機半導(dǎo)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(fā)明實施例制備有機場效應(yīng)晶體管的工藝 流程圖；1為Si3N4絕緣襯底，2為Cr/Au柵電極，3為聚酰亞胺柵介 質(zhì)絕緣層，4為SU-8厚光刻膠，5或6為酞菁銅有機半導(dǎo)，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(fā)與傾斜蒸發(fā)工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)對比示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具 體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
本發(fā)明提供的這種制備有機場效應(yīng)晶體管的方法，在制備過程中 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(yīng)晶 體管的制備，降低了工藝成本，與傳統(tǒng)的硅工藝完全兼容，有利于器 件制備的應(yīng)用。
如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的制備有機場效應(yīng)晶體管的方法 流程圖，該方法包括以下步驟-
步驟101:在襯底上采用光刻和剝離工藝形成分立的金屬柵電極；
在本步驟中，金屬柵電極采用電子束蒸發(fā)或熱蒸發(fā)技術(shù)沉積在襯 底上，金屬剝離采用丙酮、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。這里采用絕緣襯底是為了減小襯底漏電， 一般選用 Si3N4絕緣襯底。這里采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(zhì)絕緣層； 在本步驟中，所述柵介質(zhì)絕緣層通過熱氧化生長法、化學(xué)或物理 氣相沉積法獲得，或通過旋轉(zhuǎn)涂敷、浸沒式涂敷方法獲得。
步驟103:在柵介質(zhì)絕緣層上旋涂光刻膠，經(jīng)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，要求大于10pm (例 如,SU-8光刻膠)，厚度可通過調(diào)節(jié)膠的濃度和旋涂的速度來進行控制。
步驟104:在柵介質(zhì)絕緣層和光刻膠掩模版圖形上垂直蒸鍍形成有 機半導(dǎo)體層；
步驟105:采用兩次傾斜蒸鍍，分別形成源、漏電極，完成底柵-頂接觸式有機場效應(yīng)晶體管的制備；
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(diào)節(jié)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(fā)工藝的基礎(chǔ)上通過改變樣品的托盤或卡 具，使沉積的金屬蒸氣和掩蔽層表面有一個不等于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(zhì)。
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(zhì)絕緣層；
如圖2-3所示，在柵介質(zhì)絕緣層上旋涂光刻膠，經(jīng)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(fā)法，在柵介質(zhì)絕緣層和光刻膠掩模版 上垂直蒸鍍一層有機半導(dǎo)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(fā)，制備源電極圖形層；
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(fā)，制備漏電極圖形層。
圖3-1至圖3-6是依照本發(fā)明實施例制備有機場效應(yīng)晶體管的工藝 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，利用旋涂法，以4000r/m的速度旋涂一定濃度的聚 酰亞胺前驅(qū)液，再經(jīng)過10(TC-12(TC-25(rC梯度升溫烘烤，形成400nm 厚的聚酰亞胺柵介質(zhì)絕緣層；
如圖3-3所示，旋涂厚度為2(Him的SU-8厚光刻膠，經(jīng)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(fā)，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(fā)，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(fā)，形成金屬(Cr/Au-10nm/50nm)漏電極圖形層，最終完成 有機場效應(yīng)晶體管的制備。
關(guān)于本發(fā)明采用的斜向蒸發(fā)工藝，如圖4所示，圖4是普通電子 束蒸發(fā)與傾斜蒸發(fā)工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)對比示意圖。它們的區(qū)別就在于基片 托架與蒸發(fā)金屬束流間的方向夾角。在普通蒸發(fā)工藝中，基片托架保 持與蒸發(fā)金屬束流方向成90度角。在傾斜蒸發(fā)工藝中，使基片托架發(fā) 生傾斜，保持其與蒸發(fā)金屬束流成非90度角，通過調(diào)節(jié)角度的大小可 以獲得不同位置的蒸發(fā)圖形。
以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果 進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體 實施例而己，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、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍 之內(nèi)。
9
權(quán)利要求
1、一種制備有機場效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于，該方法包括在襯底上采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(zhì)絕緣層；在柵介質(zhì)絕緣層上旋涂光刻膠，經(jīng)過曝光顯影得到光刻膠掩模版圖形；在柵介質(zhì)絕緣層和光刻膠掩模版圖形上垂直蒸鍍形成有機半導(dǎo)體層；采用兩次傾斜蒸鍍，分別形成源、漏電極。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備有機場效應(yīng)晶體管的方法，其特征 在于，所述在襯底上采用光刻和剝離工藝形成分立的金屬柵電極的步 驟中，金屬柵電極采用電子束蒸發(fā)或熱蒸發(fā)技術(shù)沉積在襯底上，金屬 剝離采用丙酮、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(jù)權(quán)利要求1所述的制備有機場效應(yīng)晶體管的方法，其特征 在于，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(jù)權(quán)利要求3所述的制備有機場效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于，所述襯底是Si3N4絕緣襯底。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的制備有機場效應(yīng)晶體管的方法，其特征 在于，所述在襯底和柵電極上形成柵介質(zhì)絕緣層的步驟中，所述柵介 質(zhì)絕緣層通過熱氧化生長法、化學(xué)或物理氣相沉積法獲得，或通過旋 轉(zhuǎn)涂敷、浸沒式涂敷方法獲得。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備有機場效應(yīng)晶體管的方法，其特征 在于，在采用旋轉(zhuǎn)涂敷方法獲得柵介質(zhì)絕緣層時，所述在襯底和柵電 極上形成柵介質(zhì)絕緣層的步驟包括利用旋轉(zhuǎn)涂敷方法，以4000r/m的速度旋涂一定濃度的聚酰亞胺 前驅(qū)液，再經(jīng)過IO(TC至12(TC至25(TC梯度升溫烘烤，形成400nm厚 的聚酰亞胺柵介質(zhì)絕緣層。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的制備有機場效應(yīng)晶體管的方法，其特征 在于，所述在柵介質(zhì)絕緣層上旋涂光刻膠，經(jīng)過曝光顯影得到光刻膠 掩模版圖形的步驟包括在柵介質(zhì)絕緣層上旋涂厚度為大于10nm的SU-8厚光刻膠，經(jīng)曝光、顯影后形成光刻膠掩模版圖形。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的制備有機場效應(yīng)晶體管的方法，其特征 在于，所述在柵介質(zhì)絕緣層和光刻膠掩模版圖形上垂直蒸鍍形成有機半導(dǎo)體層的步驟包括利用普通熱蒸發(fā)，在柵介質(zhì)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(dǎo)體層。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備有機場效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于，所述采用兩次傾斜蒸鍍，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(fā)， 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(fā)，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(jù)權(quán)利要求1所述的制備有機場效應(yīng)晶體管的方法，其特 征在于，所述9角為45度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備有機場效應(yīng)晶體管的方法，該方法包括在襯底上采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(zhì)絕緣層；在柵介質(zhì)絕緣層上旋涂光刻膠，經(jīng)過曝光顯影得到光刻膠掩模版圖形；在柵介質(zhì)絕緣層和光刻膠掩模版圖形上垂直蒸鍍形成有機半導(dǎo)體層；采用兩次傾斜蒸鍍，分別形成源、漏電極。本發(fā)明在制備源、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(yōu)先權(quán)日2007年12月12日
發(fā)明者明 劉, 舸 劉, 商立偉, 甄麗娟 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所