專利名稱：用于有機器件的雙層硬掩模的制作方法
用于有機器件的雙層硬掩模本發(fā)明涉及一種用于制造含有活性有機層的襯底的方法以及含有活性有機層的 相應(yīng)器件。有機器件正變得越來越重要。有機器件通?；诎雽?dǎo)體襯底構(gòu)建，并且可以包含 功能性活性有機層。優(yōu)選地，這些器件通過公知的半導(dǎo)體加工方法諸如標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)進行 加工。在光刻方法中，采用諸如光刻膠、刻蝕劑和溶劑等化學(xué)物質(zhì)處理樣品。在其他方法中， 樣品暴露于諸如CVD或濺射的沉積工藝。此外，常見的技術(shù)是沉積用于隨后光刻工藝的硬 掩模。這些工藝中使用的技術(shù)和物質(zhì)可能損害在先前的加工步驟中沉積在襯底上的有機材 料。為了保護半導(dǎo)體器件中的有機材料，JP 2008 108 652 A描述了一種保護層，用于 防止來自外界的水或氧氣的侵入。該層被布置在有機元件上，所述有機元件形成在襯底上 并且包括第一電極、有機化合物和第二電極。該保護層具有通過等離子體CVD方法形成的 第一保護膜和通過濺射方法在所述第一保護膜上形成的高度粘附的高密度第二保護膜。然 而，在該專利文獻中公開的雙重介電層保護整個有機器件包括電極免受外界的不利影響。 但是，在有機化合物形成在襯底上之后構(gòu)建器件期間，未對有機化合物提供任何保護。US 6，660，645 Bl公開了一種形成半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括在襯底上形成 有機介電層，在所述有機介電層上形成保護層，在所述保護層上形成光刻膠掩模，并且使所 述光刻膠掩模硅烷化。該專利文獻并未提及構(gòu)建硬掩模。本發(fā)明解決的問題在于，提供一種用于制造含有活性有機層的襯底的改進方法， 該方法允許減少由襯底的隨后加工步驟(具體在制備硬掩模期間)所造成的不利影響，并 且提供一種含有活性有機層的相應(yīng)器件。該問題通過一種用于制造含有活性有機層的襯底的方法來解決，該方法包括提 供含有有機材料第一層的襯底；在所述有機材料第一層上沉積第二層；在所述第二層上沉 積第三層，其中，所述第二層在沉積所述第三層期間保護所述有機材料第一層；并且對所述 第二層和所述第三層進行圖案化，以形成硬掩模。根據(jù)本發(fā)明，在有機材料層上沉積雙層結(jié)構(gòu)，其中，該雙層結(jié)構(gòu)的下層形成所述有 機材料層的保護層，以保護有機材料免受在沉積該雙層結(jié)構(gòu)的上層期間所造成的影響。此 外，該保護層可以減少或抑制有機層的材料擴散到周圍層中。優(yōu)選地，該雙層中的上層和下 層都是介電材料層。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，保護性第二層的沉積采用未使用等離子體的沉積工 藝進行。上述沉積工藝?yán)缈梢允钦翦兓螂娀瘜W(xué)沉積工藝。因此，在保護性第二層的沉積 期間，避免了等離子體對有機材料的直接沖擊。此外，保護性第二層保護有機材料免受沉積 其他材料層所使用的潛在有害等離子體。根據(jù)另一實施方式，第三層的沉積采用等離子體沉積工藝進行。因為有機材料層 被上述保護層保護，所以第三層的沉積可以通過等離子體沉積工藝進行，從而允許沉積適 于用作硬掩模的材料。等離子體沉積工藝諸如濺射或PECVD對于沉積半導(dǎo)體硬掩模材料諸 如Si3N4或氧氮化物(例如SiOxNy)具有良好的特性。
根據(jù)另一實施方式，所述方法包括利用圖案化的第二層和第三層作為掩模沉積 所述有機材料第一層的電極。相應(yīng)地，第二層和第三層形成雙層硬掩模，其中，第二層在第 三層的沉積期間保護有機材料。第三層接著在掩模的圖案化期間保護有機層免受諸如刻蝕 劑和溶劑的物質(zhì)和光刻膠材料的不利影響。根據(jù)另一實施方式，第二層和第三層的圖案化包括刻蝕第二層和第三層，其中，所 述第二層和所述第三層具有不同的刻蝕速率。例如，該雙層中的第三層具有比該雙層中的 第二層更高的刻蝕速率，從而下層可以作為刻蝕停止層。此外，優(yōu)選的是，第二層的刻蝕速 率高于包含有機材料的第一層(第二層被提供在該有機材料第一層上)的刻蝕速率，結(jié)果 刻蝕可以在第一層處終止。因為兩種材料都用于硬掩模，所以可以增加材料組合的可能性， 因而可以增大調(diào)節(jié)硬掩?？涛g特性的可能性。適當(dāng)?shù)目涛g方法包括化學(xué)濕法刻蝕以及等離 子體刻蝕方法。根據(jù)另一實施方式，所述方法還包括在所述襯底和所述第一層有機材料之間沉 積介電層。介電層可以起到掩模的作用，并且可被圖案化成包含空隙，其中，有機層的底部 電極可以提供在該空隙中。此外，介電層可以防止第一有機層的材料擴散到周圍材料層中， 尤其防止擴散到有機層下方的各層中。根據(jù)另一實施方式，所述方法包括利用經(jīng)圖案化的介電層作為掩模使介電層圖 案化并且形成所述有機材料第一層的電極。根據(jù)本發(fā)明，提供了 一種含有活性有機層的有機器件。該器件包括襯底、在所述襯 底上形成的有機材料第一層、在所述有機材料第一層上沉積的保護性第二層以及在所述第 二層上沉積的第三層，其中，有機材料的第二層和第三層被圖案化成用于器件進一步加工 的硬掩模。沉積在有機材料層上的保護性第二層減少或防止器件的進一步加工步驟(包括 沉積其他層、具體包括涉及等離子體沉積工藝諸如濺射或PECVD等的沉積)對有機第一層 造成的損害。另外，可以防止有機層的物質(zhì)擴散到相鄰材料層中。由于提供了保護性第二 層，所以可以使用對有機材料層潛在具有更強侵略性的技術(shù)沉積第三層，而這回過頭來允 許沉積非常適于作為硬掩模材料的材料。另外，第三層可以使有機材料惰化，從而抵抗在光刻工藝期間使用的化學(xué)品的擴散。根據(jù)一個實施方式中，沉積在有機材料層上的第二層由未使用等離子體的沉積工 藝沉積的材料構(gòu)成。這種工藝可以例如為蒸鍍工藝、電化學(xué)沉積工藝、或涂布工藝。因此， 可以防止?jié)撛诓焕某练e方法(諸如等離子體沉積技術(shù))對有機材料層的不利影響。根據(jù)另一實施方式，第二層的材料是介電材料，諸如SiO和SiO2,以及其他氧化物 (例如Gd2O3 J203、Al203、BaSrTi03、BaTi03)或氟化物(CaF2、LiF)，但并不局限于此。這些材 料可以例如通過對有機材料不太有害的蒸鍍工藝沉積。根據(jù)另一實施方式，沉積在有機材料上的第三層由可以采用等離子體沉積工藝沉 積的材料構(gòu)成。等離子體沉積工藝諸如濺射工藝或PECVD允許沉積適于用于隨后光刻加工 的硬掩模的材料。根據(jù)另一實施方式，第三層的材料是介電材料，諸如氧氮化硅，具體為Si3N4。根據(jù)另一實施方式，第二層的材料和第三層的材料具有不同的刻蝕速率。另外，
4它們可以對不同的刻蝕劑敏感。由于不同的刻蝕速率和刻蝕劑，所以雙層掩模層中的一層 (優(yōu)選直接設(shè)置在有機材料層上的那層)可以起到刻蝕停止層的作用。此外，第二層和第三 層的之一或二者可以具有與有機層不同的刻蝕速率和刻蝕劑。然而，可以選擇性刻蝕第二 層，而在有機層上終止刻蝕。根據(jù)另一實施方式，所述器件包括介于所述襯底和所述有機材料第一層之間的介 電層，其中，介電層被圖案化成掩模。這個掩?？杀挥糜诨钚杂袡C層上的底部電極的沉積。 另外，該介電層可以起到擴散阻擋層(diffusion barrier)的作用，以防活性有機層的材料 擴散到周圍層中。根據(jù)一個實施方式，襯底包括半導(dǎo)體疊層，該疊層通常包含多層應(yīng)變的或未應(yīng)變 的半導(dǎo)體層、介電材料層或金屬材料層或其組合，它們可以起到晶體管、二極管、電容器的 作用或者它們可以具有任意其他電子功能。根據(jù)另一實施方式，活性有機層可以是有機半導(dǎo)體、半導(dǎo)體p-n結(jié)、電阻開關(guān)材料 或?qū)щ娋酆衔镏械囊环N，或者可以是其組合，并且具有相應(yīng)地功能性?；钚杂袡C層也可以包
含右干層。根據(jù)另一實施方式，活性有機層由分子層或金屬-絕緣體-金屬(MIM)結(jié)組成，并 且形成顯示電阻開關(guān)特性的電阻開關(guān)(resistiveswitch)。電阻開關(guān)可以通過金屬-聚合 物-金屬體系形成，其中聚合物含有半導(dǎo)體特性。此外，該材料可以顯示所謂的“燈絲開關(guān) 效應(yīng)，，(filamentswitch effect)。根據(jù)另一實施方式，用在MIM體系中的有機半導(dǎo)體材料可以是包括如下的組中的 聚合物聚(乙炔)、聚(吡咯)、聚(3-烷基噻吩)、聚苯胺、聚噻吩、聚(對苯硫醚)和聚(對 苯乙烯)(PPV)、聚吲哚、聚芘、聚咔唑、聚奧(polyazulene)、聚氮雜卓、聚(芴)和聚萘，但 并不局限于此。P型有機半導(dǎo)體例如是如下分子并五苯、并四苯并[2，3-b]噻吩、TIPS-并 五苯、α -聯(lián)六噻吩(a -sexithiophene)、低聚噻吩-芴衍生物、雙(亞乙基二硫代)四硫富 瓦烯(BEDT-TTF)、雙(4，5_ 二氫萘[l，2_d])四硫富瓦烯、酞菁銅(II)、八乙基卟啉合鉬，其 中僅記載了一些但并不局限于此。N-型有機半導(dǎo)體是如下分子富勒烯-C60、富勒烯-C70、 富勒烯-C84、十六氟酞菁銅、內(nèi)-四(五氟苯基)卟啉合Pd(II)、l，4，5，8-萘四羧二酸酐、 茈-3，4，9，10-四羧二酸酐、N, N，- 二苯基-3，4，9，10-茈二甲酰亞胺、N, N，- 二辛基一3， 4,9,10-茈二甲酰亞胺(PTCDI-C8)、N，N，_ 二苯基—3,4,9,10-茈二甲酰亞胺(PTCDI-Ph)、 7,7,8,8-四氰醌二甲烷(TCNQ)、2，3，5，6-四氟-7，7，8，8-四氰醌二甲烷(F4TCNQ)，但并不 局限于此。根據(jù)另一實施方式，另一組適當(dāng)?shù)木酆衔锇ɡ缇?3-己基噻吩)(P3HT)、聚苯 胺、聚(苯乙烯)_分散紅I(PPV-DRl)、聚硅氧烷咔唑(PSX-Cz)、聚吡咯、聚(鄰氨基苯甲 酸)(PARA)和聚(苯胺-共-鄰氨基苯甲酸)(PANI-PARA)。聚合物通過至少一種具有高離 子遷移性的金屬(如Cu、Au、Ag等)接觸。上述聚合物的結(jié)構(gòu)式如下所示
權(quán)利要求
1.一種用于制造含有活性有機層的襯底的方法，所述方法包括 提供含有有機材料第一層(3)的襯底(1)；在所述有機材料第一層( 上沉積第二層(4)；在所述第二層(4)上沉積第三層(5)，其中，所述第二層(4)在所述第三層沉積期間保 護所述有機材料第一層(3)；以及使所述第二層(4)和所述第三層(5)圖案化，從而形成硬掩模。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中，采用未使用等離子體的沉積工藝進行所述第二層(4)的 沉積。
3.如權(quán)利要求1或2的方法，其中，采用等離子體沉積工藝進行所述第三層(5)的沉積。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項的方法，包括利用圖案化的第二層(4)和所述第三層 (5)作為掩模沉積所述有機材料第一層的電極。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中，使所述第二層(4)和所述第三層(5)圖案化包括刻蝕所 述第二層(4)和所述第三層(5)，其中，所述第二層(4)和所述第三層( 具有不同的刻蝕速率。
6.如權(quán)利要求1至5中任意一項的方法，進一步包括在所述襯底和所述有機材料第一 層⑶之間沉積介電層O)。
7.如權(quán)利要求6的方法，包括使所述介電層O)圖案化并且利用所述圖案化的介電層 (2)作為掩模形成所述有機材料第一層(3)的電極。
8.一種含有活性有機層的器件，所述器件包括 襯底(1)形成在所述襯底(1)上的有機材料第一層(3)； 沉積在所述有機材料第一層( 上的保護性第二層；沉積在所述第二層(4)上的第三層(5)，其中，所述第二層(4)和所述第三層( 被圖 案化成用于進一步加工所述器件的掩模。
9.如權(quán)利要求8的器件，其中，沉積在所述有機材料第一層C3)上的所述第二層(4)由 采用未使用等離子體的沉積工藝沉積的材料構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求8或9的器件，其中，所述第二層(4)的材料是SiO和SiO2之一的介電 材料。
11.如權(quán)利要求8至10中任意一項的器件，其中，沉積在所述有機材料上的所述第三層 (5)由采用等離子體沉積工藝沉積的材料構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求8至11中任意一項的器件，其中，所述第三層( 的材料是氧氮化硅和 Si3N4之一的介電材料。
13.如權(quán)利要求8至12中任意一項的器件，其中，所述第二層(4)的材料和所述第三層 (5)的材料具有不同的刻蝕速率或者對不同刻蝕劑敏感。
14.如權(quán)利要求8至13中任意一項的器件，包括介于所述襯底(1)和所述有機材料第 一層⑶之間的介電層O)，該介電層⑵被圖案化成掩模。
15.如權(quán)利要求8至14中任意一項的器件，包括沉積在所述第三層( 頂部的金屬層、 介電層和半導(dǎo)體層(6)中的一個或多個或其組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于有機器件的雙層硬掩模，更具體地涉及一種用于制造含有活性有機層的襯底的方法，所述方法包括提供含有有機材料第一層的襯底；在所述有機材料第一層上沉積第二層；在所述第二層上沉積第三層，其中，所述第二層在所述第三層沉積期間保護所述有機材料第一層；并且使所述第二層和所述第三層圖案化，從而形成硬掩模。
文檔編號H01L51/56GK102110785SQ201010546549
公開日2011年6月29日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月12日
發(fā)明者加布里埃爾·內(nèi)爾斯, 瑞內(nèi)·懷茲, 西爾維亞·羅塞利 申請人:索尼公司