CN101459222A - 一种制备有机场效应晶体管的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备有机场效应晶体管的方法，该方法包括：在衬底上采用光刻和剥离工艺形成分立的金属栅电极；在衬底和栅电极上形成栅介质绝缘层；在栅介质绝缘层上旋涂光刻胶，经过曝光显影得到光刻胶掩模版图形；在栅介质绝缘层和光刻胶掩模版图形上垂直蒸镀形成有机半导体层；采用两次倾斜蒸镀，分别形成源、漏电极。本发明在制备源、漏电极时巧妙利用斜蒸，简化了工艺步骤的同时也避免了对有机层的损伤。
Description
技术领域
本发明涉及有机半导体器件及微细加工技术领域，尤其涉及一种简化的制备有机场效应晶体管的方法。
背景技术
近年来，OFET在柔性有源矩阵显示和柔性集成电路等方面显示出巨大的应用潜力。OFET的结构主要有两种：顶接触式和底接触式。其中底接触式OFET的源、漏电极的制备在沉积有机半导体层之前，因此可以利用光刻和剥离的方法而不会对有机层产生任何影响。由于这种工艺上的优势使得底接触式结构获得广泛的应用。
然而理论分析表明顶接触式OFET在性能上优于底接触式，但是顶接触式OFET制备存在较大的困难。因为它是先沉积有机层，然后在其上形成源、漏电极图形。这时由于有机层材料极易受到光刻胶、显影液、用于剥离的丙酮溶液等的破坏，则不能直接使用传统光刻剥离的方法制备电极。
为了克服这一缺点，目前常使用掩模漏版(shadow mask)的方法制备顶电极，但制作掩模漏版的成本很高，而且使用掩模漏版法制备精度也不高。因此，开发一种简化的低成本的制备顶接触式OFET的方法就显得尤为重要。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对上述现有技术存在的不足，本发明的主要目的在于提供一种简化的制备有机场效应晶体管的方法，以简化制作工艺，降低工艺成本，并与传统的硅工艺兼容，避免对有源层的损伤。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种制备有机场效应晶体管的方法，该方法包括：
在衬底上采用光刻和剥离工艺形成分立的金属栅电极；
在衬底和栅电极上形成栅介质绝缘层；
在栅介质绝缘层上旋涂光刻胶，经过曝光显影得到光刻胶掩模版图形；
在栅介质绝缘层和光刻胶掩模版图形上垂直蒸镀形成有机半导体层；
采用两次倾斜蒸镀，分别形成源、漏电极。
上述方案中，所述在衬底上采用光刻和剥离工艺形成分立的金属栅电极的步骤中，金属栅电极采用电子束蒸发或热蒸发技术沉积在衬底上，金属剥离采用丙酮、乙醇、去离子水液体超声方法，金属栅电极为Cr/Au栅电极，其中Cr的厚度为10nm，Au的厚度为50nm。
上述方案中，所述衬底是能够起到支撑作用的绝缘材料衬底，是无机材料衬底或有机材料衬底。
上述方案中，所述衬底是Si3N4绝缘衬底。
上述方案中，所述在衬底和栅电极上形成栅介质绝缘层的步骤中，所述栅介质绝缘层通过热氧化生长法、化学或物理气相沉积法获得，或通过旋转涂敷、浸没式涂敷方法获得。
上述方案中，在采用旋转涂敷方法获得栅介质绝缘层时，所述在衬底和栅电极上形成栅介质绝缘层的步骤包括：利用旋转涂敷方法，以4000r/m的速度旋涂一定浓度的聚酰亚胺前驱液，再经过100℃至120℃至250℃梯度升温烘烤，形成400nm厚的聚酰亚胺栅介质绝缘层。
上述方案中，所述在栅介质绝缘层上旋涂光刻胶，经过曝光显影得到光刻胶掩模版图形的步骤包括：在栅介质绝缘层上旋涂厚度为大于10μm的SU-8厚光刻胶，经曝光、显影后形成光刻胶掩模版图形。
上述方案中，所述在栅介质绝缘层和光刻胶掩模版图形上垂直蒸镀形成有机半导体层的步骤包括：利用普通热蒸发，在栅介质绝缘层和光刻胶掩模版图形上垂直蒸镀一层50nm厚的酞菁铜作为有机半导体层。
上述方案中，所述采用两次倾斜蒸镀，分别形成源、漏电极的步骤包括：保持衬底与金属蒸气束流呈θ角，进行第一次电子束斜向蒸发，形成金属Cr/Au源电极；其中Cr的厚度为10nm，Au的厚度为50nm；保持衬底与金属蒸气束流呈-θ角，进行第二次电子束斜向蒸发，形成金属Cr/Au漏电极；其中Cr的厚度为10nm，Au的厚度为50nm。
上述方案中，所述θ角为45度。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、利用本发明提供的有机场效应晶体管的制备方法，可以只用一次光刻和三次蒸发就可以达到形成有源层图形，源、漏顶电极图形的目的，同时又不会对有机层材料造成任何损伤，提高了有机材料与微电子工艺结合来制备器件的可靠性。
2、本发明提供的这种制备有机场效应晶体管的方法，简化了有机场效应晶体管的制备，降低了工艺成本，与传统的硅工艺完全兼容，有利于器件制备的应用。
附图说明
图1是本发明提供的制备有机场效应晶体管的方法流程图；
图2-1至图2-6是图1的工艺流程图；其中，1为绝缘衬底，2为栅电极，3为栅介质绝缘层，4为厚光刻胶，5或6为有机半导体层，7或8为源电极，9或10为漏电极；
图3-1至图3-6是依照本发明实施例制备有机场效应晶体管的工艺流程图；1为Si3N4绝缘衬底，2为Cr/Au栅电极，3为聚酰亚胺栅介质绝缘层，4为SU-8厚光刻胶，5或6为酞菁铜有机半导，7或8为Cr/Au源电极，9或10为Cr/Au漏电极；
图4是普通电子束蒸发与倾斜蒸发工艺设备结构对比示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的这种制备有机场效应晶体管的方法，在制备过程中巧妙利用倾斜蒸镀，只使用了一次光刻就达到了有源层和源、漏电极图形化的目的，同时也避免了对有源层的损伤，简化了有机场效应晶体管的制备，降低了工艺成本，与传统的硅工艺完全兼容，有利于器件制备的应用。
如图1所示，图1是本发明提供的制备有机场效应晶体管的方法流程图，该方法包括以下步骤：
步骤101：在衬底上采用光刻和剥离工艺形成分立的金属栅电极；
在本步骤中，金属栅电极采用电子束蒸发或热蒸发技术沉积在衬底上，金属剥离采用丙酮、乙醇、去离子水液体超声方法，金属栅电极为Cr/Au栅电极，其中Cr的厚度为10nm，Au的厚度为50nm；所述衬底是能够起到支撑作用的绝缘材料，可以是无机材料衬底也可以是有机材料衬底。这里采用绝缘衬底是为了减小衬底漏电，一般选用Si3N4绝缘衬底。这里采用分立的独立栅电极是为了防止同一电路中各个器件间的串绕，方便器件的集成。
步骤102：在衬底和栅电极上形成栅介质绝缘层；
在本步骤中，所述栅介质绝缘层通过热氧化生长法、化学或物理气相沉积法获得，或通过旋转涂敷、浸没式涂敷方法获得。
步骤103：在栅介质绝缘层上旋涂光刻胶，经过曝光显影得到光刻胶掩模版图形；
在本步骤中，所使用的光刻胶要求是厚胶，要求大于10μm(例如，SU-8光刻胶)，厚度可通过调节胶的浓度和旋涂的速度来进行控制。
步骤104：在栅介质绝缘层和光刻胶掩模版图形上垂直蒸镀形成有机半导体层；
步骤105：采用两次倾斜蒸镀，分别形成源、漏电极，完成底栅-顶接触式有机场效应晶体管的制备；
在本步骤中，所述源漏电极是以光刻胶掩膜版为遮蔽，利用倾斜蒸镀的方法获得的。源漏电极图形及沟道长度可通过调节光刻胶掩模版图形、蒸镀束流与基底的倾斜角度以及光刻胶的厚度来进行控制。所述的斜蒸工艺是在普通蒸发工艺的基础上通过改变样品的托盘或卡具，使沉积的金属蒸气和掩蔽层表面有一个不等于90°的夹角得来的，主要功能是可以在悬空的胶掩蔽层下面沉积金属物质。
图2-1至图2-6是图1的工艺流程图，具体包括以下步骤：
如图2-1所示，在衬底上利用光刻和剥离工艺形成分立的栅电极图形；
如图2-2所示，在衬底和栅电极上形成栅介质绝缘层；
如图2-3所示，在栅介质绝缘层上旋涂光刻胶，经过曝光、显影获得光刻胶掩模版图形；
如图2-4所示，利用热蒸发法，在栅介质绝缘层和光刻胶掩模版上垂直蒸镀一层有机半导体材料形成有源层；
如图2-5所示，保持衬底和金属蒸气束流呈θ角度，进行第一次电子束斜向蒸发，制备源电极图形层；
如图2-6所示，保持衬底和金属蒸气束流呈-θ角度，进行第二次电子束斜向蒸发，制备漏电极图形层。
图3-1至图3-6是依照本发明实施例制备有机场效应晶体管的工艺流程图，具体包括以下步骤：
如图3-1所示，利用光刻和剥离工艺，在清洗好的Si3N4绝缘衬底上形成金属(Cr/Au-10nm/50nm)栅电极图形；
如图3-2所示，利用旋涂法，以4000r/m的速度旋涂一定浓度的聚酰亚胺前驱液，再经过100℃-120℃-250℃梯度升温烘烤，形成400nm厚的聚酰亚胺栅介质绝缘层；
如图3-3所示，旋涂厚度为20μm的SU-8厚光刻胶，经曝光、显影后形成光刻胶掩模版图形；
如图3-4所示，利用普通热蒸发，垂直蒸镀一层50nm厚的酞菁铜作为有源层；
如图3-5所示，保持衬底与金属蒸气束流呈45°角，进行第一次电子束斜向蒸发，形成金属(Cr/Au-10nm/50nm)源电极图形层；
如图3-6所示，保持衬底与金属蒸气束流呈-45°角，进行第二次电子束斜向蒸发，形成金属(Cr/Au-10nm/50nm)漏电极图形层，最终完成有机场效应晶体管的制备。
关于本发明采用的斜向蒸发工艺，如图4所示，图4是普通电子束蒸发与倾斜蒸发工艺设备结构对比示意图。它们的区别就在于基片托架与蒸发金属束流间的方向夹角。在普通蒸发工艺中，基片托架保持与蒸发金属束流方向成90度角。在倾斜蒸发工艺中，使基片托架发生倾斜，保持其与蒸发金属束流成非90度角，通过调节角度的大小可以获得不同位置的蒸发图形。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1、一种制备有机场效应晶体管的方法，其特征在于，该方法包括：
在衬底上采用光刻和剥离工艺形成分立的金属栅电极；
在衬底和栅电极上形成栅介质绝缘层；
在栅介质绝缘层上旋涂光刻胶，经过曝光显影得到光刻胶掩模版图形；
在栅介质绝缘层和光刻胶掩模版图形上垂直蒸镀形成有机半导体层；
采用两次倾斜蒸镀，分别形成源、漏电极。
2、根据权利要求1所述的制备有机场效应晶体管的方法，其特征在于，所述在衬底上采用光刻和剥离工艺形成分立的金属栅电极的步骤中，金属栅电极采用电子束蒸发或热蒸发技术沉积在衬底上，金属剥离采用丙酮、乙醇、去离子水液体超声方法，金属栅电极为Cr/Au栅电极，其中Cr的厚度为10nm，Au的厚度为50nm。
3、根据权利要求1所述的制备有机场效应晶体管的方法，其特征在于，所述衬底是能够起到支撑作用的绝缘材料衬底，是无机材料衬底或有机材料衬底。
4、根据权利要求3所述的制备有机场效应晶体管的方法，其特征在于，所述衬底是Si3N4绝缘衬底。
5、根据权利要求1所述的制备有机场效应晶体管的方法，其特征在于，所述在衬底和栅电极上形成栅介质绝缘层的步骤中，所述栅介质绝缘层通过热氧化生长法、化学或物理气相沉积法获得，或通过旋转涂敷、浸没式涂敷方法获得。
6、根据权利要求5所述的制备有机场效应晶体管的方法，其特征在于，在采用旋转涂敷方法获得栅介质绝缘层时，所述在衬底和栅电极上形成栅介质绝缘层的步骤包括：
利用旋转涂敷方法，以4000r/m的速度旋涂一定浓度的聚酰亚胺前驱液，再经过100℃至120℃至250℃梯度升温烘烤，形成400nm厚的聚酰亚胺栅介质绝缘层。
7、根据权利要求1所述的制备有机场效应晶体管的方法，其特征在于，所述在栅介质绝缘层上旋涂光刻胶，经过曝光显影得到光刻胶掩模版图形的步骤包括：
在栅介质绝缘层上旋涂厚度为大于10μm的SU-8厚光刻胶，经曝光、显影后形成光刻胶掩模版图形。
8、根据权利要求1所述的制备有机场效应晶体管的方法，其特征在于，所述在栅介质绝缘层和光刻胶掩模版图形上垂直蒸镀形成有机半导体层的步骤包括：
利用普通热蒸发，在栅介质绝缘层和光刻胶掩模版图形上垂直蒸镀一层50nm厚的酞菁铜作为有机半导体层。
9、根据权利要求1所述的制备有机场效应晶体管的方法，其特征在于，所述采用两次倾斜蒸镀，分别形成源、漏电极的步骤包括：
保持衬底与金属蒸气束流呈θ角，进行第一次电子束斜向蒸发，形成金属Cr/Au源电极；其中Cr的厚度为10nm，Au的厚度为50nm；
保持衬底与金属蒸气束流呈-θ角，进行第二次电子束斜向蒸发，形成金属Cr/Au漏电极；其中Cr的厚度为10nm，Au的厚度为50nm。
10、根据权利要求1所述的制备有机场效应晶体管的方法，其特征在于，所述θ角为45度。
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