CN101459223B - 一种制备交叉线阵列结构有机分子器件的方法 - Google Patents

一种制备交叉线阵列结构有机分子器件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备交叉线阵列结构有机分子器件的方法，包括：在基片上淀积绝缘层薄膜；在所述绝缘层薄膜上沉积金属下电极层；在所述金属下电极层上制备双稳态有机分子薄膜层；在所述有机分子薄膜层上沉积金属保护层；在所述金属保护层上旋涂抗蚀剂，光刻得到下电极的胶图形层；采用所述胶图形层掩蔽刻蚀金属保护层、有机分子薄膜层和金属下电极层；去除光刻胶层；采用镂空掩膜版制备金属上电极层。利用本发明，由于事先刻蚀了保护层，避免了刻蚀保护层时等离子体对上电极的损伤；采用水溶性光刻胶，避免了通常去除光刻胶过程中有机溶剂对有机高分子材料的损伤；并减少了工艺步骤，提高了加工效率，解决了该有机材料与微电子工艺的兼容性问题。

Description

一种制备交叉线阵列结构有机分子器件的方法
技术领域
本发明涉及微电子学与分子电子学中的微细加工技术领域，尤其涉及一种制备交叉线阵列结构有机分子器件的方法。
背景技术
随着大规模集成电路的特征尺寸进入到纳米级，传统的硅基集成电路技术面临挑战，新材料及新结构的研究成为热点，纳电子学分支之一的分子电子器件正在蓬勃发展。
FET和交叉线是目前主要的分子电子器件的结构，而交叉线结构有利于集成受到广泛关注。
目前的交叉线结构的制作流程一般为首先制备下电极，然后生长有机材料，最后完成上电极的制备。其中在上电极的制备过程中会引入污染以及对该有机材料造成损伤，其加工难度较大，并且不利于器件性能的提高。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种简便、高效、低成本的交叉线阵列结构有机分子器件的制备方法，以解决已有制备方法中存在的对有机高分子材料的损伤问题。
(二)技术方案
为达到上述另一个目的，本发明提供了一种制备交叉线阵列结构有机分子器件的方法，该方法包括：
在基片上淀积绝缘层薄膜；
在所述绝缘层薄膜上沉积金属下电极层；
在所述金属下电极层上制备双稳态有机分子薄膜层；
在所述有机分子薄膜层上沉积金属保护层；
在所述金属保护层上旋涂抗蚀剂，光刻得到下电极的胶图形层；
采用所述胶图形层掩蔽刻蚀金属保护层、有机分子薄膜层和金属下电极层；
去除光刻胶层；
采用镂空掩膜版制备金属上电极层。
上述方案中，所述在基片上淀积绝缘层薄膜的步骤包括：在基片上采用低压化学气相淀积的方法获得氮化硅薄膜，或者在基片上采用热氧化生长得到二氧化硅薄膜。
上述方案中，所述在绝缘层薄膜上沉积金属下电极层的步骤包括：在绝缘层薄膜上采用蒸发或溅射方法沉积金属下电极层，所述金属下电极层中的金属为金、铝或铜。
上述方案中，所述在金属下电极层上制备双稳态有机分子薄膜层的步骤包括：在金属下电极层上采用的液相方法生长得到双稳态有机分子薄膜层，所述双稳态有机分子薄膜层中的有机分子材料为具有非对称性结构的双稳态分子材料。
上述方案中，所述在有机分子薄膜层上沉积金属保护层的步骤包括：在有机分子薄膜层上采用蒸发或溅射方法沉积金属保护层，所述金属保护层中的保护层金属为惰性金属钛或钨。
上述方案中，所述在金属保护层上旋涂抗蚀剂，光刻得到下电极的胶图形层的步骤中，下电极图形是通过在金属薄膜保护层表面上旋涂抗蚀剂，并光刻显影获得的；所述光刻包括光学光刻或电子束光刻，所述用来制备下电极图形的光刻胶为水溶性光刻胶。
上述方案中，所述采用胶图形层掩蔽刻蚀金属保护层、有机分子薄膜层和金属下电极层的步骤中，刻蚀是采用反应离子刻蚀或感应耦合离子刻蚀进行的。
上述方案中，所述采用镂空掩膜版制备金属上电极层的步骤中，所述金属上电极层的图形通过镂空掩膜版来定义，所述金属上电极采用蒸发或溅射方法制备，所述上电极金属为金、铝或铜。
(三)有益效果
1、本发明提供的这种制备交叉线阵列结构有机分子器件的方法，采用了惰性金属作为保护层，再通过光刻、刻蚀的方法来定义图形，避免光刻、显影、剥离等工艺对有机材料造成的损伤，解决了该有机材料与微电子工艺的兼容性问题；
2、本发明提供的这种制备交叉线阵列结构有机分子器件的方法，有机高分子薄膜生长在光滑的金属电极层上，避免了图形化金属层的起伏对有机层生长的影响；
3、本发明提供的这种制备交叉线阵列结构有机分子器件的方法，上电极通过镂空的掩膜来定义，工艺简单，成本低廉。
4、本发明提供的这种制备交叉线阵列结构有机分子器件的方法，由于事先刻蚀了保护层，避免了刻蚀保护层时等离子体对上电极的损伤。
5、本发明提供的这种制备交叉线阵列结构有机分子器件的方法，只采用了一次光刻和一次刻蚀来图形化三层材料，减少了工艺步骤，提高加工效率。
6，本发明提供的这种制备交叉线阵列结构有机分子器件的方法，采用水溶性光刻胶，避免了通常去除光刻胶过程中有机溶剂对有机高分子材料的损伤。
附图说明
图1是本发明提供的制备交叉线阵列结构有机分子器件的方法流程图；
图2-1至图2-9是图1所示的工艺流程图；
图3-1至图3-9是依照本发明实施例制备交叉线阵列结构有机分子器件的工艺流程图。
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。
如图1所示，图1是本发明提供的制备交叉线阵列结构有机分子器件的方法流程图，该方法包括：
步骤101：在基片上淀积绝缘层薄膜；
在本步骤中，在基片上采用低压化学气相淀积的方法获得氮化硅薄膜，或者在基片上采用热氧化生长得到二氧化硅薄膜。
步骤102：在所述绝缘层薄膜上沉积金属下电极层；
在本步骤中，在绝缘层薄膜上采用蒸发或溅射方法沉积金属下电极层，所述金属下电极层中的金属为金、铝或铜等高电导率金属材料。
步骤103：在所述金属下电极层上制备双稳态有机分子薄膜层；
在本步骤中，在金属下电极层上采用的液相方法生长得到双稳态有机分子薄膜层，所述双稳态有机分子薄膜层中的有机分子材料为具有非对称性结构的双稳态分子材料。
步骤104：在所述有机分子薄膜层上沉积金属保护层；
在本步骤中，在有机分子薄膜层上采用蒸发或溅射方法沉积金属保护层，所述金属保护层中的保护层金属为钛、钨等惰性金属材料。
步骤105：在所述金属保护层上旋涂抗蚀剂，光刻得到下电极的胶图形层；
在本步骤中，下电极图形是通过在金属薄膜保护层表面上旋涂抗蚀剂，并光刻显影获得的；所述光刻包括光学光刻或电子束光刻，所述用来制备下电极图形的光刻胶为水溶性光刻胶。
步骤106：采用所述胶图形层掩蔽刻蚀金属保护层、有机分子薄膜层和金属下电极层；
在本步骤中，刻蚀是采用反应离子刻蚀(RIE)或感应耦合离子刻蚀(ICP)进行的。
步骤107：去除光刻胶层；
步骤108：采用镂空掩膜版制备金属上电极层，完成器件的制备；
在本步骤中，所述金属上电极层的图形通过镂空掩膜版来定义，所述金属上电极采用蒸发或溅射方法制备，所述上电极金属为金、铝或铜等高电导率金属材料。
图2-1至图2-9是图1所示的工艺流程图，具体包括：
如图2-1所示，在基片101表面上淀积绝缘层薄膜102，绝缘层薄膜102采用低压化学气相淀积的方法或热氧化生长方法得到。
如图2-2所示，在绝缘层薄膜102表面上沉积金属下电极层薄膜103，金属层103采用蒸发或溅射方法得到的。
如图2-3所示，在金属下电极层薄膜103上制备双稳态有机分子薄膜层104，有机分子薄膜104采用的液相方法生长得到的。
如图2-4所示，在有机分子薄膜层104上沉积金属保护层105，金属层105采用蒸发或溅射方法得到的。
如图2-5所示，在金属保护层105上旋涂抗蚀剂，光刻得到下电极的胶图形层106，该图形层采用光学光刻或电子束光刻得到。
如图2-6所示，采用胶图形层106掩蔽刻蚀金属保护层105、有机分子层104和下电极金属层103，把图形转移到上述三层薄膜中。
如图2-7所示，去除光刻胶层106。
如图2-8所示，采用镂空掩膜版制备上电极层107，完成器件制备。
图2-9为最终器件的俯视图。
图3-1至图3-9是依照本发明实施例制备交叉线阵列结构有机分子器件的工艺流程图，具体包括：
如图3-1所示，在基片201表面上淀积氮化硅薄膜202，氮化硅薄膜202采用低压化学气相淀积的方法获得。
如图3-2所示，在氮化硅薄膜202表面上沉积铬(Cr)/金(Au)下电极层薄膜203，金属电极层203采用蒸发或溅射方法得到的。
如图3-3所示，在金属下电极层薄膜203上制备双稳态有机分子Rotaxane薄膜层204，有机分子薄膜204采用的L-B膜液相方法生长得到的。
如图3-4所示，在有机分子薄膜层204上沉积钛(Ti)金属保护层205，金属层205采用蒸发或溅射方法得到的。
如图3-5所示，在钛金属保护层205上旋涂光学抗蚀剂zep5214，通过光学光刻得到下电极的胶图形层206。
如图3-6所示，采用胶图形层206掩蔽刻蚀钛金属保护层205、有机分子层204和下电极金属层203，把图形转移到上述三层薄膜中。
如图3-7所示，去除光刻胶层206。
如图3-8所示，采用镂空掩膜版制备上电极金属层207，金属层207为铬(Cr)/金(Au)双金属层，完成器件制备。
图3-9为最终器件的俯视图。
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 (8)

1.一种制备交叉线阵列结构有机分子器件的方法，其特征在于，该方法包括：
在基片上淀积绝缘层薄膜；
在所述绝缘层薄膜上沉积金属下电极层；
在所述金属下电极层上制备双稳态有机分子薄膜层；
在所述有机分子薄膜层上沉积金属保护层；
在所述金属保护层上旋涂光刻胶，光刻得到下电极的胶图形层，该胶图形层为水溶性光刻胶图形层；
采用所述胶图形层掩蔽刻蚀金属保护层、有机分子薄膜层和金属下电极层；
去除胶图形层；
采用镂空掩膜版制备金属上电极层。
2.根据权利要求1所述的制备交叉线阵列结构有机分子器件的方法，其特征在于，所述在基片上淀积绝缘层薄膜的步骤包括：
在基片上采用低压化学气相淀积的方法获得氮化硅薄膜，或者
在基片上采用热氧化生长得到二氧化硅薄膜。
3.根据权利要求1所述的制备交叉线阵列结构有机分子器件的方法，其特征在于，所述在绝缘层薄膜上沉积金属下电极层的步骤包括：
在绝缘层薄膜上采用蒸发或溅射方法沉积金属下电极层，所述金属下电极层中的金属为金、铝或铜。
4.根据权利要求1所述的制备交叉线阵列结构有机分子器件的方法，其特征在于，所述在金属下电极层上制备双稳态有机分子薄膜层的步骤包括：
在金属下电极层上采用的液相方法生长得到双稳态有机分子薄膜层，所述双稳态有机分子薄膜层中的有机分子材料为具有非对称性结构的双稳态分子材料。
5.根据权利要求1所述的制备交叉线阵列结构有机分子器件的方法，其特征在于，所述在有机分子薄膜层上沉积金属保护层的步骤包括：
在有机分子薄膜层上采用蒸发或溅射方法沉积金属保护层，所述金属保护层中的保护层金属为惰性金属钛或钨。
6.根据权利要求1所述的制备交叉线阵列结构有机分子器件的方法，其特征在于，所述在金属保护层上旋涂光刻胶，光刻得到下电极的胶图形层的步骤中，下电极图形是通过在金属保护层表面上旋涂光刻胶，并光刻显影获得的；所述光刻包括光学光刻或电子束光刻，所述用来制备下电极图形的光刻胶为水溶性光刻胶。
7.根据权利要求1所述的制备交叉线阵列结构有机分子器件的方法，其特征在于，所述采用胶图形层掩蔽刻蚀金属保护层、有机分子薄膜层和金属下电极层的步骤中，刻蚀是采用反应离子刻蚀或感应耦合离子刻蚀进行的。
8.根据权利要求1所述的制备交叉线阵列结构有机分子器件的方法，其特征在于，所述采用镂空掩膜版制备金属上电极层的步骤中，所述金属上电极层的图形通过镂空掩膜版来定义，所述金属上电极采用蒸发或溅射方法制备，所述上电极金属为金、铝或铜。
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