CN114334617B - 一种用于基材上有机层光刻图案化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于基材上有机层光刻图案化的方法，所述方法包括以下步骤：在有机层上提供二氧化硅保护层，在二氧化硅层上提供光刻胶层，使得所述光刻胶层光刻图案化以由此形成图案化的光刻胶层，使用图案化的光刻胶层作为掩模对二氧化硅保护层和有机层进行蚀刻，从而由此形成图案化的保护层和图案化的有机层，在基于有机层上生长了一层SiO2保护层，在后续光刻过程中SiO2层与光刻胶有很好的吸附性，能够呈现出很好的光刻图案；并且能够保护有机半导体层与绝缘层在后续光刻过程中，不被显影液，去胶液和清洗液腐蚀。

Description

一种用于基材上有机层光刻图案化的方法
技术领域
本发明属于半导体器件制造领域，本发明涉及一种用于基材上有机层光刻图案化的方法。
背景技术
光刻是一种高精度制造技术，广泛应用于半导体行业。基于光刻的硅基电子制造工艺已达到3纳米技术节点，单颗芯片上晶体管数量已达百亿级。通过光刻加工有机电路所有部件（如有机半导体、电介质和导体）的全光刻工艺方案无疑是推进有机电子学微型化和高密度集成的有效手段。当前，光刻技术作为无机半导体材料制备的集成电路中的关键性技术，对于实现高精度图形化具有不可替代的作用。目前，由于受到聚合物有机半导体材料、介质材料的材料特性限制，直接利用传统光刻工艺技术会导致有机材料在与光刻胶、显影液等有机溶剂接触时发生腐蚀而无法进行光刻。同时，聚合物有机半导体材料在制造中容易因外界物质污染而影响性能。因而，有机器件使用光刻技术制造的局限于第一步在基板上使用光刻技术制造接触电极，在后续光刻操作中无法保护有机薄膜层不受光刻过程所需使用到的溶液腐蚀，如何保护有机薄膜层不受光刻过程所需溶液的腐蚀并实现制造出高精度的有机器件是现在技术的瓶颈。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于基材上有机层光刻图案化的方法、一种用于制造包括有机层的电子器件的方法，采用全光刻工艺流程来制造有机器件。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
本发明提供一种用于基材上有机层光刻图案化的方法，所述方法包括以下步骤：在有机层上提供二氧化硅保护层，在二氧化硅层上提供光刻胶层，使得所述光刻胶层光刻图案化以由此形成图案化的光刻胶层，使用图案化的光刻胶层作为掩模对二氧化硅保护层和有机层进行蚀刻，从而由此形成图案化的保护层和图案化的有机层。
在本发明的实施方式中，所述有机层可以是有机半导体层或有机绝缘层，或者可以包括有机半导体层或有机绝缘层；有机层可以是单独的层，或者是包含至少两层的多层堆叠体。
本发明提供的一种用于基材上有机层光刻图案化的方法，使用二氧化硅保护层避免有机器件中的有机半导体层或有机绝缘层在光刻过程中被显影液、清洗液以及剥离液腐蚀。
本发明进一步涉及用于制造包括有机层的电子器件的方法，所述方法包括使用上述所述方法使得有机层光刻图案化。所述包括有机层的电子器件包括：有机发光二极管（OLED）、有机场效应晶体管（OFET）、有机光伏器件、和/或包括该装置的阵列。
以顶栅底接触结构的有机场效应晶体管为例，具体阐述本发明所述的包括有机层的电子器件的制作过程，但本发明所述的包括有机层的电子器件并不仅限于此顶栅底接触的有机电子器件，如图1所示，所述顶栅底接触结构的有机场效应晶体管制作过程包括以下步骤：
步骤S1，在基板上涂布光刻胶并进行曝光图案化处理；
步骤S2，在图案化处理过的基板上形成器件源极漏极，所述源极和漏极即为电接触结构；
步骤S3，在电接触结构的顶部形成有机半导体层；
步骤S4，在有机半导体层顶部形成有机绝缘层；
步骤S5，在有机绝缘层上形成SiO2保护层；
步骤S6，在SiO2保护层上涂布光刻胶并进行曝光图案化处理；
步骤S7，形成器件顶部栅极结构，获得所述有机器件。
其中，所述有机半导体层的材料为并五苯、聚3-己基噻吩（P3HT）、聚[(并二噻吩)-交替-(2,5-二(2-辛基十二烷基)-3,6-二(噻吩基)-吡咯并吡咯二酮)]（DPPT-TT）或萘酰亚胺基N型聚合物中的任意一种。
其中，所述有机绝缘层的材料为聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚酰亚胺（PI）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），聚四氟乙烯（PTFE）中的任意一种。
其中，所述电接触结构为Ni、Ti、Ag、Al、Cu、Au、Mo中的任意一种。
本发明的有益效果为：
使用光刻技术制造有机器件能够大幅缩小有机器件的尺寸，提高器件的集成度、使得有机器件的结构设计多样化，从而提高器件的性能；本发明提供一种用于基材上有机层光刻图案化的方法为制造包括有机层的电子器件提供一种全光刻图案化的工艺流程；本发明由于可以保护有机半导体层与有机绝缘层在后续光刻过程中不被所使用到的显影液、清洗液、剥离液所腐蚀因此并不仅限于制造顶栅底接触的全光刻有机器件，也可适用于在有机半导体层与有机绝缘层上生长SiO2制造其他类型的器件。
本全光刻技术与现有常见光刻工艺流程完全兼容，支持多次光刻步骤且SiO2层无需清除和剥离，工艺稳定性强；
本发明提供的全光刻技术操作流程只需要在传统有机器件上生长一层SiO2，操作简易；SiO2保护层不会对栅控下半导体电荷输运性质改变，对器件性能无影响，SiO2保护层致密稳定，起到了对器件有机半导体层、有机绝缘层和衬底的保护，避免后续工艺步骤和使用中其他材料和物质的污染和影响。
附图说明
图1是本发明所述所述顶栅底接触结构的有机场效应晶体管制作流程示意图；
图2是实施例1中所述有机器件的结构示意图；其中，1-基板、2-有机半导体层、3-有机绝缘层、4-SiO2层、5-有机器件源极、6-有机器件漏极、7-有机器件栅极；
图3是本发明实施例1中制备的器件在低放大倍率光学显微镜下观察的实物照片；
图4本发明测试例1中所述室温下测得器件的反向击穿特性曲线图；
图5本发明测试例2中所述室温下测得器件在不同栅压下的正向导通特性曲线图；
图6本发明测试例3中所述室温下测得器件在不同漏极电压下的转移特性曲线图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但本发明不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
以下实施例和测试例中采用的试剂和原料来源如下所示：
AZ5214光刻胶：陕西思的科技有限公司
1-甲基2-吡咯烷酮（NMP）溶液：国药试剂公司
DPPT-TT：南京知研科技有限公司
1，2-二氯苯（DCB）溶液：Sigma-Aldrich公司
PMMA：上海瀚思化工有限公司
乙酸丁酯（NBA）溶液：Sigma-Aldrich公司
实施例1
本实施例提供一种全光刻工艺流程来制造顶栅底接触结构的有机器件的制造方法，参考图1，制作过程如下：
步骤S1，使用0.5mm厚度的亚克力玻璃基板，用丙酮、酒精与去离子水各超声5min之后烘干的0.5mm厚度的亚克力玻璃基板上涂布AZ5214光刻胶并通过器件源漏光刻掩模版使用MA6光刻机进行曝光图案化处理，旋涂光刻胶的参数为1000rpm/min，500rpm/s的加速度，持续5s；4000rpm/min，1000rpm/s的加速度，持续40s；然后进行95℃前烘100s；使用MA6光刻机通过光刻掩模版hard模式曝光0.6s；之后在110℃后烘120s；然后再次使用MA6光刻机无掩模版Flood-E模式曝光5s；之后通过光刻显影液去除曝光一次的光刻胶部分显示出器件源漏图案； 步骤S2，在图案化处理过的基板上蒸镀Ni（5nm）与Au（40nm），将蒸镀好的器件放入1-甲基2-吡咯烷酮（NMP）溶液中50℃水浴加热10min完成器件剥离，之后将器件放入酒精中浸泡5min清洗掉期间表面残留的NMP溶液，然后用氮气吹干；
步骤S3，将沉积了器件源漏极的玻璃基板分别用去离子水与酒精超声3min，然后在紫外臭氧机中处理30min，使用5mg/ml的DPPT-TT的1，2-二氯苯（DCB）溶液以500rpm/min，200rpm/s的加速度持续10s；1500rpm/min，500rpm/s的加速度持续60s旋涂到基板表面，然后在80℃下预热5min，之后在150℃下退火1h；
步骤S4，在有机半导体层顶部旋涂有机绝缘层，将80mg/ml的PMMA的乙酸丁酯（NBA）溶液以500rpm/min，200rpm/s的加速度持续3s；1500rpm/min，500rpm/s的加速度持续60s旋涂到有机半导体层表面，之后在80℃下退火2h；
步骤S5，在有机绝缘层上形成SiO2保护层，使用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）仪器在参数300℃，CH4 80sccm ，NO2 710sccm，900mtorr 20W生长SiO2持续2min9s，测得SiO2层厚度为100nm； 步骤S6，在SiO2保护层上旋涂AZ5214光刻胶，旋涂前烘后烘过程与步骤b一致，使用MA6光刻机通过器件栅极的光刻掩模版进行曝光图案化处理（器件在设计时设计了漂移区），曝光操作与步骤b一致，之后通过光刻显影液去除曝光一次的光刻胶部分显示出器件栅极图案；
步骤S7，形成器件顶部栅极结构，使用磁控溅射仪器将80nm的Al溅射到器件表面，之后在NMP溶液中75℃水浴加热30min完成器件剥离，之后将器件放入酒精中浸泡5min清洗掉期间表面残留的NMP溶液，然后用氮气吹干，藉此获得所述顶栅底接触的有机器件。
参考图2，所示为实施例1最终制作成的顶栅底接触的有机器件结构：0.5mm厚度的亚克力玻璃基板、DPPT-TT有机半导体层、PMMA有机绝缘层、4-100nm厚度的SiO2层、5nm厚度的有机器件源极Ni，40nm厚度的Au、5nm厚度的有机器件漏极Ni，40nm厚度的Au、80nm厚度的有机器件栅极Al。
图3是实施例1中制备的有机器件在低放大倍率（5倍）光学显微镜下观察到的器件实物照片。
图4是使用Keysight B1505A测试分析仪，中国台湾奕叶CG-196高温低探针台使用常规的载片测试的测量方法在室温下测得实施例1中制备的有机器件的反向击穿特性曲线图，从图4测试结果可知，由于光刻工艺实现了好的器件结构，掩模版图形化设计被准确的转移到器件中。由于光刻技术的应用，实现了复杂的插指版图结构，器件耐压性能稳定可靠。
图5是使用Keysight B1505A测试分析仪，中国台湾奕叶CG-196高温低探针台使用常规的载片测试的测量方法在室温下测得实施例1中制备的有机器件在不同栅压下的正向导通特性曲线图，从图5测试结果可知，由于光刻套刻工艺的应用，可以实现较窄的沟道区，沟道区电阻小，器件正向导通电流大、器件饱和压降小。
图6是使用Keysight B1505A测试分析仪，中国台湾奕叶CG-196高温低探针台使用常规的载片测试的测量方法在室温下测得实施例1中制备的有机器件在不同漏极电压下的转移特性曲线图。从图6测试结果可知，由于光刻套刻工艺的应用，可以实现较窄的沟道区，因而沟道区产生电阻较少，同时由于二氧化硅阻挡层的存在本身不对器件结构产生破坏，器件转移特性不发生退化。

Claims (1)

1.一种制造包括有机层的电子器件的方法，其特征在于，所述包括有机层的电子器件包括：有机发光二极管（OLED）、有机场效应晶体管（OFET）、有机光伏器件；所述方法包括以下步骤：
步骤S1，在基板上涂布光刻胶并进行曝光图案化处理；所述在基板上涂布光刻胶并进行曝光图案化处理的步骤包括：使用0.5mm厚度的亚克力玻璃基板，用丙酮、酒精与去离子水各超声5min之后烘干的0.5mm厚度的亚克力玻璃基板上涂布AZ5214光刻胶并通过器件源漏光刻掩模版使用MA6光刻机进行曝光图案化处理，旋涂光刻胶的参数为1000rpm/min，500rpm/s的加速度，持续5s；4000rpm/min，1000rpm/s的加速度，持续40s；然后进行95℃前烘100s；使用MA6光刻机通过光刻掩模版hard模式曝光0.6s；之后在110℃后烘120s；然后再次使用MA6光刻机无掩模版Flood-E模式曝光5s；之后通过光刻显影液去除曝光一次的光刻胶部分显示出器件源漏图案；
步骤S2，在图案化处理过的基板上形成器件源极和漏极；所述在图案化处理过的基板上形成器件源极和漏极的步骤包括：在图案化处理过的基板上蒸镀5nm的Ni与40nm的Au，将蒸镀好的器件放入1-甲基2-吡咯烷酮溶液中50℃水浴加热10min完成剥离，之后将器件放入酒精中浸泡5min清洗掉期间表面残留的NMP溶液，然后用氮气吹干；
步骤S3，在器件源极和漏极的顶部形成有机半导体层；所述在器件源极和漏极的顶部形成有机半导体层的步骤包括：将沉积了器件源漏极的玻璃基板分别用去离子水与酒精超声3min，然后在紫外臭氧机中处理30min，使用5mg/ml的DPPT-TT的1，2-二氯苯即DCB溶液以500rpm/min，200rpm/s的加速度持续10s；1500rpm/min，500rpm/s的加速度持续60s旋涂到基板表面，然后在80℃下预热5min，之后在150℃下退火1h；
步骤S4，在有机半导体层顶部形成有机绝缘层；所述在有机半导体层顶部形成有机绝缘层的步骤包括：将80mg/ml的PMMA的乙酸丁酯即NBA溶液以500rpm/min，200rpm/s的加速度持续3s；1500rpm/min，500rpm/s的加速度持续60s旋涂到有机半导体层表面，之后在80℃下退火2h；
步骤S5，在有机绝缘层上形成SiO2保护层；所述在有机绝缘层上形成SiO2保护层的步骤包括：使用等离子体增强化学气相沉积即PECVD仪器在参数300℃，CH4 80sccm ，NO2710sccm，900mtorr 20W生长SiO2保护层持续2min9s，所述SiO2保护层厚度为100nm；
步骤S6，在SiO2保护层上涂布光刻胶并进行曝光图案化处理；所述在SiO2保护层上涂布光刻胶并进行曝光图案化处理的步骤包括：在SiO2保护层上旋涂AZ5214光刻胶，旋涂前烘后烘过程与步骤S1一致，使用MA6光刻机通过器件栅极的光刻掩模版进行曝光图案化处理，曝光操作与步骤S1一致，之后通过光刻显影液去除曝光一次的光刻胶部分显示出器件栅极图案；
步骤S7，形成器件顶部栅极结构，获得所述电子器件，所述形成器件顶部栅极结构获得电子器件的步骤包括：使用磁控溅射仪器将80nm的Al溅射到器件表面，之后在NMP溶液中75℃水浴加热30min完成器件剥离，之后将器件放入酒精中浸泡5min清洗掉期间表面残留的NMP溶液，然后用氮气吹干，获得顶栅底接触的电子器件。
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