專利名稱：一次掩膜光刻同時定義有機薄膜晶體管源漏柵電極的方法
技術領域：
本發明涉及有機半導體器件和微細加工技術領域，尤其涉及一種利用 一次掩膜光刻同時定義出有機薄膜晶體管源漏柵電極的方法。
背景技術：
有機場效應晶體管(OFET)由于可在柔性、大面積襯底上構筑電子系統 模塊而備受關注，有巨大的潛在應用市場。目前無論全有機還是有機/無機 混合器件基本上都是用薄膜晶體管結構來實現的，因此OFET又稱有機薄 膜晶體管(OTFT)。
要在絕緣介質兩邊制作柵電極和源、漏電極，都需要兩塊掩模版進行 兩次光刻，存在工藝復雜和對準精度問題。用簡單的工藝實現高性能OTFT 的制造一直是人們的研究熱點。
Hagen Klauk等人早期利用整個導電襯底作為背柵電極，然后再在柵 介質層上制作獨立源、漏電極。這樣工藝固然簡單，僅需要一塊掩模版進 行一次光刻，但柵電極層和源、漏電極層交疊區域大，使得寄生電容效應 明顯，嚴重影響OTFT的高頻特性，而且也不利用器件的集成。
申請號為200580004885.1的發明專利公開了一種包括自對準柵電極 的有機晶體管及其制造方法，避免了源、漏電極層與柵電極層之間的交疊， 減小了寄生電容效應，但在他的頂柵結構OTFT中，源、漏接觸是依靠化 學摻雜的方法來實現的。
人們一直在尋找一種工藝復雜度低，與硅工藝兼容性高，而且能夠滿 足OTFT性能要求的新工藝。
發明內容
(一)要解決的技術問題 針對上述現有技術存在的不足，本發明的主要目的在于提供一種只用一塊掩膜版，只需進行一次光刻，就可以同時定義源、漏、柵電極圖形， 而且源、漏、柵電極間具有自對準精度的有機薄膜晶體管的制備方法。本 發明方法減少了掩模版數量和光刻次數，降低了制備成本，與傳統的硅平 面工藝完全兼容，有利于器件制備的應用。
(二)技術方案
為達到上述目的，本發明提供了一種有機薄膜晶體管的制備方法，該 方法利用一次掩膜光刻同時定義出有機薄膜晶體管的源、漏、柵電極，具 體包括以下步驟
在襯底(1)正面形成具有透光性的有機絕緣柵介質層(2);
用保護卡具(7)保護有機絕緣柵介質層(2)，腐蝕襯底(l)的背面至介質 層鏤空；
在有機絕緣層(2)正面和背面涂光刻膠，從正面對光刻膠進行曝光，同
時曝光背面光刻膠，在顯影液中顯影，形成源、漏電極的正性光刻膠掩模
版(8)和柵電極的負性光刻膠掩模版(9);
分別在有機絕緣介質層(2)正面、正性光刻膠掩模版(8)、有機絕緣介質 層(2)背面和負性光刻膠掩模版(9)上形成金屬層，然后剝離形成源(6)、漏
(4)、柵(5)電極；
在有機絕緣介質層(2)正面，源(6)、漏(4)電極上形成有機半導體層(3)。
上述方案中，所述形成有機絕緣柵介質層(2)的步驟采用旋涂的方法 在襯底(l)正面實現，所述有機絕緣柵介質層(2)為有機材料，該有機材料的 厚度通過控制旋涂液濃度和旋轉速度進行調節。
上述方案中，所述有機絕緣柵介質層(2)要求具有透光性、具有較大介 電常數、較大擊穿電壓和足夠機械強度，且不會與用于襯底腐蝕的腐蝕液、 光刻膠顯影的顯影液發生化學反應。
上述方案中，所述腐蝕襯底(l)的背面至介質層鏤空的步驟具體包括 用保護卡具(7)保護有機絕緣柵介質層(2)，從襯底(l)的背面進行腐蝕，腐 蝕終止到有機絕緣柵介質層(2)的背面，使介質層鏤空。
上述方案中，所述在有機絕緣層(2)正面和背面涂光刻膠、曝光、顯影， 形成源、漏電極的正性光刻膠掩模版(8)和柵電極的負性光刻膠掩模版(9)的步驟具體包括在有機絕緣層(2)正面上涂正性光刻膠(8)，背面上涂負性
光刻膠(9)，利用掩模版(10)從正面對正性光刻膠(8)進行曝光，由于絕緣介 質層(2)有透光性，背面負性光刻膠(9)同時被曝光，分別在正性光刻膠顯影 液和負性光刻膠顯影液中顯影，形成源、漏電極的正性光刻膠掩模版(8) 和柵電極的負性光刻膠掩模版(9)。
上述方案中，所述正性光刻膠顯影液和負性光刻膠顯影液彼此間不相 互影響。
上述方案中，所述形成金屬層，剝離形成源(6)、漏(4)、柵(5)電極的 步驟中，源、漏、柵金屬電極采用方向性好的金屬蒸發方法形成。
上述方案中，對于小分子有機半導體材料(酞菁銅、并五苯等)，所 述有機半導體層(3)采用真空熱蒸鍍技術獲得；對于聚合物有機半導體材料 (PH3T、 PCBM等)，所述有機半導體層(3)采用旋涂或浸沒的方法獲得。
(三)有益效果 從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果
1、 利用本發明提供的有機薄膜晶體管的制備方法，僅需一塊掩膜版， 進行一次光刻就可同時定義源、漏、柵電極，不需要特殊工藝，能夠與傳 統的硅平面工藝兼容，適合于制備高性能柔性有機薄膜晶體管器件。
2、 利用本發明制備的有機薄膜晶體管源、漏、柵電極之間具有自對 準精度，減小了寄生電容效應，提高了有機薄膜晶體管的高頻特性，非常 有利于本發明的廣泛推廣和應用。
為了更進一步說明本發明的內容，以下結合附圖及實施例子，對本發 明做詳細描述，其中，
圖1是本發明提供的利用一次掩膜光刻同時定義出有機薄膜晶體管源 漏柵電極的方法流程圖2是圖2-1至圖2-5中各層的簡要說明；
圖2-1至圖2-5是圖1所示方法的工藝流程圖3是圖3-1至圖3-5中各層的簡要說明，其中右側的圖形是圖3-3中使用的掩膜版的示意圖3-1至圖3-5是依照本發明實施例利用一次掩膜光刻同時定義出有 機薄膜晶體管源漏柵電極的工藝流程圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實 施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
如圖1所示，圖1是本發明提供的利用一次掩膜光刻同時定義出有機 薄膜晶體管源漏柵電極的方法流程圖，該方法利用一次掩膜光刻同時定義 出有機薄膜晶體管的源、漏、柵電極，具體包括以下步驟
步驟101:在襯底(1)正面形成具有透光性的有機絕緣柵介質層(2);
步驟102:用保護卡具(7)保護有機絕緣柵介質層(2)，腐蝕襯底(l)的背 面至介質層鏤空；
步驟103:在有機絕緣層(2)正面和背面涂光刻膠，從正面對光刻膠進
行曝光，同時曝光背面光刻膠，在顯影液中顯影，形成源、漏電極的正性
光刻膠掩模版(8)和柵電極的負性光刻膠掩模版(9);
步驟104:分別在有機絕緣介質層(2)正面、正性光刻膠掩模版(8)、有 機絕緣介質層(2)背面和負性光刻膠掩模版(9)上形成金屬層，然后剝離形成 源(6)、漏(4)、柵(5)電極；
步驟105:在有機絕緣介質層(2)正面，源(6)、漏(4)電極上形成有機半 導體層(3)，完成有機薄膜晶體管的制備。
上述步驟101中所述形成有機絕緣柵介質層(2)，采用旋涂的方法在襯 底(l)正面實現，所述有機絕緣柵介質層(2)為有機材料，該有機材料的厚度 通過控制旋涂液濃度和旋轉速度進行調節。所述有機絕緣柵介質層(2)采用 具有較大介電常數、較大擊穿電壓和足夠機械強度的聚酰亞胺介質ZK-PI， 該聚酰亞胺介質的厚度為500納米。
上述步驟102中所述腐蝕襯底(l)的背面至介質層鏤空的步驟具體包 括用保護卡具(7)保護有機絕緣柵介質層(2)，從襯底(l)的背面進行腐蝕， 腐蝕終止到有機絕緣柵介質層(2)的背面，使介質層鏤空。上述步驟103中所述在有機絕緣層(2)正面和背面涂光刻膠、曝光、顯 影，形成源、漏電極的正性光刻膠掩模版(8)和柵電極的負性光刻膠掩模版 (9)的步驟具體包括在有機絕緣層(2)正面上涂正性光刻膠(8)，背面上涂 負性光刻膠(9)，利用掩模版(10)從正面對正性光刻膠(8)進行曝光，由于絕 緣介質層(2)有透光性，背面負性光刻膠(9)同時被曝光，分別在正性光刻膠
顯影液和負性光刻膠顯影液中顯影，形成源、漏電極的正性光刻膠掩模版 (8)和柵電極的負性光刻膠掩模版(9)。所述正性光刻膠顯影液和負性光刻膠
顯影液彼此間不相互影響。
上述步驟104中所述形成金屬層，剝離形成源(6)、漏(4)、柵(5)電極 的步驟中，源、漏、柵金屬電極采用方向性好的金屬蒸發方法形成。
對于小分子有機半導體材料，步驟105中所述有機半導體層(3)采用真 空熱蒸鍍技術獲得，該有機半導體層(3)—般采用酞菁銅，厚度為50納米； 對于聚合物有機半導體材料，所述有機半導體層(3)采用旋涂或浸沒的方 法獲得。
上述一次曝光同時定義源、漏、柵電極圖形，用該方法獲得的源、漏、 柵電極具有自對準精度。柵電極層和源、漏電極層間幾乎沒有重疊區域， 從而減小了晶體管的寄生交疊電容，提高了有機薄膜晶體管的高頻特性。
基于圖1所示的利用一次掩膜光刻同時定義出有機薄膜晶體管源漏柵 電極的方法流程圖，圖2-1至圖2-5示出了圖1所示方法的工藝流程圖， 具體包括以下工藝步驟
如圖2-l所示，在襯底上形成一層有機絕緣柵介質層。
如圖2-2所示，用保護卡具將有機絕緣柵介質層保護，從襯底的背面 進行腐蝕，腐蝕終止到有機絕緣柵介質層的背面，形成鏤空的介質膜。
如圖2-3所示，在有機絕緣層正面上涂正性光刻膠，背面上涂負性光 刻膠。利用掩模版從正面對正性光刻膠進行曝光，由于絕緣介質層的透光 性，背面負性光刻膠同時被曝光。分別在正性光刻膠顯影液和負性光刻膠 顯影液中顯影，形成源、漏、柵電極光刻膠圖形掩模版。
如圖2-4所示，分別在有機絕緣介質層正面和正性光刻膠掩模版上， 有機絕緣介質層背面和負性光刻膠上形成金屬層，然后剝離形成源、漏、柵電極。
如圖2-5所示，在有機絕緣介質層正面，源、漏電極上形成有機半導體層。
圖3-1至圖3-5示出了依照本發明的具體實施例利用一次掩膜光刻同 時定義出有機薄膜晶體管源漏柵電極的工藝流程圖，具體包括以下工藝步
驟
如圖3-1所示，在清潔的硅襯底上，旋涂形成500nm厚的聚酰亞胺 (ZK-PI)介質膜層。
如圖3-2所示，用保護卡具將PI層保護，從硅襯底的背面用KOH腐 蝕液進行腐蝕，終止到PI層的背面，形成鏤空的PI膜。
如圖3-3所示，在PI層正面上涂正性光刻膠AZ-9918，背面上涂負性 光刻膠BN-302。利用圖3中的掩模版從正面對AZ-9918性光刻膠進行曝 光，由于PI層的透光性，背面BN-302負性光刻膠同時被曝光。先在 AZ-9918專用顯影液中對AZ-9918進行顯影，形成源漏電極膠圖形，再在 BN-302專用顯影液中顯影，形成柵電極光刻膠圖形。
如圖3-4所示，利用電子束熱蒸發技術，在PI層正面和AZ-9918正 性光刻膠上，PI層背面和BN-302負性光刻膠上蒸鍍Cr/Au(10/50nm)。在 丙酮中浸泡進行剝離，形成源、漏、柵金屬電極。
如圖3-5所示，利用熱蒸發技術，在PI層正面和源、漏電極上蒸發形 成50nm酞菁銅的有機半導體層，完成器件制備。
以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行 了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而 已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種有機薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，該方法利用一次掩膜光刻同時定義出有機薄膜晶體管的源、漏、柵電極，具體包括以下步驟在襯底(1)正面形成具有透光性的有機絕緣柵介質層(2)；用保護卡具(7)保護有機絕緣柵介質層(2)，腐蝕襯底(1)的背面至介質層鏤空；在有機絕緣層(2)正面和背面涂光刻膠，從正面對光刻膠進行曝光，同時曝光背面光刻膠，在顯影液中顯影，形成源、漏電極的正性光刻膠掩模版(8)和柵電極的負性光刻膠掩模版(9)；分別在有機絕緣介質層(2)正面、正性光刻膠掩模版(8)、有機絕緣介質層(2)背面和負性光刻膠掩模版(9)上形成金屬層，然后剝離形成源(6)、漏(4)、柵(5)電極；在有機絕緣介質層(2)正面，源(6)、漏(4)電極上形成有機半導體層(3)。
2、 根據權利要求l所述的有機薄膜晶體管的制備方法，其特征在于， 所述形成有機絕緣柵介質層(2)的步驟采用旋涂的方法在襯底(l)正面實 現，所述有機絕緣柵介質層(2)為有機材料，該有機材料的厚度通過控制旋 涂液濃度和旋轉速度進行調節。
3、 根據權利要求1或2所述的有機薄膜晶體管的制備方法，其特征 在于，所述有機絕緣柵介質層(2)要求具有透光性、具有較大介電常數、較 大擊穿電壓和足夠機械強度，且不會與用于襯底腐蝕的腐蝕液、光刻膠顯 影的顯影液發生化學反應。
4、 根據權利要求1所述的有機薄膜晶體管的制備方法，其特征在于， 所述腐蝕襯底(l)的背面至介質層鏤空的步驟具體包括用保護卡具(7)保護有機絕緣柵介質層(2)，從襯底(l)的背面進行腐蝕， 腐蝕終止到有機絕緣柵介質層(2)的背面，使介質層鏤空。
5、 根據權利要求1所述的有機薄膜晶體管的制備方法，其特征在于， 所述在有機絕緣層(2)正面和背面涂光刻膠、曝光、顯影，形成源、漏電極 的正性光刻膠掩模版(8)和柵電極的負性光刻膠掩模版(9)的步驟具體包括:在有機絕緣層(2)正面上涂正性光刻膠(8)，背面上涂負性光刻膠(9)，利用掩模版(10)從正面對正性光刻膠(8)進行曝光，由于絕緣介質層(2)有透 光性，背面負性光刻膠(9)同時被曝光，分別在正性光刻膠顯影液和負性光 刻膠顯影液中顯影，形成源、漏電極的正性光刻膠掩模版(8)和柵電極的負 性光刻膠掩模版(9)。
6、 根據權利要求5所述的有機薄膜晶體管的制備方法，其特征在于， 所述正性光刻膠顯影液和負性光刻膠顯影液彼此間不相互影響。
7、 根據權利要求1所述的有機薄膜晶體管的制備方法，其特征在于， 所述形成金屬層，剝離形成源(6)、漏(4)、柵(5)電極的步驟中，源、漏、 柵金屬電極采用方向性好的金屬蒸發方法形成。
8、 根據權利要求l所述的有機薄膜晶體管的制備方法，其特征在于， 對于小分子有機半導體材料，所述有機半導體層(3)采用真空熱蒸鍍技術獲 得；對于聚合物有機半導體材料，所述有機半導體層(3)采用旋涂或浸沒 的方法獲得。
全文摘要
本發明公開了一種有機薄膜晶體管的制備方法，利用一次掩膜光刻同時定義出有機薄膜晶體管的源漏柵電極，包括在襯底正面形成具有透光性的有機絕緣柵介質層；用保護卡具保護有機絕緣柵介質層，腐蝕襯底的背面至介質層鏤空；在有機絕緣層正面和背面涂光刻膠，從正面對光刻膠進行曝光，同時曝光背面光刻膠，在顯影液中顯影，形成源漏電極的正性光刻膠掩模版和柵電極的負性光刻膠掩模版；在有機絕緣介質層正面、正性光刻膠掩模版、有機絕緣介質層背面和負性光刻膠掩模版上形成金屬層，剝離形成源、漏、柵電極；在有機絕緣介質層正面，源漏電極上形成有機半導體層。本發明能夠與傳統的硅平面工藝兼容，制備的有機薄膜晶體管器件寄生電容小高頻特性好。
文檔編號H01L51/40GK101442104SQ20071017779
公開日2009年5月27日 申請日期2007年11月21日 優先權日2007年11月21日
發明者明 劉, 劉興華, 商立偉, 甄麗娟 申請人:中國科學院微電子研究所