专利名称：一次掩膜光刻同时定义有机薄膜晶体管源漏栅电极的方法
技术领域：
本发明涉及有机半导体器件和微细加工技术领域，尤其涉及一种利用 一次掩膜光刻同时定义出有机薄膜晶体管源漏栅电极的方法。
背景技术：
有机场效应晶体管(OFET)由于可在柔性、大面积衬底上构筑电子系统 模块而备受关注，有巨大的潜在应用市场。目前无论全有机还是有机/无机 混合器件基本上都是用薄膜晶体管结构来实现的，因此OFET又称有机薄 膜晶体管(OTFT)。
要在绝缘介质两边制作栅电极和源、漏电极，都需要两块掩模版进行 两次光刻，存在工艺复杂和对准精度问题。用简单的工艺实现高性能OTFT 的制造一直是人们的研究热点。
Hagen Klauk等人早期利用整个导电衬底作为背栅电极，然后再在栅 介质层上制作独立源、漏电极。这样工艺固然简单，仅需要一块掩模版进 行一次光刻，但栅电极层和源、漏电极层交叠区域大，使得寄生电容效应 明显，严重影响OTFT的高频特性，而且也不利用器件的集成。
申请号为200580004885.1的发明专利公开了一种包括自对准栅电极 的有机晶体管及其制造方法，避免了源、漏电极层与栅电极层之间的交叠， 减小了寄生电容效应，但在他的顶栅结构OTFT中，源、漏接触是依靠化 学掺杂的方法来实现的。
人们一直在寻找一种工艺复杂度低，与硅工艺兼容性高，而且能够满 足OTFT性能要求的新工艺。
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只用一块掩膜版，只需进行一次光刻，就可以同时定义源、漏、栅电极图形， 而且源、漏、栅电极间具有自对准精度的有机薄膜晶体管的制备方法。本 发明方法减少了掩模版数量和光刻次数，降低了制备成本，与传统的硅平 面工艺完全兼容，有利于器件制备的应用。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种有机薄膜晶体管的制备方法，该 方法利用一次掩膜光刻同时定义出有机薄膜晶体管的源、漏、栅电极，具 体包括以下步骤
在衬底(1)正面形成具有透光性的有机绝缘栅介质层(2);
用保护卡具(7)保护有机绝缘栅介质层(2)，腐蚀衬底(l)的背面至介质 层镂空；
在有机绝缘层(2)正面和背面涂光刻胶，从正面对光刻胶进行曝光，同
时曝光背面光刻胶，在显影液中显影，形成源、漏电极的正性光刻胶掩模
版(8)和栅电极的负性光刻胶掩模版(9);
分别在有机绝缘介质层(2)正面、正性光刻胶掩模版(8)、有机绝缘介质 层(2)背面和负性光刻胶掩模版(9)上形成金属层，然后剥离形成源(6)、漏
(4)、栅(5)电极；
在有机绝缘介质层(2)正面，源(6)、漏(4)电极上形成有机半导体层(3)。
上述方案中，所述形成有机绝缘栅介质层(2)的步骤采用旋涂的方法 在衬底(l)正面实现，所述有机绝缘栅介质层(2)为有机材料，该有机材料的 厚度通过控制旋涂液浓度和旋转速度进行调节。
上述方案中，所述有机绝缘栅介质层(2)要求具有透光性、具有较大介 电常数、较大击穿电压和足够机械强度，且不会与用于衬底腐蚀的腐蚀液、 光刻胶显影的显影液发生化学反应。
上述方案中，所述腐蚀衬底(l)的背面至介质层镂空的步骤具体包括 用保护卡具(7)保护有机绝缘栅介质层(2)，从衬底(l)的背面进行腐蚀，腐 蚀终止到有机绝缘栅介质层(2)的背面，使介质层镂空。
上述方案中，所述在有机绝缘层(2)正面和背面涂光刻胶、曝光、显影， 形成源、漏电极的正性光刻胶掩模版(8)和栅电极的负性光刻胶掩模版(9)的步骤具体包括在有机绝缘层(2)正面上涂正性光刻胶(8)，背面上涂负性
光刻胶(9)，利用掩模版(10)从正面对正性光刻胶(8)进行曝光，由于绝缘介 质层(2)有透光性，背面负性光刻胶(9)同时被曝光，分别在正性光刻胶显影 液和负性光刻胶显影液中显影，形成源、漏电极的正性光刻胶掩模版(8) 和栅电极的负性光刻胶掩模版(9)。
上述方案中，所述正性光刻胶显影液和负性光刻胶显影液彼此间不相 互影响。
上述方案中，所述形成金属层，剥离形成源(6)、漏(4)、栅(5)电极的 步骤中，源、漏、栅金属电极采用方向性好的金属蒸发方法形成。
上述方案中，对于小分子有机半导体材料(酞菁铜、并五苯等)，所 述有机半导体层(3)采用真空热蒸镀技术获得；对于聚合物有机半导体材料 (PH3T、 PCBM等)，所述有机半导体层(3)采用旋涂或浸没的方法获得。
(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薄膜晶体管的制备方法，仅需一块掩膜版， 进行一次光刻就可同时定义源、漏、栅电极，不需要特殊工艺，能够与传 统的硅平面工艺兼容，适合于制备高性能柔性有机薄膜晶体管器件。
2、 利用本发明制备的有机薄膜晶体管源、漏、栅电极之间具有自对 准精度，减小了寄生电容效应，提高了有机薄膜晶体管的高频特性，非常 有利于本发明的广泛推广和应用。
为了更进一步说明本发明的内容，以下结合附图及实施例子，对本发 明做详细描述，其中，
图1是本发明提供的利用一次掩膜光刻同时定义出有机薄膜晶体管源 漏栅电极的方法流程图2是图2-1至图2-5中各层的简要说明；
图2-1至图2-5是图1所示方法的工艺流程图3是图3-1至图3-5中各层的简要说明，其中右侧的图形是图3-3中使用的掩膜版的示意图3-1至图3-5是依照本发明实施例利用一次掩膜光刻同时定义出有 机薄膜晶体管源漏栅电极的工艺流程图。
具体实施例方式
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是本发明提供的利用一次掩膜光刻同时定义出有机 薄膜晶体管源漏栅电极的方法流程图，该方法利用一次掩膜光刻同时定义 出有机薄膜晶体管的源、漏、栅电极，具体包括以下步骤
步骤101:在衬底(1)正面形成具有透光性的有机绝缘栅介质层(2);
步骤102:用保护卡具(7)保护有机绝缘栅介质层(2)，腐蚀衬底(l)的背 面至介质层镂空；
步骤103:在有机绝缘层(2)正面和背面涂光刻胶，从正面对光刻胶进
行曝光，同时曝光背面光刻胶，在显影液中显影，形成源、漏电极的正性
光刻胶掩模版(8)和栅电极的负性光刻胶掩模版(9);
步骤104:分别在有机绝缘介质层(2)正面、正性光刻胶掩模版(8)、有 机绝缘介质层(2)背面和负性光刻胶掩模版(9)上形成金属层，然后剥离形成 源(6)、漏(4)、栅(5)电极；
步骤105:在有机绝缘介质层(2)正面，源(6)、漏(4)电极上形成有机半 导体层(3)，完成有机薄膜晶体管的制备。
上述步骤101中所述形成有机绝缘栅介质层(2)，采用旋涂的方法在衬 底(l)正面实现，所述有机绝缘栅介质层(2)为有机材料，该有机材料的厚度 通过控制旋涂液浓度和旋转速度进行调节。所述有机绝缘栅介质层(2)采用 具有较大介电常数、较大击穿电压和足够机械强度的聚酰亚胺介质ZK-PI， 该聚酰亚胺介质的厚度为500纳米。
上述步骤102中所述腐蚀衬底(l)的背面至介质层镂空的步骤具体包 括用保护卡具(7)保护有机绝缘栅介质层(2)，从衬底(l)的背面进行腐蚀， 腐蚀终止到有机绝缘栅介质层(2)的背面，使介质层镂空。上述步骤103中所述在有机绝缘层(2)正面和背面涂光刻胶、曝光、显 影，形成源、漏电极的正性光刻胶掩模版(8)和栅电极的负性光刻胶掩模版 (9)的步骤具体包括在有机绝缘层(2)正面上涂正性光刻胶(8)，背面上涂 负性光刻胶(9)，利用掩模版(10)从正面对正性光刻胶(8)进行曝光，由于绝 缘介质层(2)有透光性，背面负性光刻胶(9)同时被曝光，分别在正性光刻胶
显影液和负性光刻胶显影液中显影，形成源、漏电极的正性光刻胶掩模版 (8)和栅电极的负性光刻胶掩模版(9)。所述正性光刻胶显影液和负性光刻胶
显影液彼此间不相互影响。
上述步骤104中所述形成金属层，剥离形成源(6)、漏(4)、栅(5)电极 的步骤中，源、漏、栅金属电极采用方向性好的金属蒸发方法形成。
对于小分子有机半导体材料，步骤105中所述有机半导体层(3)采用真 空热蒸镀技术获得，该有机半导体层(3)—般采用酞菁铜，厚度为50纳米； 对于聚合物有机半导体材料，所述有机半导体层(3)采用旋涂或浸没的方 法获得。
上述一次曝光同时定义源、漏、栅电极图形，用该方法获得的源、漏、 栅电极具有自对准精度。栅电极层和源、漏电极层间几乎没有重叠区域， 从而减小了晶体管的寄生交叠电容，提高了有机薄膜晶体管的高频特性。
基于图1所示的利用一次掩膜光刻同时定义出有机薄膜晶体管源漏栅 电极的方法流程图，图2-1至图2-5示出了图1所示方法的工艺流程图， 具体包括以下工艺步骤
如图2-l所示，在衬底上形成一层有机绝缘栅介质层。
如图2-2所示，用保护卡具将有机绝缘栅介质层保护，从衬底的背面 进行腐蚀，腐蚀终止到有机绝缘栅介质层的背面，形成镂空的介质膜。
如图2-3所示，在有机绝缘层正面上涂正性光刻胶，背面上涂负性光 刻胶。利用掩模版从正面对正性光刻胶进行曝光，由于绝缘介质层的透光 性，背面负性光刻胶同时被曝光。分别在正性光刻胶显影液和负性光刻胶 显影液中显影，形成源、漏、栅电极光刻胶图形掩模版。
如图2-4所示，分别在有机绝缘介质层正面和正性光刻胶掩模版上， 有机绝缘介质层背面和负性光刻胶上形成金属层，然后剥离形成源、漏、栅电极。
如图2-5所示，在有机绝缘介质层正面，源、漏电极上形成有机半导体层。
图3-1至图3-5示出了依照本发明的具体实施例利用一次掩膜光刻同 时定义出有机薄膜晶体管源漏栅电极的工艺流程图，具体包括以下工艺步
骤
如图3-1所示，在清洁的硅衬底上，旋涂形成500nm厚的聚酰亚胺 (ZK-PI)介质膜层。
如图3-2所示，用保护卡具将PI层保护，从硅衬底的背面用KOH腐 蚀液进行腐蚀，终止到PI层的背面，形成镂空的PI膜。
如图3-3所示，在PI层正面上涂正性光刻胶AZ-9918，背面上涂负性 光刻胶BN-302。利用图3中的掩模版从正面对AZ-9918性光刻胶进行曝 光，由于PI层的透光性，背面BN-302负性光刻胶同时被曝光。先在 AZ-9918专用显影液中对AZ-9918进行显影，形成源漏电极胶图形，再在 BN-302专用显影液中显影，形成栅电极光刻胶图形。
如图3-4所示，利用电子束热蒸发技术，在PI层正面和AZ-9918正 性光刻胶上，PI层背面和BN-302负性光刻胶上蒸镀Cr/Au(10/50nm)。在 丙酮中浸泡进行剥离，形成源、漏、栅金属电极。
如图3-5所示，利用热蒸发技术，在PI层正面和源、漏电极上蒸发形 成50nm酞菁铜的有机半导体层，完成器件制备。
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。
权利要求
1、一种有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，该方法利用一次掩膜光刻同时定义出有机薄膜晶体管的源、漏、栅电极，具体包括以下步骤在衬底(1)正面形成具有透光性的有机绝缘栅介质层(2)；用保护卡具(7)保护有机绝缘栅介质层(2)，腐蚀衬底(1)的背面至介质层镂空；在有机绝缘层(2)正面和背面涂光刻胶，从正面对光刻胶进行曝光，同时曝光背面光刻胶，在显影液中显影，形成源、漏电极的正性光刻胶掩模版(8)和栅电极的负性光刻胶掩模版(9)；分别在有机绝缘介质层(2)正面、正性光刻胶掩模版(8)、有机绝缘介质层(2)背面和负性光刻胶掩模版(9)上形成金属层，然后剥离形成源(6)、漏(4)、栅(5)电极；在有机绝缘介质层(2)正面，源(6)、漏(4)电极上形成有机半导体层(3)。
2、 根据权利要求l所述的有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于， 所述形成有机绝缘栅介质层(2)的步骤采用旋涂的方法在衬底(l)正面实 现，所述有机绝缘栅介质层(2)为有机材料，该有机材料的厚度通过控制旋 涂液浓度和旋转速度进行调节。
3、 根据权利要求1或2所述的有机薄膜晶体管的制备方法，其特征 在于，所述有机绝缘栅介质层(2)要求具有透光性、具有较大介电常数、较 大击穿电压和足够机械强度，且不会与用于衬底腐蚀的腐蚀液、光刻胶显 影的显影液发生化学反应。
4、 根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于， 所述腐蚀衬底(l)的背面至介质层镂空的步骤具体包括用保护卡具(7)保护有机绝缘栅介质层(2)，从衬底(l)的背面进行腐蚀， 腐蚀终止到有机绝缘栅介质层(2)的背面，使介质层镂空。
5、 根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于， 所述在有机绝缘层(2)正面和背面涂光刻胶、曝光、显影，形成源、漏电极 的正性光刻胶掩模版(8)和栅电极的负性光刻胶掩模版(9)的步骤具体包括:在有机绝缘层(2)正面上涂正性光刻胶(8)，背面上涂负性光刻胶(9)，利用掩模版(10)从正面对正性光刻胶(8)进行曝光，由于绝缘介质层(2)有透 光性，背面负性光刻胶(9)同时被曝光，分别在正性光刻胶显影液和负性光 刻胶显影液中显影，形成源、漏电极的正性光刻胶掩模版(8)和栅电极的负 性光刻胶掩模版(9)。
6、 根据权利要求5所述的有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于， 所述正性光刻胶显影液和负性光刻胶显影液彼此间不相互影响。
7、 根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于， 所述形成金属层，剥离形成源(6)、漏(4)、栅(5)电极的步骤中，源、漏、 栅金属电极采用方向性好的金属蒸发方法形成。
8、 根据权利要求l所述的有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于， 对于小分子有机半导体材料，所述有机半导体层(3)采用真空热蒸镀技术获 得；对于聚合物有机半导体材料，所述有机半导体层(3)采用旋涂或浸没 的方法获得。
全文摘要
本发明公开了一种有机薄膜晶体管的制备方法，利用一次掩膜光刻同时定义出有机薄膜晶体管的源漏栅电极，包括在衬底正面形成具有透光性的有机绝缘栅介质层；用保护卡具保护有机绝缘栅介质层，腐蚀衬底的背面至介质层镂空；在有机绝缘层正面和背面涂光刻胶，从正面对光刻胶进行曝光，同时曝光背面光刻胶，在显影液中显影，形成源漏电极的正性光刻胶掩模版和栅电极的负性光刻胶掩模版；在有机绝缘介质层正面、正性光刻胶掩模版、有机绝缘介质层背面和负性光刻胶掩模版上形成金属层，剥离形成源、漏、栅电极；在有机绝缘介质层正面，源漏电极上形成有机半导体层。本发明能够与传统的硅平面工艺兼容，制备的有机薄膜晶体管器件寄生电容小高频特性好。
文档编号H01L51/40GK101442104SQ20071017779
公开日2009年5月27日 申请日期2007年11月21日 优先权日2007年11月21日
发明者明 刘, 刘兴华, 商立伟, 甄丽娟 申请人:中国科学院微电子研究所