[发明专利]顶栅顶接触自对准有机薄膜晶体管的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种顶栅顶接触自对准型有机薄膜 晶体管(Organic Thin Film Transistor，OTFT)的制备方法。

背景技术

OTFT作为有机电子学的基本核心单元而受到全世界的广泛关注，它在有 机电子学中占有非常重要的地位。

OTFT的基本结构由衬底、栅电极、绝缘层、有源层、源漏电极等部分组 成，属于三端有源器件。根据栅电极与有源层之间的相对位置的不同，可以将 OTFT分为顶栅结构和底栅结构两种，栅电极在有源层之上的为顶栅结构，栅 电极在有源层之下的为底栅结构；根据源、漏电极与有源层之间的相对位置的 不同，又可以将器件分为顶接触类型和底接触类型的器件，源、漏电极电极在 有源层之上的为顶接触结构，源、漏电极电极在有机层有源层之下的为底接触 结构栅结构，四种器件结构如图1所示。

目前报道最多的OTFT结构都是以重掺杂(掺杂为硼或磷，衬底室温电阻 率小于0.02Ω·cm)的Si做衬底，在衬底上热氧化法制备100～500nm的SiO₂做绝缘层，在其上面蒸镀Au电极(进一步通过掩膜或光刻的方法得到源漏电 极)，之后再以真空蒸镀或是溶液法制备有机导电沟道作为有源层(也可以先做 有机沟道后再制作金属电极)。以n⁺⁺Si做衬底的FET器件的栅电极(即n⁺⁺Si 衬底)、绝缘层(SiO₂)、源漏电级(Au)，典型剖面示意图如图2所示。

从研究材料特性、SiO₂与有机材料表面界面态、源漏电极与有机材料界面 态角度来讲，这是一种非常方便且有效的器件结构，但是这种器件结构不适用 于制作集成电路。首先，硅衬底与Au电极价钱昂贵，成本高；其次，这种结 构以重掺杂的Si作为器件的栅电极，而集成电路不可能所有晶体管的栅电极都 接在一起，必须把栅电极分丌。设计适用于集成电路的OTFT器件结构十分重 要。

本发明结合传统自对准工艺原理设计了适用于OTFT的顶栅自对准器件结 构。传统的CMOS自对准工艺是指利用基片上已有的图案对基片上的光刻胶进 行曝光，或利用光刻胶做掩膜对基片上没有光刻胶的部分进行离子注入沉积薄 膜的工艺方法。

发明内容

本发明将传统多晶硅TFT中顶栅自对准结构引入于所设计的OTFT器件， 设计并制作了基于有机材料的顶栅顶接触自对准结构的薄膜晶体管。本发明的 目的是简化制作工艺，减小栅源、栅漏的正对交叠面积，从而降低漏电流，提 高器件的性能。

一、器件结构

器件结构如下：绝缘衬底/有机有源层/绝缘层(通过掩膜或光刻将绝缘层图 案化)/金属栅、源、漏电极。

具体制作工艺如下：在绝缘衬底上直接沉积有机薄膜作为有源层；在有源 层上制作绝缘层，并(掩膜或光刻)实现绝缘层的图案化，使得绝缘层与有源 层之间形成界线分明的台阶；最后在绝缘层上蒸镀金属层，调节合适的绝缘层 与金属层厚度，就可以使得金属层沿着已有的台阶断裂，从而形成栅、源、漏 电极的自对准结构。

二、制作工艺

1.基片清洗

首先采用乙醇/丙酮混合溶剂超声清洗作为绝缘衬底的基片10～15分钟， 除去基片表面的油脂和有机物；然后将基片放入去离子水中，煮沸到基片表面 无残留气泡为止，随后再次超声清洗10～20分钟，洗去含污物的洗涤剂和一些 无机污染物；最后再用去离子水超声10～20分钟进行漂洗，漂洗结束后，将基 片置于超净间内的洁净工作台中，用红外灯烘烤1～5小时，彻底除去表面的水 分。

2.在基片上沉积40～60nm厚的CuPc作为有源层4；

3.在有源层上沉积300～350nm厚的尼龙(Polyamide，PA)/CaF₂作为绝 缘层5，再通过掩膜或光刻后，形成有源层-绝缘层-有源层的台阶结构；即在器 件中间区域有源层4的上面是绝缘层5，而在其它区域有源层4上面的绝缘层 5被光刻掉，而露出有源层4；绝缘层是尼龙/CaF₂复合层，先生长尼龙层，其 厚度为5～20nm，然后生长CaF₂层，其厚度为295～330nm。

4.在台阶结构的有源层上各沉积100～150nm厚的Al金属层作为漏电极2 和源电极3；