[发明专利]半导体器件结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种半导体器件结构及其制备方法。

背景技术

随着信息技术的不断深入，电子产品已经进入人们生活工作的每个环节。在日常生活中人们对低成本、柔性、低重量、便携的电子产品的需求越来越大，传统的基于无机半导体材料的器件和电路难于满足这些要求，因此可以实现这些特性的基于有机聚合物半导体材料的有机微电子技术在这一趋势下得到了人们越来越多的关注。

有机场效应晶体管作为有机电路的基础元器件，其性能对电路的性能起着决定性的作用。其中迁移率决定了器件工作的快慢，进而影响电路的工作频率；电压，包括工作电压和阈值电压，决定了器件以及电路的功耗。

本发明提出了一种新型的半导体器件结构，该结构通过氧化工艺使得金属电极表面生长了一层0.1至5纳米的氧化物薄膜，使得金属电极的表面特性发生转变，变得与栅介质层的表面特性类似，从而可以采用相同的表面改性材料对金属表面和栅介质层表面进行修饰，形成由同一种材料修饰的栅介质表面和源漏电极表面，因此消除了传统结构中有机半导体薄膜由于在栅介质层和源漏电极层两个区域表面性能的突变而造成的薄膜晶体结构突变，形成单一界面的有机场效应晶体管结构，有效地改善有机半导体薄膜的生长质量，提高器件的性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种半导体器件结构及其制备方法，以消除传统结构中有机半导体薄膜由于在栅介质层和源漏电极层两个区域表面性能的突变而造成的薄膜晶体结构突变，形成单一界面的有机场效应晶体管结构，有效地改善有机半导体薄膜的生长质量，提高器件的性能。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种半导体器件结构，包括：

绝缘衬底；

位于该绝缘衬底之上的栅电极；

覆盖于该绝缘衬底及该栅电极之上的栅介质层；

位于该栅介质层之上的源漏电极；

覆盖于该源漏电极上表面及侧面的金属氧化物层；

覆盖于该栅介质层及该金属氧化物层之上的修饰层；以及

覆盖于该修饰层之上的有机半导体层。

上述方案中，所述金属氧化物层是在源漏电极表面通过氧化工艺原位生长的一层0.1至5纳米的氧化物薄膜。

上述方案中，所述绝缘衬底为长有氧化硅或氮化硅薄膜的硅片、绝缘玻璃或绝缘塑料薄膜。

上述方案中，所述栅电极采用金、铝、铂、铜、银、镍、铬、钛或钽制作而成。

上述方案中，所述栅介质层采用氧化硅、氮化硅、氧化锆、氧化铝、氧化钽、氧化铪、聚酰亚胺PI、聚乙烯吡硌烷酮PVP、聚甲基丙稀酸甲酯PMMA或聚对二甲苯parylene制作而成。

上述方案中，所述源漏电极采用金、铝、铂、铜、银、镍、铬、钛或钽制作而成。

上述方案中，所述金属氧化物层与所述修饰层采用同一种薄膜材料，该薄膜材料为三氟丙基三氯硅烷、2-苯乙基三氯化硅烷、叔丁基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷或六甲基二硅胺。

上述方案中，所述有机半导体层采用并五苯、金属酞菁CuPc、P3HT、噻吩或红荧稀制作而成。

一种制备半导体器件结构的方法，包括：

在绝缘衬底上制备图形化的栅电极；

在栅电极层上沉积栅介质层，该栅介质层覆盖于该绝缘衬底及该栅电极之上；

在栅介质层的上表面制备图形化的源漏电极；

在源漏电极表面原位生长一层氧化物薄膜；

在栅介质层表面和源漏电极的上表面生长一层修饰层薄膜；以及

在经过修饰的样品表面沉积有机半导体薄膜。

上述方案中，所述在绝缘衬底上制备图形化的栅电极的步骤中，栅电极层的制备采用薄膜沉积方法，该薄膜沉积方法包括真空热物理沉积、电子束沉积、离子辅助沉积、溅射、喷墨打印或旋涂；其中栅电极的图形化采用光刻加刻蚀，或者光刻加金属剥离工艺。

上述方案中，所述在栅电极层上沉积栅介质层的步骤中，栅介质层通过低压化学气相沉积、溅射、原子层沉积、电子束蒸发、离子辅助沉积或者旋涂技术来制备。

上述方案中，所述在栅介质层的上表面制备图形化的源漏电极的步骤中，源漏电极的制备采用薄膜沉积方法，该薄膜沉积方法包括真空热物理沉积、电子束沉积、离子辅助沉积、溅射、喷墨打印或旋涂，源漏电极的图形化采用光刻加刻蚀，或者光刻加金属剥离工艺。