專利名稱：半導體器件結構及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體器件技術領域，特別涉及一種半導體器件結構及其制備方法。
背景技術：
隨著信息技術的不斷深入，電子產(chǎn)品已經(jīng)進入人們生活工作的每個環(huán)節(jié)。在日常生活中人們對低成本、柔性、低重量、便攜的電子產(chǎn)品的需求越來越大，傳統(tǒng)的基于無機半導體材料的器件和電路難于滿足這些要求，因此可以實現(xiàn)這些特性的基于有機聚合物半導體材料的有機微電子技術在這一趨勢下得到了人們越來越多的關注。有機場效應晶體管作為有機電路的基礎元器件，其性能對電路的性能起著決定性的作用。其中遷移率決定了器件工作的快慢，進而影響電路的工作頻率；電壓，包括工作電壓和閾值電壓，決定了器件以及電路的功耗。 本發(fā)明提出了一種新型的半導體器件結構，該結構通過氧化工藝使得金屬電極表面生長了一層O. I至5納米的氧化物薄膜，使得金屬電極的表面特性發(fā)生轉(zhuǎn)變，變得與柵介質(zhì)層的表面特性類似，從而可以采用相同的表面改性材料對金屬表面和柵介質(zhì)層表面進行修飾，形成由同一種材料修飾的柵介質(zhì)表面和源漏電極表面，因此消除了傳統(tǒng)結構中有機半導體薄膜由于在柵介質(zhì)層和源漏電極層兩個區(qū)域表面性能的突變而造成的薄膜晶體結構突變，形成單一界面的有機場效應晶體管結構，有效地改善有機半導體薄膜的生長質(zhì)量，提聞器件的性能。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種半導體器件結構及其制備方法，以消除傳統(tǒng)結構中有機半導體薄膜由于在柵介質(zhì)層和源漏電極層兩個區(qū)域表面性能的突變而造成的薄膜晶體結構突變，形成單一界面的有機場效應晶體管結構，有效地改善有機半導體薄膜的生長質(zhì)量，提高器件的性能。( 二 )技術方案為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的一種半導體器件結構，包括絕緣襯底；位于該絕緣襯底之上的柵電極；覆蓋于該絕緣襯底及該柵電極之上的柵介質(zhì)層；位于該柵介質(zhì)層之上的源漏電極；覆蓋于該源漏電極上表面及側(cè)面的金屬氧化物層；覆蓋于該柵介質(zhì)層及該金屬氧化物層之上的修飾層；以及覆蓋于該修飾層之上的有機半導體層。上述方案中，所述金屬氧化物層是在源漏電極表面通過氧化工藝原位生長的一層O. I至5納米的氧化物薄膜。上述方案中，所述絕緣襯底為長有氧化硅或氮化硅薄膜的硅片、絕緣玻璃或絕緣
塑料薄膜。上述方案中，所述柵電極采用金、鋁、鉬、銅、銀、鎳、鉻、鈦或鉭制作而成。上述方案中，所述柵介質(zhì)層采用氧化硅、氮化硅、氧化鋯、氧化鋁、氧化鉭、氧化鉿、聚酰亞胺PI、聚乙烯吡硌烷酮PVP、聚甲基丙稀酸甲酯PMMA或聚對二甲苯parylene制作而成。上述方案中，所述源漏電極采用金、鋁、鉬、銅、銀、鎳、鉻、鈦或鉭制作而成。上述方案中，所述金屬氧化物層與所述修飾層采用同一種薄膜材料，該薄膜材料為二氣丙基二氣娃燒、2-苯乙基二氣化娃燒、叔丁基二氣娃燒、十八燒基二氣娃燒或六甲基二硅胺。上述方案中，所述有機半導體層采用并五苯、金屬酞菁CuPc、P3HT、噻吩或紅熒稀制作而成。一種制備半導體器件結構的方法，包括在絕緣襯底上制備圖形化的柵電極；在柵電極層上沉積柵介質(zhì)層，該柵介質(zhì)層覆蓋于該絕緣襯底及該柵電極之上；在柵介質(zhì)層的上表面制備圖形化的源漏電極；在源漏電極表面原位生長一層氧化物薄膜；在柵介質(zhì)層表面和源漏電極的上表面生長一層修飾層薄膜；以及在經(jīng)過修飾的樣品表面沉積有機半導體薄膜。上述方案中，所述在絕緣襯底上制備圖形化的柵電極的步驟中，柵電極層的制備采用薄膜沉積方法，該薄膜沉積方法包括真空熱物理沉積、電子束沉積、離子輔助沉積、濺射、噴墨打印或旋涂；其中柵電極的圖形化采用光刻加刻蝕，或者光刻加金屬剝離工藝。上述方案中，所述在柵電極層上沉積柵介質(zhì)層的步驟中，柵介質(zhì)層通過低壓化學氣相沉積、濺射、原子層沉積、電子束蒸發(fā)、離子輔助沉積或者旋涂技術來制備。上述方案中，所述在柵介質(zhì)層的上表面制備圖形化的源漏電極的步驟中，源漏電極的制備采用薄膜沉積方法，該薄膜沉積方法包括真空熱物理沉積、電子束沉積、離子輔助沉積、濺射、噴墨打印或旋涂，源漏電極的圖形化采用光刻加刻蝕，或者光刻加金屬剝離工藝。上述方案中，所述在源漏電極表面原位生長一層氧化物薄膜的步驟中，該氧化物薄膜的生長技術包括氧等離子體表面處理和快速熱退火。上述方案中，所述在柵介質(zhì)層表面和源漏電極的上表面生長一層修飾層薄膜的步驟中，柵介質(zhì)層表面和源漏電極表面的修飾技術包括液相法和氣相法。上述方案中，所述在經(jīng)過修飾的樣品表面沉積有機半導體薄膜的步驟中，有機半導層薄膜通過真空熱蒸發(fā)、旋涂、滴涂或噴墨打印工藝來制備。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果
I、本發(fā)明提供的這種半導體器件結構，能夠通過改變表面性能形成由同一種材料修飾的柵介質(zhì)表面和源漏電極表面，消除了傳統(tǒng)結構中有機半導體薄膜由于在柵介質(zhì)層和源漏電極層兩個區(qū)域表面性能的突變而造成的薄膜晶體結構突變，有效地改善有機半導體薄膜的生長質(zhì)量，提高器件的性能。
2、本發(fā)明提供的這種制備半導體器件的方法，采用先制備所有電極的工藝，有效避免了電極制備過程中對有機功能薄膜損傷，并且能夠和現(xiàn)有的微加工技術兼容，能夠充分利用現(xiàn)有設備，降低新器件制備的成本。


為了更進一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結合附圖及實施例子，對本發(fā)明做詳細描述，圖I為本發(fā)明提供的半導體器件結構的示意圖；圖2-1至圖2-6為本發(fā)明提供的半導體器件結構的制備流程示意圖；圖3為依照本發(fā)明實施例的半導體器件結構的示意圖；圖4-1至圖4-9為對應于圖3所示實施例的半導體器件結構的制備工藝示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。如圖I所示，圖I為本發(fā)明提供的半導體器件結構的示意圖，該半導體器件結構，包括絕緣襯底、位于該絕緣襯底之上的柵電極、覆蓋于該絕緣襯底及該柵電極之上的柵介質(zhì)層、位于該柵介質(zhì)層之上的源漏電極、覆蓋于該源漏電極上表面及側(cè)面的金屬氧化物層、覆蓋于該柵介質(zhì)層及該金屬氧化物層之上的修飾層，以及覆蓋于該修飾層之上的有機半導體層。其中，金屬氧化物層是在源漏電極表面通過氧化工藝原位生長的一層O. I至5納米的氧化物薄膜。絕緣襯底101為電極、柵介質(zhì)和有機半導體薄膜層的支撐部分，襯底應具有較低的表面粗糙度，和一定的防水汽和氧氣滲透的能力，包括長有氧化硅、氮化硅等絕緣薄膜的硅片，絕緣玻璃和絕緣塑料薄膜。柵電極102采用金、鋁、鉬、銅、銀、鎳、鉻、鈦或鉭制作而成。柵介質(zhì)103的材料種類包括氧化硅，氮化硅，氧化鋯，氧化鋁，氧化鉭、氧化鉿，聚酰亞胺(PI)、聚乙烯吡硌烷酮(PVP)、聚甲基丙稀酸甲酯(PMMA)和聚對二甲苯(parylene)。源漏電極104采用金、鋁、鉬、銅、銀、鎳、鉻、鈦或鉭制作而成。金屬氧化物層105與修飾層106采用同一種薄膜材料，該薄膜材料為三氟丙基三氯硅烷、2-苯乙基三氯化硅烷、叔丁基三氯娃燒、十八燒基三氯娃燒或六甲基二娃胺。有機半導體層107米用并五苯、金屬酞菁CuPc、P3HT、噻吩或紅熒稀制作而成。同時，本發(fā)明還提供一種的半導體器件結構的制備方法，該方法包括如附圖2-1所示，在絕緣襯底201上制備圖形化的柵電極202。柵電極層的薄膜沉積方法包括真空熱物理沉積、電子束沉積、離子輔助沉積、濺射、噴墨打印、旋涂。其中金屬電極的圖形化采用先沉積薄膜，再光刻、刻蝕形成電極圖形的工藝，或者采用先光刻形成對應的光刻膠圖形，然后沉積金屬薄膜，再通過金屬剝離去除多余金屬薄膜的工藝。如附圖2-2所不，在柵電極層202上表面沉積柵介質(zhì)層203,覆蓋整個樣品表面。柵介質(zhì)層薄膜通過低壓化學氣相沉積、濺射、原子層沉積、電子束蒸發(fā)、離子輔助沉積、或者旋涂技術來制備。如附圖2-3所示，在柵介質(zhì)層203的上表面制備圖形化的源漏電極204。源、漏電極層的薄膜沉積方法包括真空熱物理沉積、電子束沉積、離子輔助沉積、濺射、噴墨打印、旋涂。其中金屬電極的圖形化采用先沉積薄膜，再光刻、刻蝕形成電極圖形的工藝，或者采用先光刻形成對應的光刻膠圖形，然后沉積金屬薄膜，再通過金屬剝離去除多余金屬薄膜的工藝。如附圖2-4所示，通過氧化技術使得源漏電極204表面生長一層金屬氧化物薄膜205。源漏電極層表面的氧化物薄膜生長技術包括氧等離子體表面處理、快速熱退火。如附圖2-5所不,米用化學修飾技術在柵介質(zhì)層203和金屬氧化物層205的上表面生長一層修飾層薄膜206。柵介質(zhì)層表面和源漏電極表面的修飾技術包括液相法和氣相法。液相法通過把樣品浸沒到含有修飾材料的溶液中一段時間，修飾材料通過自組裝生長即可在樣品表面形成一層極薄的薄膜。氣相法通過把樣品放置在修飾材料的氣氛中一段時間，修飾材料通過自組裝生長即可在樣品表面形成一層極薄的薄膜。 如附圖2-6所示，在經(jīng)過修飾的樣品表面沉積有機半導體薄膜207，完成器件的制備。有機半導層薄膜通過真空熱蒸發(fā)、旋涂、滴涂、噴墨打印工藝來制備。實施例如圖3所示，圖3為依照本發(fā)明實施例的半導體器件結構的示意圖，該結構包括絕緣襯底101、柵電極102、柵介質(zhì)層103、源漏電極104、金屬氧化物層105、修飾層106和半導體層107。絕緣襯底為生長了 300nm氧化硅薄膜的硅片，柵電極為50nm厚的鋁金屬薄膜，柵介質(zhì)為IOOnm厚的氧化鋁薄膜，源、漏電極為50nm的鋁薄膜，修飾層為單分子層的十八烷基三氯娃燒，有機半導體為50nm的并五苯薄膜。其中柵電極102位于絕緣襯底101的上表面，柵介質(zhì)103層位于柵電極102的上表面,源漏電極104位于柵介質(zhì)層103的上表面,金屬氧化物層105覆蓋源漏電極104的上表面和側(cè)面，修飾層106覆蓋柵介質(zhì)103的上表面和源漏電極104的上表面及側(cè)面，有機半導體層107覆蓋在修飾層106的上表面。圖4-1至圖4-9為對應于圖3所示實施例的半導體器件結構的制備工藝示意圖。如圖4-1所示，在300nm的氧化硅絕緣襯底401上旋涂2微米的正性光刻膠薄膜，然后曝光，顯影，制備出柵電極的光刻膠圖形層402。如圖4-2所不,在樣品表面通過電子束蒸發(fā)沉積50nm厚的招金屬薄膜403。如圖4-3所示，把樣品放入丙酮溶液中，光刻膠溶解的同時把膠薄膜表面的金屬薄膜從樣品表面剝離，留下沉積到?jīng)]有光刻膠區(qū)域金屬薄膜，形成圖形化的柵電極404。如圖4-4所示，在圖形化的金屬鋁柵電極層404表面上通過原子層沉積制備IOOnm的氧化鋁薄膜作為柵介質(zhì)層405。如圖4-5所示，在制備好的柵介質(zhì)層405的樣品表面涂覆2微米的光刻膠薄膜，然后采用光刻技術制備出源、漏電極對應的光刻膠圖形薄膜406。如圖4-6所示，在樣品表面通過電子束蒸發(fā)沉積50nm的鋁薄膜，再把樣品整個浸泡在丙酮溶液中，把光刻膠溶解，同時把光刻膠表面的金屬去除，留下在柵介質(zhì)層上圖形化的鋁薄膜作為源、漏電極407。如圖4-7所示，在制備好了源、漏電極407的樣品表面通過氧等離子體處理生成一層I納米厚的氧化鋁薄膜408。
如圖4-8所示，在樣品表面通過氣相修飾法在金屬電極的氧化鋁薄膜和柵介質(zhì)的氧化鋁薄膜表面上生長一層十八烷基三氯硅烷單分子層修飾薄膜409。如圖4-9所不,米用真空熱沉積技術在樣品表面上生長一層50納米的并五苯有機半導體薄膜410，完成器件的制備。 以上所述的具體實施例，對本發(fā)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(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種半導體器件結構，其特征在于，包括 絕緣襯底； 位于該絕緣襯底之上的柵電極； 覆蓋于該絕緣襯底及該柵電極之上的柵介質(zhì)層； 位于該柵介質(zhì)層之上的源漏電極； 覆蓋于該源漏電極上表面及側(cè)面的金屬氧化物層； 覆蓋于該柵介質(zhì)層及該金屬氧化物層之上的修飾層；以及 覆蓋于該修飾層之上的有機半導體層。
2.根據(jù)權利要求I所述的半導體器件結構，其特征在于，所述金屬氧化物層是在源漏電極表面通過氧化工藝原位生長的一層O. I至5納米的氧化物薄膜。
3.根據(jù)權利要求I所述的半導體器件結構，其特征在于，所述絕緣襯底為長有氧化硅或氮化硅薄膜的硅片、絕緣玻璃或絕緣塑料薄膜。
4.根據(jù)權利要求I所述的半導體器件結構，其特征在于，所述柵電極采用金、鋁、鉬、銅、銀、鎳、鉻、鈦或鉭制作而成。
5.根據(jù)權利要求I所述的半導體器件結構，其特征在于，所述柵介質(zhì)層采用氧化硅、氮化硅、氧化鋯、氧化鋁、氧化鉭、氧化鉿、聚酰亞胺PI、聚乙烯吡硌烷酮PVP、聚甲基丙稀酸甲酯PMMA或聚對二甲苯parylene制作而成。
6.根據(jù)權利要求I所述的半導體器件結構，其特征在于，所述源漏電極采用金、鋁、鉬、銅、銀、鎳、鉻、鈦或鉭制作而成。
7.根據(jù)權利要求I所述的半導體器件結構，其特征在于，所述金屬氧化物層與所述修飾層采用同一種薄膜材料，該薄膜材料為三氟丙基三氯硅烷、2-苯乙基三氯化硅烷、叔丁基二氯娃燒、十八燒基二氯娃燒或六甲基二娃胺。
8.根據(jù)權利要求I所述的半導體器件結構，其特征在于，所述有機半導體層采用并五苯、金屬酞菁CuPc、P3HT、噻吩或紅熒稀制作而成。
9.一種制備半導體器件結構的方法，其特征在于，包括 在絕緣襯底上制備圖形化的柵電極； 在柵電極層上沉積柵介質(zhì)層，該柵介質(zhì)層覆蓋于該絕緣襯底及該柵電極之上； 在柵介質(zhì)層的上表面制備圖形化的源漏電極； 在源漏電極表面原位生長一層氧化物薄膜； 在柵介質(zhì)層表面和源漏電極的上表面生長一層修飾層薄膜；以及 在經(jīng)過修飾的樣品表面沉積有機半導體薄膜。
10.根據(jù)權利要求9所述的制備半導體器件結構的方法，其特征在于，所述在絕緣襯底上制備圖形化的柵電極的步驟中，柵電極層的制備采用薄膜沉積方法，該薄膜沉積方法包括真空熱物理沉積、電子束沉積、離子輔助沉積、濺射、噴墨打印或旋涂；其中柵電極的圖形化采用光刻加刻蝕，或者光刻加金屬剝離工藝。
11.根據(jù)權利要求9所述的制備半導體器件結構的方法，其特征在于，所述在柵電極層上沉積柵介質(zhì)層的步驟中，柵介質(zhì)層通過低壓化學氣相沉積、濺射、原子層沉積、電子束蒸發(fā)、離子輔助沉積或者旋涂技術來制備。
12.根據(jù)權利要求9所述的制備半導體器件結構的方法，其特征在于，所述在柵介質(zhì)層的上表面制備圖形化的源漏電極的步驟中，源漏電極的制備采用薄膜沉積方法，該薄膜沉積方法包括真空熱物理沉積、電子束沉積、離子輔助沉積、濺射、噴墨打印或旋涂，源漏電極的圖形化采用光刻加刻蝕，或者光刻加金屬剝離工藝。
13.根據(jù)權利要求9所述的制備半導體器件結構的方法，其特征在于，所述在源漏電極表面原位生長一層氧化物薄膜的步驟中，該氧化物薄膜的生長技術包括氧等離子體表面處理和快速熱退火。
14.根據(jù)權利要求9所述的制備半導體器件結構的方法，其特征在于，所述在柵介質(zhì)層表面和源漏電極的上表面生長一層修飾層薄膜的步驟中，柵介質(zhì)層表面和源漏電極表面的修飾技術包括液相法和氣相法。
15.根據(jù)權利要求9所述的制備半導體器件結構的方法，其特征在于，所述在經(jīng)過修飾的樣品表面沉積有機半導體薄膜的步驟中，有機半導層薄膜通過真空熱蒸發(fā)、旋涂、滴涂或噴墨打印工藝來制備。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導體器件結構及其制備方法。該結構包括絕緣襯底、柵電極、柵介質(zhì)層、源漏電極、修飾層和有機半導體層。柵電極位于絕緣襯底的上表面，柵介質(zhì)層位于柵電極的上表面，源漏電極位于柵介質(zhì)層的上表面，修飾層覆蓋柵介質(zhì)的上表面和源漏電極的上表面，有機半導體層覆蓋在修飾層的上表面。該結構的特點在于通過氧化工藝使得金屬電極表面生長了一層0.1至5納米的氧化物薄膜，使得金屬電極的表面特性發(fā)生轉(zhuǎn)變，變得與柵介質(zhì)層的表面特性類似，從而可以采用相同的表面改性材料對金屬表面和柵介質(zhì)層表面進行修飾，使得有機半導體薄膜與金屬電極和柵介質(zhì)層之間形成相同的界面，可以有效地改善有機半導體薄膜的生長質(zhì)量，提高器件的性能。
文檔編號H01L51/10GK102655213SQ20111005008
公開日2012年9月5日 申請日期2011年3月2日 優(yōu)先權日2011年3月2日
發(fā)明者劉明, 商立偉, 姬濯宇, 王艷花 申請人:中國科學院微電子研究所