[發(fā)明專利]PVDF有機(jī)聚合物薄膜電容器的光刻制備方法

有效

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• 申請日: 2010-01-27
• 公開（公告）號: CN101777424A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李超;孫璟蘭;孟祥建;王建祿;田莉;喬輝;張燕;李向陽
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號: H01G4/33
• 分類號: H01G4/33;H01G4/14;H01G4/005;H01L21/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子元器件制造技術(shù)，具體指一種PVDF有機(jī)聚合物薄膜電容器的光刻制備方法。

背景技術(shù)

近年來，有機(jī)聚合物薄膜由于電學(xué)特性好、工藝簡單、成本低、與各種有機(jī)及無機(jī)襯底兼容等優(yōu)異特性受到廣泛關(guān)注，已經(jīng)從材料研究走向各種有機(jī)器件的制備階段，其光電響應(yīng)已可與無機(jī)材料相媲美，同時，在顯示、射頻鑒別系統(tǒng)、智能卡存儲等領(lǐng)域有巨大的潛在應(yīng)用，促進(jìn)了有機(jī)襯底上有源電路的產(chǎn)生。

有機(jī)聚合物薄膜的制備方法完全不同于無機(jī)薄膜。目前，有機(jī)聚合物薄膜的制備主要采用兩種工藝：一，溶膠凝膠法或LB膜等工藝，然后對有機(jī)薄膜進(jìn)行化學(xué)或熱處理，代表材料為目前新興的PVDF薄膜；二，真空分子束沉積法，在真空腔中熱沉積有機(jī)薄膜，代表材料為目前性能優(yōu)異的并五苯有機(jī)半導(dǎo)體薄膜。無論是那種方法制備的有機(jī)薄膜，光刻都是目前有機(jī)器件制備中的難題。由于常規(guī)光刻工藝使用的化學(xué)試劑均為有機(jī)溶劑，有機(jī)聚合物薄膜與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此有機(jī)薄膜無法采用常規(guī)光刻工藝。

以傳統(tǒng)的PVDF有機(jī)聚合物電容器結(jié)構(gòu)為例，器件制備中只有底電極可以采用常規(guī)工藝進(jìn)行光刻制備，采用溶膠凝膠法或LB膜法制備有機(jī)薄膜后，由于無法光刻，上電極只能采用金屬掩膜板生長或噴涂印刷技術(shù)。這種電容器結(jié)構(gòu)的突出問題在于：一，由于無法光刻，功能區(qū)不能精確確定，功能區(qū)側(cè)面暴露在外，影響了器件的穩(wěn)定性和可靠性；二，有機(jī)聚合物薄膜自身作為介電層隔離上下電極，在邊緣處存在尖端效應(yīng)，易擊穿；三，非功能區(qū)無法通過刻蝕等方法選擇性去除，影響了相鄰器件的測量，使器件容易級聯(lián)擊穿，同時嚴(yán)重制約了下電極的引出及與其他元器件的互連；四，由于金屬掩膜板或者印刷噴涂技術(shù)的精度限制，上電極的面積最小只能到200μm×200μm，這極大限制了工藝的精度和尺度，無法進(jìn)行精確的小面元器件及線列、面陣器件的制備，限制了有機(jī)器件的應(yīng)用范圍；五，由于PVDF有機(jī)薄膜與光刻溶劑發(fā)生反應(yīng)，這使得電容器器件只能做為器件工藝的終結(jié)步驟，無法繼續(xù)進(jìn)行傳統(tǒng)工藝，限制了與其他器件的集成。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有PVDF電容器器件工藝中PVDF聚合物薄膜無法光刻的難題，提出一種PVDF有機(jī)聚合物薄膜電容器的光刻制備技術(shù)，這種PVDF有機(jī)聚合物電容器結(jié)構(gòu)可以解決電容器的邊緣擊穿效應(yīng)，并與后續(xù)光刻工藝互融，方便與其他器件的集成。

本發(fā)明一種PVDF有機(jī)聚合物薄膜光刻方法制備的電容器器件，其特征在于，器件結(jié)構(gòu)包括：

一襯底；

一金屬底電極，該金屬底電極生長在襯底上；

一介電絕緣層，該介電絕緣層生長在金屬底電極上，邊緣落于襯底上，并且有開孔；

一有機(jī)聚合物薄膜，該有機(jī)聚合物薄膜生長在介電絕緣層開孔上，并且該有機(jī)聚合物薄膜的面積大于介電絕緣層的開孔面積，邊緣落在介電絕緣層上；

一金屬上電極，該金屬上電極生長在有機(jī)聚合物薄膜層上，其面積與有機(jī)聚合物薄膜功能區(qū)面積相同；

一包裹電極，該包裹電極將有機(jī)聚合物薄膜側(cè)面與金屬上電極包裹起來，邊緣落在介電絕緣層上。

其中襯底為藍(lán)寶石、硅、氮化鎵或ITO玻璃。

其中金屬底電極為熱蒸發(fā)低溫沉積的鋁電極，厚度不小于100nm，電極為長方形結(jié)構(gòu)。

其中介電絕緣層為二氧化硅或氮化硅絕緣層，介電絕緣層邊緣位于襯底上，為孔型，介電絕緣層將部分金屬底電極包裹起來，開孔略小于器件的功能區(qū)面積，厚度不小于300nm。

其中有機(jī)聚合物薄膜為溶膠凝膠法或LB膜法制備的PVDF薄膜，厚度為30nm-300nm。

其中金屬上電極為熱蒸發(fā)低溫沉積的鋁電極，厚度不小于100nm，該金屬上電極面積與PVDF有機(jī)聚合物薄膜功能區(qū)面積相同。

其中包裹電極為熱蒸發(fā)沉積的厚度不小于150nm的金電極，電極為長方形結(jié)構(gòu)，與下電極交叉成十字，邊緣落在介電絕緣層上，其面積大于PVDF有機(jī)聚合物薄膜功能區(qū)面積，將PVDF有機(jī)聚合物薄膜功能區(qū)側(cè)面及金屬上電極包裹起來。

本發(fā)明一種PVDF有機(jī)聚合物薄膜電容器器件的光刻制備方法，其特征在于，工藝步驟如下：

1在襯底上利用熱蒸發(fā)設(shè)備低溫沉積金屬底電極；

2在底電極上濺射生長二氧化硅或氮化硅介電絕緣層；

3光刻腐蝕二氧化硅或氮化硅介電絕緣層，形成PVDF有機(jī)聚合物薄膜的電極開孔；

4溶膠凝膠法或LB膜法制備PVDF有機(jī)聚合物薄膜；

5在PVDF有機(jī)聚合物薄膜上利用熱蒸發(fā)設(shè)備低溫沉積金屬上電極；

6光刻腐蝕金屬上電極；