CN100470872C - 一种纳米级交叉线阵列结构有机分子器件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微电子学与分子电子学中的微细加工领域，特别是一种纳米级交叉线阵列结构有机分子器件的制备方法。其步骤如下：1.在基片表面上淀积绝缘层薄膜；2.在绝缘层薄膜表面上旋涂电子束抗蚀剂，电子束曝光、显影得到下电极图形；3.蒸发制备下电极金属；4.金属剥离得到交叉线下电极；5、在下电极上覆盖生长有机分子薄膜；6.在有机分子薄膜上蒸发制备金属保护层；7.在保护层上面旋涂双层光刻胶，电子束曝光、显影得到上电极图形；8.斜向蒸发制备上电极金属薄膜；9.金属剥离得到交叉线上电极；10.干法刻蚀保护层，完成交叉线有机分子器件的制备。

Description

一种纳米级交叉线阵列结构有机分子器件的制备方法
技术领域
本发明属于微电子学与分子电子学中的微细加工领域，特别涉是一种纳米级交叉线阵列结构有机分子器件的制备方法。
背景技术
随着大规模集成电路的特征尺寸进入到纳米级，传统的硅基集成电路技术面临挑战，新材料及新结构的研究成为热点，纳电子学分支之一的分子电子器件正在蓬勃发展。FET和交叉线是目前主要的分子电子器件的结构，而交叉线结构有利于集成受到广泛关注。目前的交叉线结构的制作流程一般为首先制备下电极，然后生长有机材料，最后完成上电极的制备，其中在上电极的制备过程中会引入污染以及对该有机材料造成损伤，其加工难度较大，并且不利于器件性能的提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米级交叉线阵列结构有机分子器件的制备方法，它首先制作下电极结构，然后生长有机材料，再生长保护层，最后制作上电极结构，从而获得纳米交叉线阵列结构的有机分子器件。
一种纳米级交叉线阵列结构有机分子器件的制备方法，是由两次电子束光刻、三次金属蒸发、一次有机薄膜沉积生长，两次干法刻蚀，获得交叉线有机分子器件的，其步骤如下：1、在基片表面上淀积绝缘层薄膜；2、在绝缘层薄膜表面上旋涂电子束抗蚀剂，电子束曝光、显影得到下电极图形；3、蒸发制备下电极金属；4、金属剥离得到交叉线下电极；5、在下电极上覆盖生长有机分子薄膜；6、在有机分子薄膜上蒸发制备金属保护层；7、在金属保护层上面旋涂显影速度不同的双层光刻胶，电子束曝光、显影得到上电极图形；8、斜向蒸发制备上电极金属薄膜；9、金属剥离得到交叉线上电极；10、干法刻蚀保护层，完成交叉线有机分子器件的制备。
所述的纳米级交叉线阵列结构有机分子器件的制备方法，其中所述的上电极图形是通过此前的基础上旋涂双层电子束光刻胶，经电子束曝光、显影获得的，这次采用的双层电子束光刻胶显影速度不同，主要是为了获得底部宽大、顶部狭窄的显影图形，从而得到更大的斜蒸自由度。
所述的纳米级交叉线阵列结构有机分子器件的制备方法，其中所述的上电极金属薄膜是通过金属斜向蒸发的方法(该技术下文有详细说明)获得的，其目的是把交叉点位置放在没有受电子束曝光影响的区域，避免采用经电子束曝光的有机分子薄膜来构成器件。
所述的纳米级交叉线阵列结构有机分子器件的制备方法，其中所述的金属保护层的刻蚀是采用干法刻蚀技术完成的。
所述的纳米级交叉线阵列结构有机分子器件的制备方法，其中所述的有机薄膜层的刻蚀是采用干法刻蚀技术完成的。
其中所述纳米级交叉线结构是由两次电子束光刻、三次蒸发、两次干法刻蚀，一次有机分子薄膜的蒸发或液相生长，来获得交叉线阵列有机分子器件。
斜蒸工艺是在普通蒸发工艺的基础上通过改变样品的托盘或卡具，使沉积的金属蒸气和掩蔽层表面有一个不等于90度的夹角得来的，主要功能是可以在悬空的胶掩蔽层下面沉积金属物质。
本发明的特点是首先通过电子束光刻和金属蒸发以及金属剥离的方法制备得到下电极，然后生长有机材料，蒸发金属保护层，再通过电子束光刻和金属斜向蒸发以及金属剥离的方法制备得到上电极，避免电子束曝光和金属剥离等工艺对有机分子薄膜造成的损伤，提高了有机材料与微电子工艺结合来制备器件的可靠性。
附图说明
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1-1至图1-14是本发明的流程图；
图2-1至图2-14是本发明实施例子的流程图，图3-1至3-3是斜蒸工艺的示意图。
具体实施方式
发明流程图(流程图中选取的剖面为图1-14中A-A剖面)：
1、如图1-1所示，在衬底表面上通过热氧化生长或化学气相沉积的方法制备绝缘层薄膜。
2、如图1-2所示，在绝缘层薄膜表面上旋涂电子束光刻胶，在热板或烘箱里进行烘烤。
3、如图1-3所示，经电子束曝光，显影后在光刻胶上获得下电极图形。
4、如图1-4所示，金属蒸发方法获得下电极金属薄膜。
5、如图1-5所示，丙酮、乙醇和去离子水等超声剥离后在绝缘层上制备出金属下电极。
6、如图1-6所示，采用真空蒸发或液相LB膜的方法制备出有机分子薄膜。有机分子薄膜是具有双稳态开关特性的材料。
7、如图1-7所示，通过金属蒸发技术在有机分子薄膜上生长金属保护层。
8、如图1-8所示，在金属保护层薄膜表面上旋涂两层电子束光刻胶。
9、如图1-9所示，经电子束曝光，显影后在光刻胶上获得上电极图形。
10、如图1-10所示，斜向金属蒸发获得上电极金属薄膜。
11、如图1-11所示，丙酮、乙醇和去离子水等超声剥离后在金属保护层上制备出金属上电极。
12，如图1-12所示，干法刻蚀去除多余的保护层。
13，如图1-13所示，干法刻蚀去除多余的有机分子薄膜，完成纳米级交叉线阵列结构的有机分子器件的制备。俯视图如1-14所示。
实施例子流程(流程图中选取的剖面为图2-14中B-B剖面)：
1、如图2-1所示，在衬底表面上通过低压化学气相沉积(LPCVD)的方法制备氮化硅绝缘层薄膜。
2、如图2-2所示，在氮化硅薄膜表面上旋涂PMMA和Copolymer两层电子束光刻胶。在烘箱里烘烤2个小时。
3、如图2-3所示，经电子束曝光，显影后在光刻胶上获得下电极图形。
4、如图2-4所示，电子束正常蒸发方法获得下电极Cr/Au双层金属薄膜。
5、如图2-5所示，丙酮、乙醇和去离子水等超声剥离后在氮化硅上制备出金属下电极。
6、如图2-6所示，采用液相LB膜的方法制备出Rotaxane双稳态有机分子薄膜。
7、如图2-7所示，通过电子束正常蒸发的技术在有机分子薄膜上生长Ti金属保护层。
8、如图2-8所示，在金属保护层薄膜表面上旋涂LOR和PMMA两层电子束光刻胶。在烘箱里烘烤80分钟。
9、如图2-9所示，经电子束曝光，显影后在光刻胶上获得上电极图形。
10、如图2-10所示，电子束斜蒸法方法获得Cr/Au双层上电极金属薄膜。
11、如图2-11所示，丙酮、乙醇和去离子水等超声剥离后在金属保护层上制备出金属上电极。
12，如图2-12所示，采用氟基气体在高密度等离子体刻蚀机(ICP)上刻蚀去除多余的Ti保护层。
13，如图2-13所示，采用惰性气体在反应离子刻蚀机(RIE)上刻蚀去除多余的Rotaxane有机分子薄膜，完成纳米级交叉线阵列结构的有机分子器件的制备。俯视图如2-14所示。
斜蒸工艺：
图3-1为正常电子束蒸发工艺过程的示意图；
图3-2为电子束斜向蒸发工艺过程的示意图；
图3-3为正常电子束蒸发和斜向蒸发的设备结构对比图。

Claims (8)

1、一种纳米级交叉线阵列结构有机分子器件的制备方法，是由两次电子束光刻、三次金属蒸发、一次有机薄膜沉积生长，两次干法刻蚀，获得交叉线有机分子器件的；其特征在于，步骤如下：
步骤1、在基片表面上淀积绝缘层薄膜；
步骤2、在绝缘层薄膜表面上旋涂电子束抗蚀剂，电子束曝光、显影得到下电极图形；
步骤3、蒸发制备下电极金属薄膜；
步骤4、金属剥离得到交叉线下电极；
步骤5、在下电极上覆盖生长有机分子薄膜；
步骤6、在有机分子薄膜上蒸发制备金属保护层；
步骤7、在金属保护层上面旋涂显影速度不同的双层电子束光刻胶，电子束曝光、显影得到上电极图形；
步骤8、斜向蒸发制备上电极金属薄膜；
步骤9、金属剥离得到交叉线上电极；
步骤10、干法刻蚀保护层和有机薄膜层，完成交叉线有机分子器件的制备。
2、根据权利要求1所述的纳米级交叉线阵列结构有机分子器件的制备方法，其特征在于，其中所述的在基片表面上沉积的绝缘层薄膜是采用热氧化或化学气相沉积的方法获得。
3、根据权利要求1所述的纳米级交叉线阵列结构有机分子器件的制备方法，其特征在于，其中所述的下电极金属薄膜是采用电子束蒸发或热蒸发金属蒸发的方法得到。
4、根据权利要求1所述的纳米级交叉线阵列结构有机分子器件的制备方法，其特征在于，金属剥离采用丙酮、乙醇、去离子水液体超声方法，其目的是获得精细的上、下电极纳米交叉阵列图形。
5、根据权利要求1所述的纳米级交叉线阵列结构有机分子器件的制备方法，其特征在于，其中所述的有机分子薄膜是通过真空蒸发或液相LB膜的方法生长在衬底上的，有机分子薄膜是具有双稳态开关特性的材料。
6、根据权利要求1所述的纳米级交叉线阵列结构有机分子器件的制备方法，其特征在于，其中所述的金属保护层采用电子束蒸发或热蒸发金属蒸发的方法得到，目的是阻挡有机分子薄膜和有机溶剂接触。
7、根据权利要求1所述的纳米级交叉线阵列结构有机分子器件的制备方法，其特征在于，其中所述的上电极图形是通过此前的基础上旋涂双层电子束光刻胶，经电子束曝光、显影获得的，这次采用的双层电子束光刻胶显影速度不同，主要是为了获得底部宽大、顶部狭窄的显影图形，从而得到更大的斜蒸自由度。
8、根据权利要求1所述的纳米级交叉线阵列结构有机分子器件的制备方法，其特征在于，其中所述的上电极金属薄膜是通过金属斜向蒸发的方法获得的，其目的是把交叉点位置放在没有受电子束曝光影响的区域，避免采用经电子束曝光的有机分子薄膜来构成器件。
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