[发明专利]一种薄膜晶体管精细掩模板的制备方法及其应用

说明书

本发明属于半导体与电喷印技术领域，具体涉及一种薄膜晶体管精细掩模板的制备方法及采用该掩模板制备薄膜晶体管的方法，首先使用激光切割技术得到阵列化、镂空的金属薄板，采用静电纺丝技术在金属薄板上制备横跨镂空部分的纤维，使得镂空部分被分为间距为亚微米甚至纳米级的两块区域。以打印有纤维的金属薄板为掩模板，在半导体层上采用蒸镀或溅射的方式同时构造源极和漏极，源漏极之间的沟道长度略小于纤维直径，纤维直径宽度可实现范围为50nm～30μm，从而可以获得性能优异的TFT器件。本发明提出的精细掩模板制备方法和采用该精细掩模板制备薄膜晶体管的方法，工艺流程少，成本低，可以实现大面积、阵列化制备，有利于得到高集成度、高性能的薄膜晶体管器件。

技术领域

本发明属于半导体与电喷印技术领域，具体涉及一种薄膜晶体管精细掩模板的制备方法及其应用，其能够同时制备源极和漏极，并在源极和漏极之间制备出纳米级的沟道，满足薄膜晶体管制备的精度需求。

背景技术

薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)作为微电子产品的基本元件，在柔性显示、可穿戴电子、微传感器等领域都有广泛的应用前景。随着微电子技术的发展，TFT的性能与集成度越来越高，特征尺寸不断缩小，对其设计与制造提出了诸多挑战。

晶体管源极、漏极的制备方法主要是射频溅射或者热蒸镀，源漏极之间沟道长度对晶体管性能有着决定性的影响，同时也影响着晶体管的集成度。高性能、高集成度晶体管的制备对小沟道的加工提出了要求，需要达到纳米级别。小沟道的加工常规方法是光刻，光刻工艺能够生产纳米级的精细结构，但是需要掩模，所用设备昂贵，具有工艺复杂，生产成本高，难以大面积生产的缺点。此外，由于光刻工艺与有机工艺不相容等原因会导致OTFT制备电极复杂。纳米压印同样可以生产100nm以下的微细结构。但纳米压印需要精度很高的模板，压印介质与基板存在兼容性问题，且同样存在工艺复杂，生产成本高等问题。

另一类制备小沟道的方法是通过制作金属掩模控制金属成膜区域来实现，该方法能够与有机工艺兼容，可以实现大面积制备。该方法使用的金属掩模一般用激光加工或机械加工的方法来生产，但是激光加工或机械加工无法做出两侧镂空中间只留有纳米级宽度金属线的图案，且特征尺寸低于100μm时，随着掩模精度的提高，制作成本急剧上升。因此需要寻找一种新的方法实现纳米沟道精细掩膜板的制备。

电流体动力喷印(Electrohydrodynamics，EHD)技术是一种新兴的微纳米级制造工艺，具有低成本、高效打印有机物溶液或金属熔融物的能力。静电纺丝作为电流体动力喷印模式的一种，可以制备连续长纳米纤维。在金属薄板上做出阵列化镂空图案，打印横跨镂空部分的纤维，纤维将镂空部分分为两块。以该沉积有纤维的金属薄板作为掩模板进行溅射或蒸镀时，镂空部分金属沉积为源、漏极，纤维部分阻挡了金属薄膜的沉积，形成长度略小于纤维宽度的沟道。将电纺纤维用于精细掩膜板的制备可以极大地降低掩模成本以及降低沟道长度。同时利于实现小沟道晶体管大面积、阵列化的制备。

由于存在上述缺陷和不足，本领域亟需做出进一步的完善和改进，设计一种制备精细掩模板进而制备薄膜晶体管的方法，使其能够克服了薄膜晶体管传统小沟道制备工艺成本高、工艺复杂、环境要求苛刻等缺点，能够同时制备出满足精度要求的源极、漏极和沟道，简化制备精细掩模板的流程，得到高集成度、高性能的薄膜晶体管器件。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种薄膜晶体管精细掩模板的制备方法及采用该掩模板制备薄膜晶体管的方法，首先使用激光切割技术得到阵列化、镂空的金属薄板，以该金属薄板为基板，使用近场静电纺丝技术打印横跨镂空部分的纤维，使得镂空部分被分为间距为亚微米甚至纳米级的两块区域。以打印有纤维的金属薄板为掩模板，在有机半导体层上采用蒸镀或溅射的方式同时构造源极和漏极，源漏极之间的沟道长度略小于纤维直径，纤维直径宽度可实现范围为50nm～30μm，从而可以获得性能优异的TFT器件。