[发明专利]PVDF有机聚合物薄膜电容器的光刻制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子元器件制造技术，具体指一种PVDF有机聚合物薄膜电容器的光刻制备方法。

背景技术

近年来，有机聚合物薄膜由于电学特性好、工艺简单、成本低、与各种有机及无机衬底兼容等优异特性受到广泛关注，已经从材料研究走向各种有机器件的制备阶段，其光电响应已可与无机材料相媲美，同时，在显示、射频鉴别系统、智能卡存储等领域有巨大的潜在应用，促进了有机衬底上有源电路的产生。

有机聚合物薄膜的制备方法完全不同于无机薄膜。目前，有机聚合物薄膜的制备主要采用两种工艺：一，溶胶凝胶法或LB膜等工艺，然后对有机薄膜进行化学或热处理，代表材料为目前新兴的PVDF薄膜；二，真空分子束沉积法，在真空腔中热沉积有机薄膜，代表材料为目前性能优异的并五苯有机半导体薄膜。无论是那种方法制备的有机薄膜，光刻都是目前有机器件制备中的难题。由于常规光刻工艺使用的化学试剂均为有机溶剂，有机聚合物薄膜与其发生化学反应，因此有机薄膜无法采用常规光刻工艺。

以传统的PVDF有机聚合物电容器结构为例，器件制备中只有底电极可以采用常规工艺进行光刻制备，采用溶胶凝胶法或LB膜法制备有机薄膜后，由于无法光刻，上电极只能采用金属掩膜板生长或喷涂印刷技术。这种电容器结构的突出问题在于：一，由于无法光刻，功能区不能精确确定，功能区侧面暴露在外，影响了器件的稳定性和可靠性；二，有机聚合物薄膜自身作为介电层隔离上下电极，在边缘处存在尖端效应，易击穿；三，非功能区无法通过刻蚀等方法选择性去除，影响了相邻器件的测量，使器件容易级联击穿，同时严重制约了下电极的引出及与其他元器件的互连；四，由于金属掩膜板或者印刷喷涂技术的精度限制，上电极的面积最小只能到200μm×200μm，这极大限制了工艺的精度和尺度，无法进行精确的小面元器件及线列、面阵器件的制备，限制了有机器件的应用范围；五，由于PVDF有机薄膜与光刻溶剂发生反应，这使得电容器器件只能做为器件工艺的终结步骤，无法继续进行传统工艺，限制了与其他器件的集成。

发明内容

本发明的目的在于克服现有PVDF电容器器件工艺中PVDF聚合物薄膜无法光刻的难题，提出一种PVDF有机聚合物薄膜电容器的光刻制备技术，这种PVDF有机聚合物电容器结构可以解决电容器的边缘击穿效应，并与后续光刻工艺互融，方便与其他器件的集成。

本发明一种PVDF有机聚合物薄膜光刻方法制备的电容器器件，其特征在于，器件结构包括：

一衬底；

一金属底电极，该金属底电极生长在衬底上；

一介电绝缘层，该介电绝缘层生长在金属底电极上，边缘落于衬底上，并且有开孔；

一有机聚合物薄膜，该有机聚合物薄膜生长在介电绝缘层开孔上，并且该有机聚合物薄膜的面积大于介电绝缘层的开孔面积，边缘落在介电绝缘层上；

一金属上电极，该金属上电极生长在有机聚合物薄膜层上，其面积与有机聚合物薄膜功能区面积相同；

一包裹电极，该包裹电极将有机聚合物薄膜侧面与金属上电极包裹起来，边缘落在介电绝缘层上。

其中衬底为蓝宝石、硅、氮化镓或ITO玻璃。

其中金属底电极为热蒸发低温沉积的铝电极，厚度不小于100nm，电极为长方形结构。

其中介电绝缘层为二氧化硅或氮化硅绝缘层，介电绝缘层边缘位于衬底上，为孔型，介电绝缘层将部分金属底电极包裹起来，开孔略小于器件的功能区面积，厚度不小于300nm。

其中有机聚合物薄膜为溶胶凝胶法或LB膜法制备的PVDF薄膜，厚度为30nm-300nm。

其中金属上电极为热蒸发低温沉积的铝电极，厚度不小于100nm，该金属上电极面积与PVDF有机聚合物薄膜功能区面积相同。

其中包裹电极为热蒸发沉积的厚度不小于150nm的金电极，电极为长方形结构，与下电极交叉成十字，边缘落在介电绝缘层上，其面积大于PVDF有机聚合物薄膜功能区面积，将PVDF有机聚合物薄膜功能区侧面及金属上电极包裹起来。

本发明一种PVDF有机聚合物薄膜电容器器件的光刻制备方法，其特征在于，工艺步骤如下：

1在衬底上利用热蒸发设备低温沉积金属底电极；

2在底电极上溅射生长二氧化硅或氮化硅介电绝缘层；

3光刻腐蚀二氧化硅或氮化硅介电绝缘层，形成PVDF有机聚合物薄膜的电极开孔；

4溶胶凝胶法或LB膜法制备PVDF有机聚合物薄膜；

5在PVDF有机聚合物薄膜上利用热蒸发设备低温沉积金属上电极；

6光刻腐蚀金属上电极；