專利名稱：一種形成跨層連接結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及跨層連接結(jié)構(gòu)的制作，尤其涉及一種通過噴墨打印形成跨層連 接結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
對于實(shí)際的電路制造集成，需要用到多個(gè)器件，跨層連接(interconnecti
on)必不可少。在半導(dǎo)體集成電路制造過程中，通常利用光刻蝕的方法，形成
上下貫穿的轉(zhuǎn)接孔(via hole),再填入導(dǎo)電材料來完成電學(xué)聯(lián)接。
自從1867年打印技術(shù)首先作為商業(yè)用途申請專利保護(hù)之后，歷時(shí)百年之后，
世界上真正意義的商用噴墨打印機(jī)誕生。噴墨打印技術(shù)在現(xiàn)今的工業(yè)生產(chǎn)和日 常生活中已被廣泛的應(yīng)用包裝印刷制造技術(shù)就是典型的工業(yè)應(yīng)用范例；而家 庭和公司終端噴墨打印機(jī)則更已為大眾所熟悉。20世紀(jì)70年代導(dǎo)電聚合物第一 次被發(fā)現(xiàn)，2000年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了導(dǎo)電聚合物的三位發(fā)明者美國物理學(xué) 家黑格(A. J. Heeger)、美國化學(xué)家麥克迪爾米德(A. G. MacDiarmid)和日本化學(xué) 家白川英樹(H. Shirakawa)。這加速了有機(jī)高分子材料作為新型材料在微電子、 薄膜等科研領(lǐng)域的應(yīng)用。人們開始嘗試把高分子半導(dǎo)體材料作為溶質(zhì)溶解在相 應(yīng)的有機(jī)溶劑中，配制成溶液作為噴墨打印機(jī)里的打印液體，向特定的基體表 面上的既定的位置打出所需要的材料，用來制作成電子器件。這種借助打印技 術(shù)，利用高分子材料制造電子器件的新型電子制造技術(shù)相對于目前的電子制造 技術(shù)具有設(shè)備簡單、耗材和能耗低、形狀尺寸可控性高，適用基體范圍大以及 制造過程對環(huán)境零污染等優(yōu)勢。
噴墨打印技術(shù)同高速甩膠、蒸發(fā)鍍膜等技術(shù)一樣，都是實(shí)現(xiàn)物質(zhì)在特定表 面沉積的工作方法。雖然，相對于蒸發(fā)鍍膜技術(shù)，甩膠技術(shù)也是一種簡便、快 捷和低廉的表面沉積方法適用于有機(jī)高分子薄膜器件的加工、制造。但是，它也存在嚴(yán)重的不足。首先，甩膠方法無法避免所需材料的大量浪費(fèi)，更重要的 是它只能實(shí)現(xiàn)整體的均勻涂布甩膠，無法用來直接制造電子器件。換句話說， 如果想在某些特別的位置鍍膜或者不被鍍膜，光靠甩膠技術(shù)無法達(dá)到，需要借 助光刻蝕技術(shù)和腐蝕溶刻。這樣的結(jié)果必然增加成本，加工過程也變得復(fù)雜化。 對于多層結(jié)構(gòu)的器件由于表面不平整，無法形成均勻薄膜，制造結(jié)果更不能令 人滿意。
噴墨打印技術(shù)憑借它自身的優(yōu)勢，可以克服這些困難。它可以指定位置打 印，將材料的浪費(fèi)減小到最小化。例如全打印有機(jī)薄膜晶體管的制造成本就是
傳統(tǒng)制造成本的10%到1%。但是，目前的噴墨打印制造方式主要是利用平面選
擇性打印，自下而上，逐層疊加。所以，每一層所使用的打印溶液不能溶解前 一層材料或與其產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，必須是正交性關(guān)系。這對所用的打印溶液造成 一定的限制。
在噴墨打印制造中，如何用液體的方法制成跨層連接來實(shí)現(xiàn)上下層電路之 間的電學(xué)聯(lián)接是整個(gè)制造技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵問題?，F(xiàn)有的一種解決辦法為設(shè)置 外引連接線或者將下一層的導(dǎo)體多制作出一部分，裸露出來，并與后一層導(dǎo)體 相連接形成錯(cuò)層結(jié)構(gòu)。但是，制造出來的器件既不美觀，制作工藝也變得復(fù)雜。
目前專利號為6,905,906的美國專利公開了一種用液滴在確定的位置上溶解已 打印并成型的薄膜，利用干燥時(shí)的"咖啡斑"效應(yīng)，形成上下貫穿的轉(zhuǎn)接孔， 再填入導(dǎo)電材料來完成電學(xué)聯(lián)接。雖然這種方法避免了打印額外的連接線和錯(cuò)
層結(jié)構(gòu)，但是工藝復(fù)雜，需要用大量液滴(》1滴)來確保完全貫穿，同時(shí)還需要 再回填導(dǎo)電材料。同時(shí)，由于是利用"咖啡斑"效應(yīng)來形成貫穿的轉(zhuǎn)接孔，所 以材料堆積導(dǎo)致轉(zhuǎn)接孔邊緣變得非常不平整，回填時(shí)打印的導(dǎo)電材料在此處容 易斷裂，往往不能確保聯(lián)接性。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的主要目的在于提供利用液體直接 形成跨層連接結(jié)構(gòu)的方法，以確?？鐚拥倪B接性，從而提高器件性能。噴墨打印作為一種切實(shí)的液滴生成和傳送技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)所述方法的有效手段，但本發(fā) 明并不限于釆用噴墨打印技術(shù)來形成跨層連接結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明實(shí)施例的通過噴墨打印形成跨層連接結(jié)構(gòu)的方法，包括
利用噴墨打印方式打印至少兩層結(jié)構(gòu)，該至少兩層結(jié)構(gòu)包括一導(dǎo)電層以及 位于該導(dǎo)電層上的為絕緣層；以及
在所述絕緣層的預(yù)定位置打印特定溶液，以在該絕緣層中形成導(dǎo)電的并連 接所述導(dǎo)電層的跨層連接結(jié)構(gòu) ，所述形成跨層連接結(jié)構(gòu)的方式包括
所述特定溶液為導(dǎo)電溶液，與該絕緣層的材料進(jìn)行物理混合，在所述絕緣 層中形成跨層連接結(jié)構(gòu)；或者
所述特定溶液為導(dǎo)電溶液，溶解所述絕緣層的材料并與溶解的絕緣材料進(jìn) 行化學(xué)分相，從而在所述絕緣層中形成跨層連接結(jié)構(gòu)；或者
所述特定溶液對絕緣層的材料進(jìn)行摻雜，在所述絕緣層中形成跨層連接結(jié)
構(gòu)；或者
所述特定溶液與絕緣層的材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在所述絕緣層中形成跨層連 接結(jié)構(gòu)。
該方法還包括在所述絕緣層的上方打印另一導(dǎo)電層，以使所述連接結(jié)構(gòu)
導(dǎo)通連接該另 一導(dǎo)電層及所述絕緣層下方的導(dǎo)電層。
本發(fā)明的方法能夠保證打印的不同導(dǎo)電層之間的跨層連接，從而提高電子 器件的性能。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，
并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中
圖la為現(xiàn)有的噴墨打印系統(tǒng)的示意圖； 圖lb為現(xiàn)有的打印頭的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明實(shí)施例的集成式噴墨打印系統(tǒng)的打印頭的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的分開式噴墨打印系統(tǒng)的打印頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的通過物理混合法形成跨層連接結(jié)構(gòu)的原理示意圖； 圖5為本發(fā)明實(shí)施例的通過化學(xué)分相法形成跨層連接結(jié)構(gòu)的原理示意圖； 圖6為本發(fā)明實(shí)施例的通過物理摻雜法形成跨層連接結(jié)構(gòu)的原理示意圖； 圖7為本發(fā)明實(shí)施例的通過化學(xué)反應(yīng)法形成跨層連接結(jié)構(gòu)的原理示意圖8a為本發(fā)明待打印的薄膜晶體管電路的示意圖8b為根據(jù)圖8a所示的電路打印的薄膜晶體管的打印結(jié)構(gòu)示意圖9為本發(fā)明一實(shí)施例中較小電感量的電感器的打印結(jié)構(gòu)示意圖10為本發(fā)明另一實(shí)施例中較大電感量的電感器的打印結(jié)構(gòu)示意圖11為通過現(xiàn)有的跨層連接方式打印方式打印的電容器結(jié)構(gòu)示意圖12為本發(fā)明實(shí)施例電容器的打印結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的 具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。在此，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本 發(fā)明但并不作為對本發(fā)明的限定。
實(shí)施例l
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明實(shí)施例提出一種新的通過全打印來 實(shí)現(xiàn)跨層連接的方法，該方法包括
利用噴墨打印方式打印至少兩層結(jié)構(gòu)，該至少兩層結(jié)構(gòu)包括一導(dǎo)電層以及 位于該導(dǎo)電層上的為絕緣層；以及
在所述絕緣層的預(yù)定位置打印特定溶液，以在該絕緣層中形成導(dǎo)電的并連 接所述導(dǎo)電層的跨層連接結(jié)構(gòu)。
其中用全打印來實(shí)現(xiàn)跨層連接的方式包括如下四種物理混合法、化學(xué)分
相法、物理摻雜法以及化學(xué)反應(yīng)法。 (1)物理混合法
圖4為該方法的原理示意圖。在打印多層結(jié)構(gòu)時(shí)，假設(shè)第一層為導(dǎo)電材料(材料A)，第二層為絕緣材料(材料B)，本發(fā)明實(shí)施例可以在第二層的絕緣 材料的設(shè)定位置打印一種導(dǎo)電材料，來與第二層的絕緣材料在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行物理混 合。例如，選擇使用可以同時(shí)溶解第二層絕緣材料和某種導(dǎo)電材料的溶劑來制 作導(dǎo)電溶液，并通過不斷地打印這種導(dǎo)電材料，直至混合濃度在這個(gè)位置上達(dá) 到和超過臨界濃度開始導(dǎo)電，就形成一個(gè)在第二層縱向貫穿的導(dǎo)通帶(跨層連 接結(jié)構(gòu))，來完成與后續(xù)打印的第三層(導(dǎo)電層，例如為材料A或其他導(dǎo)電材 料)之間的跨層連接。物理混合方法中，導(dǎo)電溶液可為導(dǎo)電的有機(jī)溶液或金屬納 米顆粒懸浮液。例如，絕緣材料為可溶于酒精溶劑的PVP(Poly (4-vinylphenol))， 打印的導(dǎo)電材料為可溶于酒精的高分子導(dǎo)電材料或以酒精為溶劑的金屬納米顆 ?；蛱技{米管的懸浮液，但并不限定于此。
(2) 化學(xué)分相法
圖5為該方法的原理示意圖。假設(shè)最底層是導(dǎo)電層(材料A層)，上面是 絕緣層(材料B層)，這次在絕緣層上確定位置打印的導(dǎo)電液體不但可以溶解 已打印的絕緣材料，而且其中的導(dǎo)電材料與層中的絕緣材料在溶液中具備化學(xué) 分相的特性，從而在絕緣層中形成上下貫穿的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)跨層連接。
(3) 物理摻雜(Doping)法
圖6為該方法的原理示意圖。保持第一層導(dǎo)電層(材料A層)和第二層絕 緣層(材料B層)結(jié)構(gòu)不變，選用打印液體為一種可以對已打印的絕緣材料進(jìn) 行物理摻雜的導(dǎo)電溶液，使其在被摻雜后顯示出導(dǎo)電性能，在所打印的位置形 成上下貫穿的導(dǎo)電區(qū)域。
(4) 化學(xué)反應(yīng)法
圖7為該方法的原理示意圖。與上述的層結(jié)構(gòu)相同，第一層和第三層是導(dǎo) 電層(材料B層)，第二層為絕緣層(材料A層)。在打印第三層之前，可以 在第二層的特定位置上打印一種溶液，使其與第二層的絕緣材料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)， 生成一種新的具有導(dǎo)電性能的材料，來實(shí)現(xiàn)跨層連接。
上述四種全打印方法，可以解決打印過程中跨層連接的問題，不僅簡化了打印工藝過程，而且使打印電路更美觀、更緊湊，避免由于利用"咖啡斑"效 應(yīng)造成的表面不平整所導(dǎo)致電學(xué)連接性能不穩(wěn)定。
上述跨層連接的結(jié)構(gòu)可以采用現(xiàn)有的噴墨打印系統(tǒng)來進(jìn)行全打印，但目前 現(xiàn)有的噴墨打印系統(tǒng)往往使用具有單一孔徑的打印噴孔，在利用高分子材料作 為打印液體來打印高質(zhì)量的電子器件時(shí)還存在一些困難。這是由于，在眾多的 有機(jī)高分子材料中，有機(jī)高分子電子材料大多數(shù)是高分子量、長分子鏈結(jié)構(gòu)。 其中相當(dāng)一部分有機(jī)高分子材料在溶于某種有機(jī)溶劑后，其溶液的行為只有在 稀釋極限條件下才與常見的小分子量、短分子鏈結(jié)構(gòu)聚合物溶液相似，可以當(dāng) 作常規(guī)液體對待。在實(shí)際研究和制造過程中，為了實(shí)現(xiàn)有效的打印成型，溶液 中的溶質(zhì)需要達(dá)到一定濃度，這樣的液體通常是高黏彈性液體，其表面能和表 面張力都比較大。目前，打印機(jī)多采用單一孔徑(口徑)的打印噴孔，針對不 同的打印液體用不同的驅(qū)動(dòng)模式來形成液滴。這種方式有很大的局限性，只能 用于特性在給定的極其有限的范圍內(nèi)的某些液體，對于高分子量、長分子鏈顯 示出高黏彈性液體特性的聚合物溶液，必須用稀釋的辦法才能被打印出來，而 稀釋以后，有效的打印成型實(shí)現(xiàn)起來就變得比較困難。
對此，本發(fā)明實(shí)施例還提出多孔徑合成的新型打印系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)更可靠的 打印，從而使打印的器件性能更穩(wěn)定。
實(shí)施例2
為了便于對本發(fā)明的理解，在此先對現(xiàn)有的噴墨打印系統(tǒng)進(jìn)行簡單說明。
圖la所示為現(xiàn)有的噴墨打印系統(tǒng)的示意圖，圖la中該系統(tǒng)包括 樣品臺；
一個(gè)打印頭，該打印頭包括儲墨槽及噴孔片，如圖lb所示。噴孔片中設(shè)置 有相同孔徑的噴孔，每一噴孔可以單獨(dú)被驅(qū)動(dòng)進(jìn)行打印操作。
打印驅(qū)動(dòng)裝置，用于驅(qū)動(dòng)所述打印頭的噴孔進(jìn)行打印操作，該打印驅(qū)動(dòng)裝 置例如可為波形發(fā)生器；定位驅(qū)動(dòng)裝置，用于驅(qū)動(dòng)所述打印頭或樣品臺進(jìn)行位置定位。 所述系統(tǒng)還可以包括驅(qū)動(dòng)控制器，用于控制所述打印驅(qū)動(dòng)裝置及定位驅(qū)動(dòng) 裝置的驅(qū)動(dòng)操作。該驅(qū)動(dòng)控制器的功能可通過執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)，該計(jì)算 機(jī)程序例如可通過打印波形輸入及位置編程來得到。
所述系統(tǒng)還可以包括攝像頭，用于識別打印的位置，以協(xié)助進(jìn)行打印定位。 本發(fā)明的噴墨打印系統(tǒng)有別于現(xiàn)有的打印系統(tǒng)，現(xiàn)有的打印系統(tǒng)只采用單一孔 徑噴孔的供墨方式。而本發(fā)明的噴墨打印系統(tǒng)根據(jù)打印器件所用不同液體的要求， 在同一個(gè)打印頭的噴孔片上安排不同尺寸的噴孔，形成集成式打印系統(tǒng)；或者可按 照口徑的大小，分開安裝在不同的打印頭的噴孔片上，成為分體式打印系統(tǒng)。
在噴墨打印中，液滴的形成是打印頭驅(qū)動(dòng)液體產(chǎn)生的動(dòng)能大于形成液滴所
需勢能的結(jié)果。在一般情況下，液滴的動(dòng)能為E4=|^rV2，而表面能為
E,-4加r2，其中r，AV和cr分別為液滴的半徑，比重，速度和單位面積的表面能。
由于液滴的半徑取決于打印頭噴孔的半徑，因此適當(dāng)?shù)母淖兇蛴☆^噴孔的尺寸 可以有效的改善液滴形成的條件。本發(fā)明正是利用改變打印頭噴孔的尺寸來改 善液滴形成的條件。
在集成式打印系統(tǒng)中，不同口徑的噴孔安排在同一個(gè)噴孔片上。圖2所示 為集成式打印系統(tǒng)中打印頭的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2中的打印頭僅示出了三種孔徑 的噴孔大口徑噴孔、中口徑噴孔及小口徑噴孔。在實(shí)際操作中，打印頭可以 設(shè)置兩種或更多種孔徑的噴孔。
在分體式打印系統(tǒng)中，不同口徑的噴孔分別安排在不同噴孔片上， 一個(gè)噴 孔片對應(yīng)一個(gè)打印頭，不同噴孔片分別安裝在不同的打印頭上。圖3所示為分 體式打印系統(tǒng)中打印頭的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3中示出了三個(gè)打印頭，每一打印頭 的噴孔片上設(shè)置有一種孔徑的噴孔。在實(shí)際操作中，可以根據(jù)需要設(shè)置兩種或 更多種孔徑的噴孔于不同的打印頭的噴孔片上。
當(dāng)然，本發(fā)明的打印系統(tǒng)還可以設(shè)置成混合式打印系統(tǒng)設(shè)置有多個(gè)打印 頭，其中至少一個(gè)打印頭上設(shè)置有不同孔徑的多個(gè)噴孔。對于集成式、分體式或混合式打印系統(tǒng)，打印頭內(nèi)設(shè)置有儲墨槽(墨盒)， 對于同一打印頭上不同孔徑的噴孔分別與不同的儲墨槽相通，對于同一打印頭 上相同孔徑的噴孔與至少一個(gè)儲墨槽相通。本發(fā)明實(shí)施例中，所述集成式打印系統(tǒng)可通過同一個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制裝置操 縱定位，各種打印液體之間的相對打印精度高；儲存各種打印液體的打印墨盒 在集成式打印系統(tǒng)里還可以通過引管與打印頭分幵，盡量減輕對打印機(jī)械驅(qū)動(dòng) 的負(fù)荷。不足之處在于，在打印頭里每種孔徑的噴孔數(shù)目相對較少，會(huì)影響打 印的速度。所述分體式打印系統(tǒng)可通過不同機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制裝置操縱不同的打印 頭進(jìn)行定位，分體式打印系統(tǒng)的優(yōu)勢是每種孔徑的噴孔數(shù)目較多，打印速度 快；每個(gè)打印頭只需連接一個(gè)可以隨打印頭一起運(yùn)動(dòng)的單一液體的打印墨盒， 這樣的設(shè)計(jì)節(jié)省了過長的引管。不足之處在于各種液體之間的相對打印精度容 易受到不同打印頭之間的相對位置和各自運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響。本實(shí)施例中，控制打印液滴的位置的機(jī)械控制裝置有有直接操作和反饋操 作兩種。直接操作可以通過螺桿旋轉(zhuǎn)周數(shù)相應(yīng)的機(jī)械位移來定位，單向運(yùn)動(dòng)定 位精度例如可以達(dá)到5"m;反饋操作利用在樣品臺上已知位置的光標(biāo)作為反饋 信號，修正直接定位的誤差實(shí)現(xiàn)定位，定位精度例如可以提高到lum。此外，我們還可以用一個(gè)攝像頭來觀察液滴打印到基體表面的位置，利用圖像識別軟件 定出打印的液滴中心位置作為反饋信號，從而進(jìn)一步幫助定位和校正打印位置。所述打印頭的驅(qū)動(dòng)方式，從物理角度上有壓電式、熱電式和電場式等；從驅(qū)動(dòng)模式上有連續(xù)式、間隔式和即時(shí)需求式。壓電式打印頭的設(shè)計(jì)是通過施 加在儲墨槽周圍壓電晶體上的短時(shí)脈沖電壓產(chǎn)生壓力推動(dòng)儲墨槽里的液體向噴 孔運(yùn)動(dòng)，直至形成液滴。熱電偶式打印頭則是通過電壓的控制，使加載在打印 頭上面的電阻塊加熱其周圍的打印液體形成氣泡，膨脹后推動(dòng)液體朝噴孔處迸 射出液滴。電場式打印頭一般是由外加的定向電場，引領(lǐng)液滴脫離打印頭，進(jìn) 行打印。本發(fā)明的打印頭可采用以上任何一種驅(qū)動(dòng)和控制方式，但有別于目前的打印系統(tǒng)只采用單一孔徑噴孔的供墨方式。利用本發(fā)'明的噴墨打鄰系統(tǒng)就可以根 據(jù)所打印不同性質(zhì)的液體，選擇合適孔徑的噴孔，來實(shí)現(xiàn)可靠的打印。為了提高打印性能，本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選地對針對不同的打印液體選用不同 材料的噴孔或選擇經(jīng)過表面改性的噴孔。由于所用到有機(jī)溶液的多樣化，噴孔 是打印機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，本發(fā)明針對不同液體采用不同材質(zhì)，以避免在打印 結(jié)束后，部分溶液殘留在噴孔附近，干燥后影響下一次打印。例如，可以將打 印噴孔表面進(jìn)行氟化處理使其變?yōu)槭杷院?，有助于避免水溶性打印液體殘余 干燥后產(chǎn)生的影響。還可以對噴孔表面進(jìn)行其他處理，以使噴孔具有疏特定溶劑性(包括疏極性溶劑性或疏非極性溶劑性)，例如覆蓋上聚酰亞胺(Polyimi de)可以疏甲苯(Toluene)溶劑。這對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，利用現(xiàn)有技術(shù)很 容易地就可以實(shí)現(xiàn)，在此并不詳述。無論是集成式還是分體式打印系統(tǒng)，每個(gè)打印頭上都可以配有獨(dú)立的加熱 部件，對正在打印的溶液進(jìn)行恒溫控制，這不但可以保證液體狀態(tài)的一致性， 也可以藉此來輔助調(diào)節(jié)液體的特性。另外，每個(gè)打印頭上還可以配有壓力平衡 控制裝置使液面保持在同一個(gè)固定的位置以保證打印的重復(fù)性。此外，如果采 用導(dǎo)體作為打印噴孔片或在噴孔片鍍上導(dǎo)電層，便可以在噴孔片和基體之間外 加電場來調(diào)整打印液滴的行為。本發(fā)明的噴墨打印控制系統(tǒng)可以對打印的速度和位置以及形成液滴的各項(xiàng) 參數(shù)進(jìn)行控制。這些參數(shù)的設(shè)定可依打印頭的具體情況而定，例如可設(shè)定驅(qū)動(dòng) 電壓在50 120V，工作頻率為400 1.5KHz，但并不限定于此。整個(gè)打印的過程可以通過一個(gè)即時(shí)的設(shè)置或者輸入預(yù)先指定的程序，也可以利用實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)系 統(tǒng)，利用同步閃光燈加上攝像頭來觀察不同參數(shù)下液滴形成狀態(tài)，從而優(yōu)化液 滴形成條件。另外，根據(jù)打印的圖案可以調(diào)整打印液滴在基體上的間距和數(shù)量； 亦可進(jìn)一步設(shè)定陣列式打印方法，例如可設(shè)定矩陣的大小和數(shù)目。 一旦這些設(shè) 置成功地通過重復(fù)性測試，可以被儲存為針對某一個(gè)特定材料的固定打印方法 而被后續(xù)的工作直接調(diào)用。同樣，在多個(gè)這樣的打印方法被存儲后，如果想將它們安排成一個(gè)完整的打印過程，我們可以用一個(gè)控制程序編輯軟件來整合所 有打印方法，形成一整套打印流程。對于打印樣品臺，除了常規(guī)的位置移動(dòng)功能以便于大面積器件的打印，我 們還可以引入能夠進(jìn)行,動(dòng)控溫加熱、光學(xué)輻照、局部氣氛偏壓和激光固化等 的多種功能部件對打印的產(chǎn)品進(jìn)行后期處理。多數(shù)被打印的器件需要經(jīng)過后期烘干(Baking)和退火(Annealing)處理，來改善器件的電學(xué)性能。自動(dòng)控溫加熱 系統(tǒng)可以整合在樣品臺上，以便及時(shí)進(jìn)行后處理，以免材料氧化，也可以節(jié)省 再定位的時(shí)間。針對那些對光輻照敏感的電學(xué)材料，可以通過減弱或增強(qiáng)打印 過程中的光輻照來提升器件的性能。局部氣氛偏壓的設(shè)計(jì)可以減弱"咖啡斑" 效應(yīng)對器件成型的不良影響。在基體表面外加有效的電磁場分布，也有助于打 印液滴在其上的成形。利用本實(shí)施例的噴墨打印系統(tǒng)，可以打印出更可靠的、性能更加穩(wěn)定的跨 層連接結(jié)構(gòu)。并且，利用本實(shí)施例的噴墨打印系統(tǒng)結(jié)合本發(fā)明的跨層連接結(jié)構(gòu) 的打印方法，本發(fā)明可以打印出多種類型的電子器件。當(dāng)然，上面的跨層連接結(jié)構(gòu)并不限定于通過噴墨打印來形成，還可以通過 移液管(pipette)或針管滴加特定溶液于圖4-圖7的絕緣層上來實(shí)現(xiàn)，該方式 對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是簡單易行的，故在此并不詳述。實(shí)施例3進(jìn)行噴墨打印的方法傳統(tǒng)半導(dǎo)體是制造在硅片上的，所以又稱為硅基制造。半導(dǎo)體制造技術(shù)分 為前端和后端工藝部分。前端工藝流程有沉積、清除、電路布線和電學(xué)屬性調(diào) 整；后端工藝流程包括熱處理和封裝技術(shù)。目前大多數(shù)有機(jī)晶體管的制造都是 以硅基半導(dǎo)體的制造工藝為基礎(chǔ)的。具體過程是設(shè)計(jì)半導(dǎo)體器件的漏極和源 極以及電路布線，制作成模具。在基體表面涂上光刻膠，配合模具的使用利用 光刻蝕技術(shù)，在光刻膠膜上成型。然后，放置在蒸發(fā)器中，通過高溫熔化導(dǎo)電 金屬形成氣態(tài)金屬，均勻鍍在光刻膠膜成型的基體表面。最后通過電化學(xué)的方法腐蝕掉殘余的光刻膠， 一個(gè)具有漏極和源極以及電路布線的基體就被制造成 功了。下一步將有機(jī)高分子材料溶于相應(yīng)的有機(jī)溶劑中形成溶液，通過高速旋 轉(zhuǎn)甩膠的方法分別把不同溶液涂布到基體上形成半導(dǎo)體和絕緣層，最后再次應(yīng) 用蒸發(fā)的辦法制成門電極。這樣的制造技術(shù)、制造設(shè)備和模具的花費(fèi)通常占總 制造成本的85%以上。而且，器件的物理尺寸和電路的組合取決于光刻模具，難 于隨時(shí)調(diào)整。在本發(fā)明實(shí)施例中，利用前述的能夠提供不同孔徑的打印噴頭的噴墨打印 系統(tǒng)制造有機(jī)薄膜晶體管，可以大大簡化制造過程。例如可以將有機(jī)高分子導(dǎo) 電材料溶解于相應(yīng)的有機(jī)溶劑中，通過合適的噴孔打印在上述涂有半導(dǎo)體和絕緣層材料的基體上，作為門電極，形成有機(jī)薄膜晶體管，從而降低成本。但此 時(shí)仍需要在至少一個(gè)環(huán)節(jié)上使用光刻蝕技術(shù)。進(jìn)一步地，利用本發(fā)明的噴墨打印系統(tǒng)可以通過全部打印的技術(shù)實(shí)現(xiàn)有機(jī) 薄膜晶體管的制造。即可以分別配制導(dǎo)電有機(jī)溶液、半導(dǎo)體層和絕緣層有機(jī)溶 液，利用不同孔徑的打印噴口，逐層打印，各層溶液之間形成正交性結(jié)構(gòu)，分 別在相應(yīng)位置上打印各電極，半導(dǎo)體和絕緣體部分，以及連接線，從而制成全 打印有機(jī)薄膜晶體管及功能電路。利用本發(fā)明的噴墨打印系統(tǒng)還可以用來制造射頻識別系統(tǒng)(RFID)。此射頻 識別系統(tǒng)具備可調(diào)節(jié)頻段寬，信號覆蓋范圍廣，周圍環(huán)境影響小以及無需接觸 使用等特點(diǎn)。最簡單的識別系統(tǒng)由一個(gè)被動(dòng)式接收器和固定頻率發(fā)射裝置組成， 例如超市、圖書館的防盜系統(tǒng)標(biāo)簽和交通卡系統(tǒng)。固定頻率發(fā)射裝置可以簡單 理解為一個(gè)包含一定阻抗的LC并聯(lián)振蕩電路。目前巿面上的固定頻率發(fā)射裝置 有獨(dú)立式和嵌入式兩種。獨(dú)立式即為單一的振蕩電路，而嵌入式是融入了集成 芯片組，具有讀取和寫入功能。全打印技術(shù)制造射頻識別系統(tǒng)較傳統(tǒng)的器件制 造工藝，體積可以縮小50倍以上，成本降低為原先的1/10。與此同時(shí)，本發(fā)明 還可以用柔性襯體，例如聚酰亞胺(Kapton)或聚萘二甲酸乙二醇酯(Polyeth ylene Naphthalate,簡稱PEN)，來替代現(xiàn)有的剛性基體(如玻璃或PCB板料)作為電路基體制造柔性識別系統(tǒng)。此外，在集成電路的制造上，可以直接打印 有機(jī)高分子材料在制成的芯片上形成新的電路，進(jìn)一步提高集成化程度。本發(fā)明實(shí)施例利用噴墨打印系統(tǒng)，可以根據(jù)具體應(yīng)用需求，通過調(diào)節(jié)打印 器件的物理尺寸、打印液體的濃度等相關(guān)手段，調(diào)整所打印電路中各器件的電 學(xué)參數(shù)。例如，當(dāng)需要應(yīng)用多個(gè)振蕩回路進(jìn)行編碼要求時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例可以 通過方便的改變打印器件的電容和電感值來實(shí)現(xiàn)。另外，本發(fā)明的噴墨打印系統(tǒng)與本發(fā)明打印跨層連接結(jié)構(gòu)的方法相結(jié)合， 可進(jìn)一步提高打印的器件的跨層連接的穩(wěn)定性。下面分別通過具體實(shí)施例來說明利用本發(fā)明的系統(tǒng)打印薄膜晶體管及RLC電路的打印過程。(一)參照圖8a和圖8b，打印薄膜晶體管的步驟如下選擇導(dǎo)電的打印溶液及打印噴孔，在基體上打印源極和漏極，源極和漏極 之間的長度為溝道長度；選擇包含半導(dǎo)體材料的打印溶液及打印噴孔，在所述源極和漏極中間打印 半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層覆蓋源極和漏極之間的溝道；選擇電介質(zhì)材料的打印溶液及打印噴孔，在所述半導(dǎo)體層的上方打印介電 層，該介電層覆蓋半導(dǎo)體層以及覆蓋部分或全部的源極和漏極；在所述介電層的設(shè)定位置打印導(dǎo)電的溶液，以分別在所述介電層中形成連 接至源極和漏極的跨層連接結(jié)構(gòu)；以及采用導(dǎo)電的打印溶液在介電層上打印門電極。更具體的，可采用如下步驟1. 1清洗基體表面。1.2制備導(dǎo)電高分子聚合物有機(jī)溶液。1.3放置清洗過的基體在打印臺上，通過垂直鏡頭調(diào)整好打印的位置。 1.4裝入打印源極和漏極的導(dǎo)電有機(jī)溶液，調(diào)整好各項(xiàng)參數(shù)以得到完好的 液滴；并輸入打印程序，預(yù)備打印。1.5打印源極和漏極，其間距即為溝道長度。打印完畢，可用現(xiàn)有的摻雜 方法對所述源極和/或漏極進(jìn)行摻雜處理(如離子注入摻雜等)。1.6裝入打印半導(dǎo)體層的有機(jī)溶液，調(diào)整好各項(xiàng)參數(shù)以得到完好的液滴； 并輸入打印程序，預(yù)備打印。1.7通過垂直鏡頭調(diào)整好打印位置，將半導(dǎo)體材料均勻打印到源極和漏極 中間，覆蓋整個(gè)溝道。1.8裝入打印介電層的有機(jī)絕緣溶液，調(diào)整好各項(xiàng)參數(shù)以得到完好的液滴； 并輸入打印程序，預(yù)備打印。1.9通過垂直鏡頭調(diào)整好打印位置，將絕緣材料均勻打印在源極和漏極中間形成介電層，覆蓋半導(dǎo)體層。1.10利用上面描述的4種打印跨層連接的方法中的任意一種制成貫通導(dǎo)線。'1.11門極用導(dǎo)電有機(jī)溶液，均勻打印到源極和漏極中間，覆蓋整個(gè)溝道。 整個(gè)薄膜晶體管的制備過程完成。1.12同樣的打印辦法制備下一個(gè)薄膜晶體管?；蛘?，可以同時(shí)打印多個(gè)薄 膜晶體管，并在步驟1. 10中通過跨層連接結(jié)構(gòu)連接不同的薄膜晶體管。上述打印源極、漏極和門極的導(dǎo)電溶液可為導(dǎo)電的有機(jī)溶液、金屬納米顆粒懸浮液或?qū)щ姷奶技{米管懸浮液。(二) RLC振蕩回路的打印過程如下逸擇第一導(dǎo)電溶液為打印溶液，并選擇打印噴孔，在基體上第一位置打印 電阻元件；選擇第二導(dǎo)電溶液為打印溶液，并選擇打印噴孔，在基體上第二位置打印 電感元件；選擇打印溶液及打印噴孔，依序在基體上第三位置交錯(cuò)打印第一電極層、 介電層及第二電極層，以形成電容元件；以及連接所述電阻元件、電感元件以及電容元件，形成RLC電路。 更具體的，可采用如下步驟-2. 1清洗基體表面。2.2制備導(dǎo)電高分子有機(jī)溶液。可以通過稀釋來降低電導(dǎo)率，作為制備電 阻器的材料。2.3放置清洗過的基體在打印臺上，通過垂直鏡頭調(diào)整好打印的位置。2.4分別裝入打印電阻器和電極的有機(jī)溶液，調(diào)整好各項(xiàng)參數(shù)以得到完好 的液滴；并輸入打印程序，預(yù)備打印。2.5電阻器的制備根據(jù)需要的電阻值，打印一定長度的線段或者尺寸的 矩形，可以是單層，亦可是多層。2.6電感線圈的制備(1) 單層平面線圈應(yīng)用打印電極的有機(jī)材料進(jìn)行打印。形狀為曲線形 (例如可以是蛇形或者螺旋形)，打印的單層平面線圈如圖9。(2) 多層平面線圈如打印單層線圈打印第一層，在其上打印一層連續(xù) 的絕緣層(電感介質(zhì))覆蓋線圈的主體部分；第二層線圈打印在這個(gè)絕緣層上， 并通過跨層連接結(jié)構(gòu)使其與第一層線圈連接，形成完整的一個(gè)線圈；類似上述 的方法繼續(xù)打印多層連續(xù)線圈，以提高電感量，多層平面線圈如圖io所示。(3) 大電感線圈按照前述的單層或多層平面線圈的打印方法將線圈打 印在磁性材料(如鐵氧體(Ferrit)或鋇鐵氧體(Ba-Ferrit))層上。即，先 在基體上待打印電感的位置通過甩膠、打印等方法形成一磁性材料層，再在該 磁性材料層上打印電感元件，以增強(qiáng)電感值。2.7電容器的制備(1) 單層電容器應(yīng)用導(dǎo)電溶液在基底打印下電極，在下電極上用打印 絕緣層的材料打印連續(xù)的膜形成介電層，再在介電層上打印上電極。(2) 多層電容器(大電容，見圖11和圖12):多個(gè)電容器并聯(lián)將提高 電容量；圖11是利用現(xiàn)有的打印錯(cuò)層連接結(jié)構(gòu)的方法打印的多個(gè)電容器并聯(lián)的多層電容器結(jié)構(gòu)。圖12中的多層電容器結(jié)構(gòu)，是在基底上打印第一個(gè)電容器后，利用前述的4種跨層連接結(jié)構(gòu)的全打印方法中的任意一種，進(jìn)行跨層連接，實(shí)現(xiàn)多個(gè)電容的并聯(lián)。上述電阻、電感及電容器可以打印在剛性或柔性基底上，剛性基底例如可以為玻璃或PCB板，柔性基底例如可以為聚酰亞胺或聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜。 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分步驟可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序可以存儲于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲介質(zhì)中，比如R0M/RAM、磁碟、光盤等。以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，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(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種形成跨層連接結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，該方法包括制作至少兩層結(jié)構(gòu)，該至少兩層結(jié)構(gòu)包括一導(dǎo)電層以及位于該導(dǎo)電層上的為絕緣層；以及在所述絕緣層的預(yù)定位置施加特定溶液，以在該絕緣層中形成導(dǎo)電的并連接所述導(dǎo)電層的跨層連接結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述在該絕緣層中形成導(dǎo)電的并連接所述導(dǎo)電層的跨層連接結(jié)構(gòu)的方式包括所述特定溶液為導(dǎo)電溶液，與該絕緣層的材料進(jìn)行物理混合，在所述絕緣 層中形成跨層連接結(jié)構(gòu)；或者所述特定溶液為導(dǎo)電溶液，溶解所述絕緣層的材料并與溶解的絕緣材料進(jìn)行化學(xué)分相，從而在所述絕緣層中形成跨層連接結(jié)構(gòu)；或者所述特定溶液對絕緣層的材料進(jìn)行摻雜，在所述絕緣層中形成跨層連接結(jié) 構(gòu)；或者所述特定溶液與絕緣層的材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在所述絕緣層中形成跨層連 接結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，該方法還包括 在所述絕緣層的上方制作另一導(dǎo)電層，以使所述連接結(jié)構(gòu)導(dǎo)通連接該另一導(dǎo)電層及所述絕緣層下方的導(dǎo)電層。
4. —根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于在所述跨層連接結(jié)構(gòu)上再制作導(dǎo)電層和絕緣層，并在該絕緣層上的預(yù)定位 置施加特定溶液以與上述跨層連接結(jié)構(gòu)形成連接多層導(dǎo)電層的多層跨層連接結(jié) 構(gòu)。 .
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述導(dǎo)電溶液為導(dǎo)電的有機(jī)溶液、金屬納米顆粒懸浮液或?qū)щ姷奶技{米管懸浮液。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于 所述導(dǎo)電的有機(jī)溶液為導(dǎo)電高分子聚合物有機(jī)溶液。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于 所述的制作或施加為利用噴墨打印的方式打印。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于進(jìn)行噴墨打印的打印系統(tǒng)為具有單一孔徑的打印噴孔的噴墨打印系統(tǒng)，或 者為具有不同孔徑的打印噴孔的噴墨打印系統(tǒng)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于-所述跨層連接結(jié)構(gòu)應(yīng)用于制作有機(jī)或無機(jī)電子器件或電路。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于 所述電子器件或電路為有機(jī)薄膜晶體管及電路。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10中所述的方法，其特征在于所述電路為RLC諧振電路。
全文摘要
本發(fā)明提供一種形成跨層連接結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括制作至少兩層結(jié)構(gòu)，該至少兩層結(jié)構(gòu)包括一導(dǎo)電層以及位于該導(dǎo)電層上的為絕緣層；以及在所述絕緣層的預(yù)定位置施加特定溶液，以在該絕緣層中形成導(dǎo)電的并連接所述導(dǎo)電層的跨層連接結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的方法能夠保證打印的不同導(dǎo)電層之間的跨層連接，從而提高電子器件性能。
文檔編號H01L21/768GK101281881SQ200810096420
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月9日
發(fā)明者初大平, 陳韋寧 申請人:初大平;陳韋寧