專利名稱：利用非交聯(lián)的光-或熱-可交聯(lián)的聚合物層進行金屬水平激光燒蝕來減少帽狀突起的影響的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文涉及有機電子領(lǐng)域，特別是電阻器，電容器，二極管，晶體管等的制造。在實踐中，它對于金屬水平的蝕刻的步驟中造成的表面退化提供了一種解決方案。它在蝕刻步驟中提供了一種更為具體的應(yīng)用方案，即通過有機電子電極的準分子型激光燒蝕。
背景技術(shù)：
準分子的方法，該方法可通過圖I中所示出的設(shè)備進行實施，能夠構(gòu)造和形成通過罩子(I)的突出而獲得的圖案。通過穿過由玻璃以及鋁制成的罩子(I)的UV光束(3，準分子)和層表面(基板，2)之間的交互作用實現(xiàn)基板(2)的燒蝕。 準分子激光是一種氣體激光，在紫外線波長范圍內(nèi)以脈沖模式發(fā)射，根據(jù)所用的混合氣體在193和351納米之間。混合氣體由一種稀有氣體G (気氣,氣氣,氪)和齒代化合物X (F2，鹽酸)組成。激發(fā)，無論是電子的還是電子束，都導(dǎo)致形成了受激分子GX*[ArFU=193nm), KrF ( λ =248nm), XeCl ( λ =308nm), XeF ( λ =351nm)]。傳輸?shù)哪芰看蠹s一焦耳，脈沖持續(xù)時間從10到150毫微秒不等，而頻率可以達到I千赫。高能準分子能量源出現(xiàn)在1992年(P平均從500到1，000W)，為其用于表面處理開辟了道路。準分子激光具有特定的優(yōu)點具有高光子能(幾個eV)能夠?qū)崿F(xiàn)光化學(xué)效應(yīng)，具有亞微細粒的空間分辨率的處理能力，和非常有限的熱效應(yīng)，紫外線比紅外的激光事項耦合更有效。大于300nm,通過光纖傳輸出現(xiàn)是可能的。在燒蝕期間，熔融邊緣或帽狀的金屬突出部(圖1B)出現(xiàn)在蝕刻邊緣上，根據(jù)所使用的能量低能量引起帽狀凸起，而高能量引起通常為分層的或熔融維度大于I微米的熔融邊緣。這樣的側(cè)面在使用這些圖案以形成電子元件的過程中是一個很大的問題，沉積厚度在要求的100納米的沉積層的技術(shù)被使用。沉積在100納米或更少的薄層，例如，在圖案上從30納米到70納米的半導(dǎo)體層所顯示的這樣的突起和配置引起了許多問題。這尤其可能導(dǎo)致電力泄漏，步驟經(jīng)過困難，維度損失(例如，關(guān)于通道的寬度)，過早老化----
現(xiàn)在，可以看到，無論是所使用的金屬(鈦，銅，金，鎳，鉬，...)，還是由罩子投影的激光燒蝕技術(shù)，它們從來沒有留下一個完美的圖案邊緣。這是該方法所固有的，并可以被解釋為在“激光射擊”過程中紫外光的熱量使金屬爆裂。這個缺點在微電子學(xué)，特別是在形成的晶體管中是一個主要問題。微電子學(xué)通常圍繞于開發(fā)無機材料，如硅(Si)或砷化鎵(GaAs)?，F(xiàn)在另一個途徑探索則圍繞有機材料，如聚合物，由于其容易大規(guī)模制造，其機械阻力，其靈活的結(jié)構(gòu)，或易于再處理。因此，基于有機發(fā)光二極管(0LED)，或基于有機薄膜晶體管(OTFT)的顯示，已被設(shè)計出。此外，層沉積技術(shù)的使用，例如，通過旋涂，噴墨打印紙，或絲印，已通過使用水溶性聚合物成為可能。
然而，不同的有機和/或無機層的疊加，引起了一些問題。特別是，晶體管的設(shè)計需要兩個導(dǎo)電等級
在高柵結(jié)構(gòu)(圖2A)中，在源極和漏極電極(6，7)被不同類型的方法，如一種準分子型激光燒蝕方法，蝕刻后，導(dǎo)電等級I (4)沉積在基板(5)上。此步驟需要非常優(yōu)良精準的激光束的能量的調(diào)整，以將帽狀突起減少到最低限度的。
在低柵結(jié)構(gòu)(圖3A)中，在源極和漏極電極(6，7)被激光蝕刻后，導(dǎo)電性的第2級(4)沉積在柵極絕緣層(9)。相似的，此步驟需要非常優(yōu)良精準的激光束的能量的調(diào)整，以將帽狀突起和柵極電介質(zhì)的劣化減少到最低限度的。因此，顯然需要發(fā)展能夠減少這種蝕刻圖案邊緣影響的技術(shù)解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明能夠減少由于激光燒蝕方法所固有的帽狀突起以及圖案邊緣小珠的 出現(xiàn)。因此，本發(fā)明是基于使用表現(xiàn)為非交聯(lián)的或部分交聯(lián)的激光-可交聯(lián)材質(zhì)，來保護被激光蝕刻的金屬層。換句話說，本發(fā)明涉及一種用于通過激光燒蝕或蝕刻構(gòu)造金屬層的方法，根據(jù)在被燒蝕或蝕刻的金屬層的后部設(shè)置一層保護層。更具體而言，本發(fā)明的目的在于使用激光蝕刻金屬層，該方法包括以下步驟
-保護層在基板上的沉積，所述層包括一個激光-可交聯(lián)的材料并且表現(xiàn)為非交聯(lián)或部分交聯(lián)的形式；
-導(dǎo)電層在保護層上的沉積；
-導(dǎo)電層的激光蝕刻；
適合用于實施本發(fā)明方法的基板可以是塑料基板(PEN，PET)，覆蓋了厚度介于10和200納米之間的金屬(金,鋁,銀,鈀，...),或金屬表面(金,鋁，...),或?qū)щ娦员砻?例如，PEDOT PSS)的塑料基板。典型地，根據(jù)本發(fā)明，保護層包括或形成為一個激光-可交聯(lián)的材料，其表現(xiàn)為非交聯(lián)或部分交聯(lián)的形式。本發(fā)明的基本原理是，設(shè)有能夠吸收部分激光能量的材料，從而，對激光處理的金屬層造成更小的傷害。事實上，可交聯(lián)聚合物的最終性能取決于它的交聯(lián)度。完全交聯(lián)的聚合物材料會比具有一些交聯(lián)節(jié)點的聚合物材料更硬，會有更具有彈性性能(“J. Phys. Chem. C 2009，113，11491-11506”)。因此，這種回復(fù)力能夠吸收波，而低交聯(lián)率能夠使交聯(lián)變得可能。換言之，本發(fā)明基于這樣的事實，即在層處于不完全交聯(lián)的水平下進行燒蝕。由此，激光束多余的能量，部分被這種保護層吸收，蝕刻邊緣效應(yīng)顯著的衰減。進一步的，根據(jù)蝕刻所需的能量，燒蝕可以是在此能量下的一個射出，或者是在低能量下的幾個射出。這樣的保護層的典型厚度范圍在10至1500納米之間，優(yōu)選的范圍在100和1000納米之間。它可能通過由在本技術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員所公知的任何技術(shù)被沉積在襯底上，例如，通過旋涂法。本發(fā)明的背景下，術(shù)語“激光”(由輻射受激發(fā)射作光放大)用于指定一種集中于一種非常薄的單色光束，具有常高的一致性和高度定向的功率的輻射的裝置。
這樣的裝置，例如，是一種在紫外范圍(紫外線)內(nèi)發(fā)射的準分子激光器，波長范圍在100和400納米之間，特別是157，248，308，和351納米。如已知的，通這樣的裝置通常根據(jù)需要和一個罩子結(jié)合使用于在層上的構(gòu)造或形成圖案。通常情況下，這樣的設(shè)備具有的能量密度范圍在10mJ/cm2至1000mJ/cm2之間，例如，等于54mJ/cm2的。脈沖持續(xù)時間可能會在從10到150毫微秒間變化，并且例如等于30納秒時，脈沖數(shù)值也可以是可變的，通常從I到10。本發(fā)明的全文中，短語“激光交聯(lián)的”是指，所述材料能夠通過由激光作用下大分子鏈之間產(chǎn)生的鏈接，形成一個三維網(wǎng)絡(luò)。在實踐中，根據(jù)該材料分別是否是光交聯(lián)性的，還是熱交聯(lián)性的，該材料因此在紫外線或與激光相關(guān)的熱的作用下是部分交聯(lián)或完全交聯(lián)的，通常情況下，本發(fā)明背景下的激光可交聯(lián)的材料是一種聚合物?！み@樣的材料根據(jù)所設(shè)想的應(yīng)用，也可以有其他特定的屬性。在有機晶體管制造的情況下，表現(xiàn)為非交聯(lián)或部分交聯(lián)形式的激光可交聯(lián)的材料優(yōu)選為電絕緣。這進一步有利于交聯(lián)性聚合物與半導(dǎo)體有一個良好的的電磁兼容性。為了實現(xiàn)這一目標，這種材料優(yōu)選為介電常數(shù)小于5。例如，這樣的材料是選自下組中，包括聚丙烯酸酯，環(huán)氧樹脂，環(huán)氧丙烯酸酯，聚氨酯，硅，聚酰亞胺和共聚酰亞胺，聚合物(倍半硅氧烷)，聚合物(苯并環(huán)丁烯)，聚合物(肉桂酸乙烯酯)，全氟化的脂族聚合物，聚(乙烯基苯酚)。晶體管制造的情況下，這中情況是本發(fā)明中的一個特權(quán)的應(yīng)用，源極和漏極電極，以及可能是柵極的蝕刻的步驟是特別微妙的，并且需要根據(jù)本發(fā)明的方法實施。因此，本發(fā)明涉及用于制造有機晶體管的方法，包括以下步驟
保護層在基板上的沉積，所述層包括一個激光-可交聯(lián)的材料，表現(xiàn)為非交聯(lián)或部分交聯(lián)的形式；
導(dǎo)電層的沉積旨在在所述保護層上，形成晶體管的源極和漏極電極或柵極；
導(dǎo)電層的激光蝕刻，導(dǎo)致晶體管的源極和漏極電極或柵極的形成；
電介質(zhì)層的沉積；
柵極或源極和漏極電極在電介質(zhì)表面的沉積。在這種方法中，按照慣例的晶體管，半導(dǎo)體層還在源極和漏極電極表面的沉積。根據(jù)一個具體實施例，通過導(dǎo)電層的沉積和激光蝕刻，在過程的最后對柵極或源極和漏極電極進行沉積。根據(jù)本發(fā)明，電介質(zhì)層通過表現(xiàn)為不交聯(lián)的或部分交聯(lián)的激光-可交聯(lián)材質(zhì)形成。作為一種變形，保護層在電介質(zhì)層和柵極或源極和漏極電極之間沉積。本發(fā)明的制造晶體管的方法，能夠在低柵和高珊結(jié)構(gòu)下制造晶體管。高珊結(jié)構(gòu)通常包括如下一系列的層
-一個基板；
_源極和漏極電極；
-有機或無機半導(dǎo)體；
-一個電介質(zhì)層；
-一個柵極。
在這種體系結(jié)構(gòu)中，該保護層因此是插于基板和用于創(chuàng)建的漏極和源極電極的金屬層之間，和/或在柵極和柵極絕緣層之間。應(yīng)當指出的是，在這最后一種情況下，電介質(zhì)可以作為一個保護層。通過本發(fā)明所述的方法在高柵結(jié)構(gòu)中制造晶體管，半導(dǎo)體層在源極和漏極電極激光蝕刻后，介電層的沉積前進行沉積。在這種體系結(jié)構(gòu)中，該聚合物優(yōu)選電絕緣，以避免干擾沉積于上方的半導(dǎo)體層(在的情況下的源極和漏極)，或下方(在柵極的情況下)。它優(yōu)選自下組中，包括聚丙烯酸酯，環(huán)氧樹脂，環(huán)氧丙烯酸酯，聚氨酯，硅。本發(fā)明因此能夠獲得一種高珊結(jié)構(gòu)有機晶體管，包括如下結(jié)構(gòu)
-一個基板；
-一個包含一種至少部分交聯(lián)的材質(zhì)的層；·
_源極和漏極電極；
-有機或無機半導(dǎo)體；
-一個電介質(zhì)層；
-一個柵極。如上所述，一個至少包括部分交聯(lián)材料的層也可以存在與電介質(zhì)層和柵極之間。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明所述的方法，能夠在低柵結(jié)構(gòu)中制造有機晶體管。一種低柵結(jié)構(gòu)有機晶體管，通常包括如下一系列層
-一個基板；
-一個柵極；
-一個電介質(zhì)層；
_源極和漏極電極；
-有機或無機半導(dǎo)體。通過本發(fā)明所述的方法在低柵結(jié)構(gòu)中制造晶體管，半導(dǎo)體層在源極和漏極電極激光蝕刻后進行沉積。 根據(jù)本發(fā)明，保護層因此安裝在基板和柵極之間。優(yōu)選的，電介質(zhì)層通過表現(xiàn)為非交聯(lián)的或部分交聯(lián)形式的激光可交聯(lián)材料。作為一種變形，電介質(zhì)層和源極以及漏極電極之間加有保護層。在這種體系結(jié)構(gòu)中，聚合物優(yōu)選自以下的組，包括聚酰亞胺和共聚酰亞胺，聚合物(倍半硅氧烷)，聚合物(苯并環(huán)丁烯)，聚合物(肉桂酸乙烯酯)，全氟化的脂族聚合物，聚(乙烯基苯酚)，以及聚合物(丙烯酸酯)。本發(fā)明因此能夠獲得一種包括如下結(jié)構(gòu)的低珊結(jié)構(gòu)有機晶體管
-一個基板；
-一個包含一種至少部分交聯(lián)的材質(zhì)的層；
-一個柵極；
-一個電介質(zhì)層；
_源極和漏極電極；
-有機或無機半導(dǎo)體。
如上文提到的，一個包括一種至少部分交聯(lián)材料的層也可以設(shè)于電介質(zhì)層和源極以及漏極間。換句話說，使用表現(xiàn)為非交聯(lián)的或部分交聯(lián)形式的激光可交聯(lián)材料，來保護金屬層防止被激光蝕刻，在制造有機晶體管的情況下，可能表現(xiàn)為幾種形式
對于高珊結(jié)構(gòu)中的晶體管
-一個層插入于基板和源極以及漏極之間；和/或 -電介質(zhì)層位于柵極之下，或一個層插入于電介質(zhì)層和柵極之間。對于低珊結(jié)構(gòu)中的晶體管 -一個層插入于基板和柵極之間；和/或
-電介質(zhì)層位于源極以及漏極之下，或一個層插入于電介質(zhì)和源極以及漏極之間。本發(fā)明不可否認地提供了可交聯(lián)的材料的積極效果，這種材料是不交聯(lián)的或僅是部分交聯(lián)的，設(shè)于被激光處理的金屬層之下顯著地減少了帽狀突起和熔融邊緣，同樣，電氣特性的改進也可以被觀察到。在本發(fā)明上述的和其它特征和優(yōu)點將在下面，非限制性的下列實施例進行描述，實施例與附隨的附圖關(guān)聯(lián)。


圖I示出用于實現(xiàn)準分子方法(A)的設(shè)備，和在蝕刻水平(B)中觀察到的缺點。圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的(A)或根據(jù)本發(fā)明的(B)的高珊結(jié)構(gòu)圖示。
圖3示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的(A)或根據(jù)本發(fā)明的(B和C)的低柵結(jié)構(gòu)圖示。圖4相當于SEM觀察，通過準分子型激光方法燒蝕的30納米金層，且具有同樣的能量密度(54mJ/cm2): —個完全交聯(lián)的電介質(zhì)(A)和非交聯(lián)的相同介質(zhì)的比較(B)。圖5示出了分別由示例A和示例B在低柵結(jié)構(gòu)下得到的兩個有機晶體管的電子結(jié)果O
具體實施例方式I/高柵結(jié)構(gòu)
實施本發(fā)明背景下所述的高柵架構(gòu)在圖2B中示出。這主要是基于非交聯(lián)的或部分交聯(lián)的絕緣性聚合物(10)在基板(5)和傳導(dǎo)層(4)之間的沉積，所述絕緣性聚合物具有交聯(lián)性。a/絕緣交聯(lián)聚合物
能夠在高柵結(jié)構(gòu)中被使用的絕緣交聯(lián)聚合物可以從以下列表中選擇
-聚丙烯酸酯 -環(huán)氧樹脂 -環(huán)氧丙烯酸酯；
-聚氨酯；
_娃。在這種體系結(jié)構(gòu)中，絕緣體(10)能夠使得，如果是非交聯(lián)或部分交聯(lián)的，在蝕刻上層(4)的步驟中減少帽狀突起。它必須是電絕緣的，以避免干擾半導(dǎo)體層(11)上面淀積。
b/制造高柵結(jié)構(gòu)的方法
步驟I :基板(5)
步驟2 :非交聯(lián)的絕緣體(10)在基板(5)上的沉積 步驟3 :傳導(dǎo)層(4)在整個表面上的沉積
步驟4:利用傳導(dǎo)層(4)穿過一個罩子(I)的激光燒蝕的蝕刻，形成源電極和漏電極(6，7)。步驟5 :絕緣體(10)的熱或光交聯(lián)
步驟6 :通過半導(dǎo)體(11)，電介質(zhì)(9)，柵極(8)的連續(xù)沉積，獲得有機場效應(yīng)的晶體管2/低柵結(jié)構(gòu)
本發(fā)明的低柵結(jié)構(gòu)的實施例由圖3B和3C示出。這主要是基于非交聯(lián)或部分交聯(lián)的絕緣性聚合物(10)的沉積，從而具有交聯(lián)性，在基板(5)和傳導(dǎo)層(4)之間。a/絕緣交聯(lián)聚合物
權(quán)利要求
1.一種制造有機晶體管的方法，包括以下步驟的方法 保護層(10)在基板(5)上的沉積，所述層包括一個激光-可交聯(lián)的材料，表現(xiàn)為非交聯(lián)或部分交聯(lián)的形式； 導(dǎo)電層(4)的沉積旨在在所述保護層(10)上，形成晶體管的源極和漏極電極(6，7)或柵極(8)； 導(dǎo)電層(4)的激光蝕刻，導(dǎo)致形成晶體管的源極和漏極電極(6，7)或柵極(8)； 電介質(zhì)層(9)的沉積； 柵極(8 )或源極和漏極電極(6，7 )的沉積， 半導(dǎo)體層(11)在源極和漏極電極(6, 7)表面的沉積。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造有機晶體管的方法，其特征在于，通過導(dǎo)電層(4)的沉積和激光蝕刻，對柵極(8)或源極和漏極電極(6，7)進行沉積。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制造有機晶體管的方法，其特征在于，所述電介質(zhì)層(9)通過表現(xiàn)為非交聯(lián)的或部分交聯(lián)的激光-可交聯(lián)材質(zhì)形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制造有機晶體管的方法，其特征在于，保護層(10)在電介質(zhì)層(9 )和柵極(8 )或源極和漏極電極(6，7 )之間沉積。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任意一項所述的制造有機晶體管的方法，其特征在于，所述有機晶體管是一個高柵極結(jié)構(gòu)中的晶體管，在其中的半導(dǎo)體層(11)在源極和漏極電極(6，7)的激光蝕刻和所述電介質(zhì)層(9)的沉積之間進行沉積。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任意一項所述的制造有機晶體管的方法，其特征在于，有機晶體管是一個低柵極結(jié)構(gòu)中的晶體管，在其中的半導(dǎo)體層(11)是在源極和漏極電極(6，7)的沉積之后進行沉積的。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任意一項所述的制造有機晶體管的方法，其特征在于，通過紫外激光進行激光蝕刻，優(yōu)選為準分子激光。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任意一項所述的制造有機晶體管的方法，其特征在于，在激光蝕刻后，保護層(10)，還有可能是電介質(zhì)層(9)，進行交聯(lián)步驟，優(yōu)選為通過光或熱的交聯(lián)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中任意一項所述的制造有機晶體管的方法，其特征在于，所述表現(xiàn)為非交聯(lián)的或部分交聯(lián)的激光-可交聯(lián)材料是電絕緣的。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任意一項所述的制造有機晶體管的方法，其特征在于，所述表現(xiàn)為非交聯(lián)的或部分交聯(lián)的激光-可交聯(lián)材料，介電常數(shù)低于5。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至10中任意一項所述的制造有機晶體管的方法，其特征在于，表現(xiàn)為非交聯(lián)的或部分交聯(lián)的激光-可交聯(lián)材料，從下組中選擇聚丙烯酸酯，環(huán)氧樹脂，環(huán)氧丙烯酸酯，聚氨酯，硅，聚酰亞胺和共聚酰亞胺，聚合物(倍半硅氧烷)，聚合物(苯并環(huán)丁烯)，聚合物(肉桂酸乙烯酯)，全氟化的脂族聚合物，聚(乙烯基苯酚)。
12.—種高珊結(jié)構(gòu)有機晶體管，能夠通過權(quán)利要求I至5和權(quán)利要求7至11中所述的方法制作，包括如下結(jié)構(gòu) -一個基板(5)； -一個包含一種至少部分交聯(lián)的材料的層(10); -源極和漏極電極(6, 7); -有機或無機半導(dǎo)體(11);-一個電介質(zhì)層(9); -一個柵極(8)。
13.一種低珊結(jié)構(gòu)有機晶體管，能夠通過權(quán)利要求I至4和權(quán)利要求6至11中所述的方法制作，包括如下結(jié)構(gòu) -一個基板(5)； -一個包含一種至少部分交聯(lián)的材料的層(10); -一個柵極(8); -一個電介質(zhì)層(9); -源極和漏極電極(6, 7); -有機或無機半導(dǎo)體(11)。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光-可交聯(lián)材料(10)的使用，所述激光-可交聯(lián)材料是非交聯(lián)或部分交聯(lián)的，用于在激光蝕刻過程中保護有機晶體管的電極。
文檔編號H01L51/00GK102918676SQ201180022622
公開日2013年2月6日 申請日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者瑪麗·埃茨曼, 穆罕默德·本韋迪 申請人:原子能和代替能源委員會