專利名稱：一種用于實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成電路結(jié)構(gòu)，具體涉及一種用于實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)，屬于電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
印刷電子由于其低成本、適用可溶液法低溫制備、易于柔性和大面積集成等優(yōu)點(diǎn)而取得了廣泛的關(guān)注，在傳感單元、射頻標(biāo)志識(shí)別標(biāo)簽、電子紙顯示背板、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域已經(jīng)取得了實(shí)際應(yīng)用。隨著人們對于電子產(chǎn)品低成本和便攜性要求的不斷增長，印刷電子的發(fā)展勢必會(huì)得到更大的推動(dòng)和重視。與傳統(tǒng)硅基集成電路類似，互聯(lián)與封裝對于印刷電子集成電路也非常重要。為了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的電子功能，印刷電子需要有合適的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)才能與可印刷晶體管結(jié)構(gòu)、材料體系、電壓功耗和加工工藝等因素相兼容。 與傳統(tǒng)硅基集成電路不同，印刷柔性集成電路的基板通常是非熱導(dǎo)性塑料材料，因而在散熱上需要對結(jié)構(gòu)有特殊的考慮，同時(shí)在實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的過程中要充分考慮到溶液法加工的特殊性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對印刷電子柔性集成電路的特殊性，提供一種用于實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)，其能夠達(dá)到上層散熱與散熱性差的塑料基板兼容、充分保護(hù)溶液法加工的半導(dǎo)體層以及底柵底接觸結(jié)構(gòu)晶體管易于集成的效果。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的—種用于實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)，其中基本單元晶體管為底柵底接觸結(jié)構(gòu)，所述互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)包括有絕緣襯底、器件互聯(lián)層、柵電極、柵極絕緣層、源漏電極、半導(dǎo)體層、緩沖層和封裝層，其特征是所述絕緣襯底位于所述互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)的底層，所述器件互聯(lián)層位于所述絕緣襯底之上，所述柵電極位于所述器件互聯(lián)層之上，所述柵極絕緣層覆蓋所述器件互聯(lián)層和柵電極，所述源漏電極位于所述柵極絕緣層之上，所述半導(dǎo)體層覆蓋所述源漏電極電極之間的溝道區(qū)域，所述緩沖層覆蓋所述柵極絕緣層、所述源漏電極和所述半導(dǎo)體層，所述封裝層位于所述緩沖層之上且在整個(gè)互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)的頂層。所述絕緣襯底為玻璃或塑料薄膜。所述器件互聯(lián)層由金屬互聯(lián)線和層間絕緣層組成，該金屬互聯(lián)線的材料為導(dǎo)電金屬或?qū)щ娪袡C(jī)物，所述導(dǎo)電有機(jī)物為PED0T:PSS，所述導(dǎo)電金屬為金、銀、銅或鋁。該層間絕緣層是指采用可溶液法加工的絕緣層或者采用氣相沉積、濺射或蒸鍍工藝加工的絕緣層。所述柵電極的材料為導(dǎo)電金屬或?qū)щ娪袡C(jī)物，所述導(dǎo)電有機(jī)物為PEDOT:PSS,所述導(dǎo)電金屬為金、銀、銅或鋁。所述柵極絕緣層為采用可溶液法加工、紫外線交聯(lián)的絕緣層或者采用氣相沉積、濺射或蒸鍍工藝加工的絕緣層。
所述源漏電極的材料為導(dǎo)電金屬并用含巰基的化學(xué)單分子自組裝薄膜進(jìn)行修飾，所述導(dǎo)電金屬為金、銀或銅。所述半導(dǎo)體層為采用可溶液法加工的有機(jī)半導(dǎo)體。
所述緩沖層為采用可溶液法加工的聚合物絕緣層。所述封裝層為導(dǎo)熱性良好的聚合物材料。所述聚合物材料為導(dǎo)熱膠。本發(fā)明所述的用于實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)第一、考慮到印刷電子采用散熱性差的柔性基板的特殊性，將導(dǎo)熱層放在結(jié)構(gòu)的最上面，從上層散熱，從而提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的散熱性。第二、底柵底接觸結(jié)構(gòu)的有機(jī)薄膜晶體管更容易用于電路集成，能夠更好的與現(xiàn)有硅基電子工藝兼容，同時(shí)該結(jié)構(gòu)的晶體管能夠通過對柵極絕緣層的界面修飾取得良好的載流子傳輸界面，以更方便的控制載流子傳輸界面，通過降低亞閾值擺幅的方法來降低電壓功耗而不受限制于柵極絕緣層的厚度和介電常數(shù)。第三、將復(fù)雜的器件互聯(lián)層的制備在半導(dǎo)體沉積之前完成，從而能夠極大地保護(hù)溶液法加工的半導(dǎo)體層。第四、本發(fā)明能夠采用全溶液法進(jìn)行制備，從而極大地節(jié)約了成本。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。圖2為本發(fā)明中溶液法底柵底接觸結(jié)構(gòu)有機(jī)薄膜晶體管通過降低亞閾值擺幅得到低電壓的轉(zhuǎn)移特性曲線。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細(xì)說明。本發(fā)明所述的用于實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)如圖I所示，其中基本單元晶體管為底柵底接觸結(jié)構(gòu)，所述互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)包括有絕緣襯底11、器件互聯(lián)層12、柵電極13、柵極絕緣層14、源漏電極15、半導(dǎo)體層16、緩沖層17和封裝層18。所述絕緣襯底11位于所述互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)的底層，所述器件互聯(lián)層12位于所述絕緣襯底11之上，所述柵電極13位于所述器件互聯(lián)層12之上，所述柵極絕緣層14覆蓋所述器件互聯(lián)層12和柵電極13，所述源漏電極15位于所述柵極絕緣層14之上，所述半導(dǎo)體層16覆蓋所述源漏電極15電極之間的溝道區(qū)域，所述緩沖層17覆蓋所述柵極絕緣層14、所述源漏電極15和所述半導(dǎo)體層16，所述封裝層18位于所述緩沖層17之上且在整個(gè)互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)的頂層。所述絕緣襯底11為玻璃或塑料薄膜，如PET、PEN等。所述器件互聯(lián)層12由金屬互聯(lián)線和層間絕緣層組成，以實(shí)現(xiàn)器件互聯(lián)的功能。該金屬互聯(lián)線的材料為金、銀、銅、鋁等導(dǎo)電金屬，或者PED0T:PSS等導(dǎo)電有機(jī)物，金屬互聯(lián)線的制備方法為使用具有一定圖案的掩膜進(jìn)行熱蒸鍍或光刻，或者溶液法加工如噴墨打印、絲網(wǎng)印刷等方法；該層間絕緣層是指采用可溶液法(如刮涂、旋涂等)加工的絕緣層材料或者采用氣相沉積、濺射或蒸鍍等傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體工藝加工的絕緣層。
所述柵電極13的材料為金、銀、銅、鋁等導(dǎo)電金屬或PED0T:PSS等導(dǎo)電有機(jī)物，制備方法為使用具有一定圖案的掩膜進(jìn)行熱蒸鍍或光刻，或者采用噴墨打印、絲網(wǎng)印刷等方法。所述柵極絕緣層14為采用可溶液法加工(如刮涂、旋涂等)、紫外線交聯(lián)的絕緣層或者采用氣相沉積、濺射或蒸鍍等傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體工藝加工的絕緣層。所述源漏電極15的材料為金、銀、銅等導(dǎo)電金屬并可用含巰基的化學(xué)單分子自組裝薄膜進(jìn)行修飾，制備方法為使用具有一定圖案的掩膜進(jìn)行熱蒸鍍、光刻或可溶液法加工(如噴墨打印、絲網(wǎng)印刷等方法)。所述半導(dǎo)體層16為采用可溶液法加工的有機(jī)半導(dǎo)體，所用制備方法為旋涂、噴墨打印、絲網(wǎng)印刷或提拉法等可溶液法。 所述緩沖層17為采用可溶液法加工的聚合物絕緣層，其具有很好的穩(wěn)定性和水氧阻隔性，使用與有機(jī)半導(dǎo)體相正交的溶劑，起到保護(hù)有機(jī)半導(dǎo)體的作用；所用制備方法為旋涂、絲網(wǎng)印刷等可溶液法。所述封裝層18為導(dǎo)熱膠等導(dǎo)熱性良好的聚合物材料，起到系統(tǒng)散熱的作用；所用制備方法為旋涂、絲網(wǎng)印刷等可溶液法，或者氣相沉積、濺射、蒸鍍等傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體工藝。以下通過一些實(shí)施例具體說明本發(fā)明的各種結(jié)構(gòu)。實(shí)施例I :所述的用于實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)中基本單元晶體管為底柵底接觸結(jié)構(gòu)，所述互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)包括有絕緣襯底11、器件互聯(lián)層12、柵電極13、柵極絕緣層
14、源漏電極15、半導(dǎo)體層16、緩沖層17和封裝層18，其基本結(jié)構(gòu)為所述絕緣襯底11位于所述互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)的底層，所述器件互聯(lián)層12位于所述絕緣襯底11之上，所述柵電極13位于所述器件互聯(lián)層12之上，所述柵極絕緣層14覆蓋所述器件互聯(lián)層12和柵電極13，所述源漏電極15位于所述柵極絕緣層14之上，所述半導(dǎo)體層16覆蓋所述源漏電極15電極之間的溝道區(qū)域，所述緩沖層17覆蓋所述柵極絕緣層14、所述源漏電極15和所述半導(dǎo)體層16，所述封裝層18位于所述緩沖層17之上且在整個(gè)互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)的頂層。各結(jié)構(gòu)層的具體結(jié)構(gòu)如下所述絕緣襯底11為玻璃。所述器件互聯(lián)層12由金屬互聯(lián)線和層間絕緣層組成，該金屬互聯(lián)線的材料為金，其制備方法為使用具有一定圖案的掩膜進(jìn)行熱蒸鍍；該層間絕緣層為用氣相沉積工藝加工的絕緣層。所述柵電極13的材料為金，其制備方法為使用具有一定圖案的掩膜進(jìn)行熱蒸鍍。所述柵極絕緣層14為用氣相沉積工藝加工的絕緣層。所述源漏電極15的材料為金，用含巰基的化學(xué)單分子自組裝薄膜進(jìn)行修飾，其制備方法為使用具有一定圖案的掩膜進(jìn)行熱蒸鍍。所述半導(dǎo)體層16為可溶液法加工的有機(jī)半導(dǎo)體，所用制備方法為旋涂。所述緩沖層17為采用可溶液法加工的聚合物絕緣層，所用制備方法為旋涂。所述封裝層18為導(dǎo)熱膠，所用制備方法為氣相沉積。實(shí)施例2 所述的用于實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)如實(shí)施例I。
各結(jié)構(gòu)層的具體結(jié)構(gòu)如下所述絕緣襯底11為玻璃。所述器件互聯(lián)層12由金屬互聯(lián)線和層間絕緣層組成，該金屬互聯(lián)線的材料為銀，其制備方法為絲網(wǎng)印刷；該層間絕緣層為用可溶液法的刮涂工藝加工的絕緣層。所述柵電極13的材料為銀，其制備方法為絲網(wǎng)印刷。所述柵極絕緣層14為可溶液法加工、紫外線交聯(lián)的絕緣層，制備方法為刮涂。所述源漏電極15的材料為銀，用含巰基的化學(xué)單分子自組裝薄膜進(jìn)行修飾，其制備方法為絲網(wǎng)印刷。所述半導(dǎo)體層16為可溶液法加工的有機(jī)半導(dǎo)體，所用制備方法為噴墨打印。
所述緩沖層17為采用可溶液法加工的聚合物絕緣層，所用制備方法為絲網(wǎng)印刷。所述封裝層18為導(dǎo)熱膠，所用制備方法為絲網(wǎng)印刷。實(shí)施例3 所述的用于實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)如實(shí)施例I。各結(jié)構(gòu)層的具體結(jié)構(gòu)如下 所述絕緣襯底11為塑料薄膜PET。所述器件互聯(lián)層12由金屬互聯(lián)線和層間絕緣層組成，該金屬互聯(lián)線的材料為銅，其制備方法為噴墨打印；該層間絕緣層為用可溶液法的旋涂工藝加工的絕緣層。所述柵電極13的材料為銅，其制備方法為噴墨打印。所述柵極絕緣層14為可溶液法加工、紫外線交聯(lián)的絕緣層，制備方法為旋涂。所述源漏電極15的材料為銅，用含巰基的化學(xué)單分子自組裝薄膜進(jìn)行修飾，其制備方法為噴墨打印。所述半導(dǎo)體層16為可溶液法加工的有機(jī)半導(dǎo)體，所用制備方法為絲網(wǎng)印刷。所述緩沖層17為采用可溶液法加工的聚合物絕緣層，所用制備方法為絲網(wǎng)印刷。所述封裝層18為導(dǎo)熱膠，所用制備方法為旋涂。實(shí)施例4 所述的用于實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)如實(shí)施例I。各結(jié)構(gòu)層的具體結(jié)構(gòu)如下所述絕緣襯底11為塑料薄膜PEN。所述器件互聯(lián)層12由金屬互聯(lián)線和層間絕緣層組成，該金屬互聯(lián)線的材料為鋁，其制備方法為使用具有一定圖案的掩膜進(jìn)行光刻；該層間絕緣層為用濺射工藝加工的絕緣層。所述柵電極13的材料為鋁，其制備方法為使用具有一定圖案的掩膜進(jìn)行光刻。所述柵極絕緣層14為采用濺射工藝加工的絕緣層。所述源漏電極15的材料為金，用含巰基的化學(xué)單分子自組裝薄膜進(jìn)行修飾，其制備方法為使用具有一定圖案的掩膜進(jìn)行光刻。所述半導(dǎo)體層16為可溶液法加工的有機(jī)半導(dǎo)體，所用制備方法為提拉法。所述緩沖層17為采用可溶液法加工的聚合物絕緣層，所用制備方法為旋涂。所述封裝層18為導(dǎo)熱膠，所用制備方法為濺射。實(shí)施例5
所述的用于實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)如實(shí)施例I。各結(jié)構(gòu)層的具體結(jié)構(gòu)如下所述絕緣襯底11為塑料薄膜PET。所述器件互聯(lián)層12由金屬互聯(lián)線和層間絕緣層組成，該金屬互聯(lián)線的材料為導(dǎo)電有機(jī)物PED0T:PSS，其制備方法為絲網(wǎng)印刷；該層間絕緣層為用蒸鍍工藝加工的絕緣層。所述柵電極13的材料為導(dǎo)電有機(jī)物PEDOT:PSS，其制備方法為噴墨打印。所述柵極絕緣層14為采用蒸鍍工藝加工的絕緣層。所述源漏電極15的材料為銀，用含巰基的化學(xué)單分子自組裝薄膜進(jìn)行修飾，其制備方法為噴墨打印。
所述半導(dǎo)體層16為可溶液法加工的有機(jī)半導(dǎo)體，所用制備方法為旋涂。所述緩沖層17為采用可溶液法加工的聚合物絕緣層，所用制備方法為旋涂。所述封裝層18為導(dǎo)熱膠，所用制備方法為蒸鍍。圖2給出了本發(fā)明實(shí)驗(yàn)性示例得到的有機(jī)薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線，電學(xué)特性
權(quán)利要求
1.一種用于實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)，其中基本單元晶體管為底柵底接觸結(jié)構(gòu)，所述互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)包括有絕緣襯底(11)、器件互聯(lián)層(12)、柵電極(13)、柵極絕緣層(14)、源漏電極(15)、半導(dǎo)體層(16)、緩沖層(17)和封裝層(18)，其特征是 所述絕緣襯底(11)位于所述互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)的底層，所述器件互聯(lián)層(12)位于所述絕緣襯底(11)之上，所述柵電極(13)位于所述器件互聯(lián)層(12)之上，所述柵極絕緣層(14)覆蓋所述器件互聯(lián)層(12)和柵電極(13)，所述源漏電極(15)位于所述柵極絕緣層(14)之上，所述半導(dǎo)體層(16)覆蓋所述源漏電極(15)電極之間的溝道區(qū)域，所述緩沖層(17)覆蓋所述柵極絕緣層(14)、所述源漏電極(15)和所述半導(dǎo)體層(16)，所述封裝層(18)位于所述緩沖層(17)之上且在整個(gè)互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)的頂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述絕緣襯底(11)為玻璃或塑料薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述器件互聯(lián)層(12)由金屬互聯(lián)線和層間絕緣層組成，該金屬互聯(lián)線的材料為導(dǎo)電金屬或?qū)щ娪袡C(jī)物，該層間絕緣層是指采用可溶液法加工的絕緣層或者采用氣相沉積、濺射或蒸鍍工藝加工的絕緣層。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述柵電極(13)的材料為導(dǎo)電金屬或?qū)щ娪袡C(jī)物。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的用于實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述導(dǎo)電有機(jī)物為PEDOT:PSS，所述導(dǎo)電金屬為金、銀、銅或鋁。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述柵極絕緣層(14)為采用可溶液法加工、紫外線交聯(lián)的絕緣層或者采用氣相沉積、濺射或蒸鍍工藝加工的絕緣層。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述源漏電極(15)的材料為導(dǎo)電金屬并用含巰基的化學(xué)單分子自組裝薄膜進(jìn)行修飾。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述導(dǎo)電金屬為金、銀或銅。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述半導(dǎo)體層(16)為采用可溶液法加工的有機(jī)半導(dǎo)體。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述緩沖層(17)為采用可溶液法加工的聚合物絕緣層。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述封裝層(18)為導(dǎo)熱性良好的聚合物材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述聚合物材料為導(dǎo)熱膠。
全文摘要
一種用于實(shí)現(xiàn)印刷柔性集成電路的互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)，其中基本單元晶體管為底柵底接觸結(jié)構(gòu)，所述互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)包括有絕緣襯底、器件互聯(lián)層、柵電極、柵極絕緣層、源漏電極、半導(dǎo)體層、緩沖層和封裝層，其中，絕緣襯底位于所述互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)的底層，器件互聯(lián)層位于絕緣襯底之上，柵電極位于器件互聯(lián)層之上，柵極絕緣層覆蓋器件互聯(lián)層和柵電極，源漏電極位于柵極絕緣層之上，半導(dǎo)體層覆蓋源漏電極電極之間的溝道區(qū)域，緩沖層覆蓋柵極絕緣層、源漏電極和半導(dǎo)體層，封裝層位于緩沖層之上且在整個(gè)互聯(lián)、封裝結(jié)構(gòu)的頂層。本發(fā)明采用全溶液法制備，極大地節(jié)約了成本，同時(shí)具有散熱性好、半導(dǎo)體層得到充分保護(hù)以及底柵底接觸結(jié)構(gòu)晶體管易于集成的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L51/10GK102832344SQ201210316399
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者郭小軍, 馮林潤, 崔晴宇, 徐小麗, 唐偉 申請人:上海交通大學(xué)