專利名稱：利用非交聯的光-或熱-可交聯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
技術領域：
本文涉及有機電子領域，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：
準分子的方法，該方法可通過圖I中所示出的設備進行實施，能夠構造和形成通過罩子(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以脈沖模式發射，根據所用的混合氣體在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，無論是電子的還是電子束，都導致形成了受激分子GX*[ArFU=193nm), KrF ( λ =248nm), XeCl ( λ =308nm), XeF ( λ =351nm)]。傳輸的能量大約一焦耳，脈沖持續時間從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點具有高光子能(幾個eV)能夠實現光化學效應，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，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)出現在蝕刻邊緣上，根據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。這尤其可能導致電力泄漏，步驟經過困難，維度損失(例如，關于通道的寬度)，過早老化----
現在，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，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，特別是在形成的晶體管中是一個主要問題。微電子學通常圍繞于開發無機材料，如硅(Si)或砷化鎵(GaAs)。現在另一個途徑探索則圍繞有機材料，如聚合物，由于其容易大規模制造，其機械阻力，其靈活的結構，或易于再處理。因此，基于有機發光二極管(0LED)，或基于有機薄膜晶體管(OTFT)的顯示，已被設計出。此外，層沉積技術的使用，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，晶體管的設計需要兩個導電等級
在高柵結構(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，導電等級I (4)沉積在基板(5)上。此步驟需要非常優良精準的激光束的能量的調整，以將帽狀突起減少到最低限度的。
在低柵結構(圖3A)中，在源極和漏極電極(6，7)被激光蝕刻后，導電性的第2級(4)沉積在柵極絕緣層(9)。相似的，此步驟需要非常優良精準的激光束的能量的調整，以將帽狀突起和柵極電介質的劣化減少到最低限度的。因此，顯然需要發展能夠減少這種蝕刻圖案邊緣影響的技術解決方案。
發明內容
因此，本發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。因此，本發明是基于使用表現為非交聯的或部分交聯的激光-可交聯材質，來保護被激光蝕刻的金屬層。換句話說，本發明涉及一種用于通過激光燒蝕或蝕刻構造金屬層的方法，根據在被燒蝕或蝕刻的金屬層的后部設置一層保護層。更具體而言，本發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-可交聯的材料并且表現為非交聯或部分交聯的形式；
-導電層在保護層上的沉積；
-導電層的激光蝕刻；
適合用于實施本發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，...),或導電性表面(例如，PEDOT PSS)的塑料基板。典型地，根據本發明，保護層包括或形成為一個激光-可交聯的材料，其表現為非交聯或部分交聯的形式。本發明的基本原理是，設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，可交聯聚合物的最終性能取決于它的交聯度。完全交聯的聚合物材料會比具有一些交聯節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，這種回復力能夠吸收波，而低交聯率能夠使交聯變得可能。換言之，本發明基于這樣的事實，即在層處于不完全交聯的水平下進行燒蝕。由此，激光束多余的能量，部分被這種保護層吸收，蝕刻邊緣效應顯著的衰減。進一步的，根據蝕刻所需的能量，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，優選的范圍在100和1000納米之間。它可能通過由在本技術領域的熟練技術人員所公知的任何技術被沉積在襯底上，例如，通過旋涂法。本發明的背景下，術語“激光”(由輻射受激發射作光放大)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)內發射的準分子激光器，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需要和一個罩子結合使用于在層上的構造或形成圖案。通常情況下，這樣的設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，脈沖數值也可以是可變的，通常從I到10。本發明的全文中，短語“激光交聯的”是指，所述材料能夠通過由激光作用下大分子鏈之間產生的鏈接，形成一個三維網絡。在實踐中，根據該材料分別是否是光交聯性的，還是熱交聯性的，該材料因此在紫外線或與激光相關的熱的作用下是部分交聯或完全交聯的，通常情況下，本發明背景下的激光可交聯的材料是一種聚合物。·這樣的材料根據所設想的應用，也可以有其他特定的屬性。在有機晶體管制造的情況下，表現為非交聯或部分交聯形式的激光可交聯的材料優選為電絕緣。這進一步有利于交聯性聚合物與半導體有一個良好的的電磁兼容性。為了實現這一目標，這種材料優選為介電常數小于5。例如，這樣的材料是選自下組中，包括聚丙烯酸酯，環氧樹脂，環氧丙烯酸酯，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，這中情況是本發明中的一個特權的應用，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，并且需要根據本發明的方法實施。因此，本發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-可交聯的材料，表現為非交聯或部分交聯的形式；
導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；
導電層的激光蝕刻，導致晶體管的源極和漏極電極或柵極的形成；
電介質層的沉積；
柵極或源極和漏極電極在電介質表面的沉積。在這種方法中，按照慣例的晶體管，半導體層還在源極和漏極電極表面的沉積。根據一個具體實施例，通過導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。根據本發明，電介質層通過表現為不交聯的或部分交聯的激光-可交聯材質形成。作為一種變形，保護層在電介質層和柵極或源極和漏極電極之間沉積。本發明的制造晶體管的方法，能夠在低柵和高珊結構下制造晶體管。高珊結構通常包括如下一系列的層
-一個基板；
_源極和漏極電極；
-有機或無機半導體；
-一個電介質層；
-一個柵極。
在這種體系結構中，該保護層因此是插于基板和用于創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。應當指出的是，在這最后一種情況下，電介質可以作為一個保護層。通過本發明所述的方法在高柵結構中制造晶體管，半導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。在這種體系結構中，該聚合物優選電絕緣，以避免干擾沉積于上方的半導體層(在的情況下的源極和漏極)，或下方(在柵極的情況下)。它優選自下組中，包括聚丙烯酸酯，環氧樹脂，環氧丙烯酸酯，聚氨酯，硅。本發明因此能夠獲得一種高珊結構有機晶體管，包括如下結構
-一個基板；
-一個包含一種至少部分交聯的材質的層；·
_源極和漏極電極；
-有機或無機半導體；
-一個電介質層；
-一個柵極。如上所述，一個至少包括部分交聯材料的層也可以存在與電介質層和柵極之間。根據本發明的另一個方面，本發明所述的方法，能夠在低柵結構中制造有機晶體管。一種低柵結構有機晶體管，通常包括如下一系列層
-一個基板；
-一個柵極；
-一個電介質層；
_源極和漏極電極；
-有機或無機半導體。通過本發明所述的方法在低柵結構中制造晶體管，半導體層在源極和漏極電極激光蝕刻后進行沉積。 根據本發明，保護層因此安裝在基板和柵極之間。優選的，電介質層通過表現為非交聯的或部分交聯形式的激光可交聯材料。作為一種變形，電介質層和源極以及漏極電極之間加有保護層。在這種體系結構中，聚合物優選自以下的組，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)。本發明因此能夠獲得一種包括如下結構的低珊結構有機晶體管
-一個基板；
-一個包含一種至少部分交聯的材質的層；
-一個柵極；
-一個電介質層；
_源極和漏極電極；
-有機或無機半導體。
如上文提到的，一個包括一種至少部分交聯材料的層也可以設于電介質層和源極以及漏極間。換句話說，使用表現為非交聯的或部分交聯形式的激光可交聯材料，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，可能表現為幾種形式
對于高珊結構中的晶體管
-一個層插入于基板和源極以及漏極之間；和/或 -電介質層位于柵極之下，或一個層插入于電介質層和柵極之間。對于低珊結構中的晶體管 -一個層插入于基板和柵極之間；和/或
-電介質層位于源極以及漏極之下，或一個層插入于電介質和源極以及漏極之間。本發明不可否認地提供了可交聯的材料的積極效果，這種材料是不交聯的或僅是部分交聯的，設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。在本發明上述的和其它特征和優點將在下面，非限制性的下列實施例進行描述，實施例與附隨的附圖關聯。
圖I示出用于實現準分子方法(A)的設備，和在蝕刻水平(B)中觀察到的缺點。圖2示出了根據現有技術的(A)或根據本發明的(B)的高珊結構圖示。
圖3示出了根據現有技術的(A)或根據本發明的(B和C)的低柵結構圖示。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): —個完全交聯的電介質(A)和非交聯的相同介質的比較(B)。圖5示出了分別由示例A和示例B在低柵結構下得到的兩個有機晶體管的電子結果O
具體實施例方式I/高柵結構
實施本發明背景下所述的高柵架構在圖2B中示出。這主要是基于非交聯的或部分交聯的絕緣性聚合物(10)在基板(5)和傳導層(4)之間的沉積，所述絕緣性聚合物具有交聯性。a/絕緣交聯聚合物
能夠在高柵結構中被使用的絕緣交聯聚合物可以從以下列表中選擇
-聚丙烯酸酯 -環氧樹脂 -環氧丙烯酸酯；
-聚氨酯；
_娃。在這種體系結構中，絕緣體(10)能夠使得，如果是非交聯或部分交聯的，在蝕刻上層(4)的步驟中減少帽狀突起。它必須是電絕緣的，以避免干擾半導體層(11)上面淀積。
b/制造高柵結構的方法
步驟I :基板(5)
步驟2 :非交聯的絕緣體(10)在基板(5)上的沉積 步驟3 :傳導層(4)在整個表面上的沉積
步驟4:利用傳導層(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
步驟6 :通過半導體(11)，電介質(9)，柵極(8)的連續沉積，獲得有機場效應的晶體管2/低柵結構
本發明的低柵結構的實施例由圖3B和3C示出。這主要是基于非交聯或部分交聯的絕緣性聚合物(10)的沉積，從而具有交聯性，在基板(5)和傳導層(4)之間。a/絕緣交聯聚合物
權利要求
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-可交聯的材料，表現為非交聯或部分交聯的形式； 導電層(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)； 導電層(4)的激光蝕刻，導致形成晶體管的源極和漏極電極(6，7)或柵極(8)； 電介質層(9)的沉積； 柵極(8 )或源極和漏極電極(6，7 )的沉積， 半導體層(11)在源極和漏極電極(6, 7)表面的沉積。
2.根據權利要求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.根據權利要求I或2所述的制造有機晶體管的方法，其特征在于，所述電介質層(9)通過表現為非交聯的或部分交聯的激光-可交聯材質形成。
4.根據權利要求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)在電介質層(9 )和柵極(8 )或源極和漏極電極(6，7 )之間沉積。
5.根據權利要求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構中的晶體管，在其中的半導體層(11)在源極和漏極電極(6，7)的激光蝕刻和所述電介質層(9)的沉積之間進行沉積。
6.根據權利要求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構中的晶體管，在其中的半導體層(11)是在源極和漏極電極(6，7)的沉積之后進行沉積的。
7.根據權利要求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，優選為準分子激光。
8.根據權利要求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)，還有可能是電介質層(9)，進行交聯步驟，優選為通過光或熱的交聯。
9.根據權利要求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，所述表現為非交聯的或部分交聯的激光-可交聯材料是電絕緣的。
10.根據權利要求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，所述表現為非交聯的或部分交聯的激光-可交聯材料，介電常數低于5。
11.根據權利要求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，表現為非交聯的或部分交聯的激光-可交聯材料，從下組中選擇聚丙烯酸酯，環氧樹脂，環氧丙烯酸酯，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.—種高珊結構有機晶體管，能夠通過權利要求I至5和權利要求7至11中所述的方法制作，包括如下結構 -一個基板(5)； -一個包含一種至少部分交聯的材料的層(10); -源極和漏極電極(6, 7); -有機或無機半導體(11);-一個電介質層(9); -一個柵極(8)。
13.一種低珊結構有機晶體管，能夠通過權利要求I至4和權利要求6至11中所述的方法制作，包括如下結構 -一個基板(5)； -一個包含一種至少部分交聯的材料的層(10); -一個柵極(8); -一個電介質層(9); -源極和漏極電極(6, 7); -有機或無機半導體(11)。
全文摘要
本發明涉及激光-可交聯材料(10)的使用，所述激光-可交聯材料是非交聯或部分交聯的，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 優先權日2010年5月7日
發明者瑪麗·埃茨曼, 穆罕默德·本韋迪 申請人:原子能和代替能源委員會