一種使用金屬保護層的圖形化導電高分子薄膜的方法
【專利摘要】一種使用金屬保護層的圖形化導電高分子薄膜的方法，包括導電高分子材料的基板表面涂敷，形成導電高分子薄膜，金屬保護層沉積在導電高分子薄膜表面形成金屬薄膜，光刻膠涂敷在金屬薄膜表面形成光刻膠薄膜；對光刻膠薄膜進行烘烤、曝光和顯影處理，得到圖形化光刻膠薄膜；對未被圖形化光刻膠薄膜保護的金屬薄膜進行刻蝕處理，得到圖形化金屬薄膜；對未被圖形化金屬薄膜保護的導電高分子薄膜進行刻蝕處理；對圖形化光刻膠薄膜進行去膠處理；去除圖形化金屬薄膜，得到圖形化導電高分子薄膜。本發明利用金屬保護層，實現了與傳統曝光工藝兼容的圖形化方法，完成了導電高分子材料的精細圖形化工作，有利于擴展導電高分子材料的應用領域。
【專利說明】一種使用金屬保護層的圖形化導電高分子薄膜的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體材料領域的圖形化的導電高分子材料的圖形化方法，尤其涉及一種使用金屬保護層的圖形化導電高分子薄膜的方法。
【背景技術】
[0002]自上世紀七十年代，高性能的導電高分子材料被發現以來，受到了越來越多的關注。隨著對導電高分子材料的深入研究，其特性得到了不斷的改進，也被應用到越來越多的領域。且由于導電高分子材料可以進行靈活的進行化學合成，合成之后的導電高分子材料具有獨特的性質，因此也產生了很多獨特的應用。在眾多的導電高分子材料中，聚噻吩類高分子材料聚(3，4-二氧乙基噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PED0T:PSS)，因其為水性溶劑，易于加工成膜，且導電率可以達到lOOOS/cm的級別，被廣泛應用到眾多的領域。例如使用在有機電致發光器件領域，用來增強電荷的注入特性；應用在有機薄膜晶體管領域，降低電極的接觸電阻；替代傳統的透明氧化銦錫材料，作為透明電極材料應用于太陽能電池等。
[0003]但是，為了將導電高分子材料使用在電子器件中，其薄膜的圖形化是一項必不可少的工藝過程。中國發明專利CN201110106193.5公開了一種使用油墨保護部分區域，再涂敷導電高分子材料，從而實現圖形化。中國發明專利CN201310152405.2和CN201080038144.6公開了使用硅膠模具和壓印技術實現導電高分子的圖形化的方法。此夕卜，圖形化的導電高分子的方法還包括絲網印刷、噴墨打印等等，但是這些方法得到的圖形的精度有限。在中國發明專利CN201180005211.9中，提出了通過改良傳統的顯影液，使用傳統的圖形化手段對導電高分子進行圖形化。這種圖形化方法雖然降低了傳統工藝對導電高分子特性的影響，但是導電高分子的性能仍舊有不小程度的惡化。
[0004]因此，本領域的技術人員致力于開發一種使用金屬保護層的圖形化導電高分子薄膜的方法。
【發明內容】
[0005]有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種使用金屬保護層的圖形化導電高分子薄膜的方法。該方法利用傳統的光刻膠和傳統的曝光圖形化工藝，利用金屬保護層實現對導電高分子材料的精細圖形化工藝。
[0006]為實現上述目的，本發明提供了一種使用金屬保護層的圖形化導電高分子薄膜的方法，其特征在于，所述方法包括:
[0007]步驟一，使用導電高分子材料在基板表面制備導電高分子薄膜；將所述金屬保護層沉積在所述導電高分子薄膜上，形成所述金屬薄膜；將光刻膠材料旋涂于所述金屬薄膜上，得到光刻膠薄膜；
[0008]步驟二，對所述光刻膠薄膜進行處理，形成圖形化光刻膠薄膜；
[0009]步驟三，使用酸性金屬刻蝕液刻蝕未被所述圖形化光刻膠薄膜保護的所述金屬薄膜，得到圖形化金屬薄膜；[0010]步驟四，對未被圖形化金屬薄膜保護的所述導電高分子薄膜進行刻蝕處理；
[0011]步驟五，去膠處理:使用去膠液去除所述圖形化光刻膠薄膜；
[0012]步驟六，使用所述酸性金屬刻蝕液刻蝕掉所述圖形化金屬薄膜，得到圖形化導電高分子薄膜。
[0013]進一步地，所述導電高分子材料包括一類分子長鏈上有交替存在的雙鍵的高分子材料。這種導電高分子材料可以通過適當手段以增強導電高分子材料的導電特性。例如，導電高分子材料pedot:pss可以通過高沸點溶液摻雜或浸泡等增強導電性，這類高沸點的溶液可以是二甲基亞砜(DMS0)、乙二醇(EG)等。此外，還可以通過對PED0T:PSS薄膜進行烘烤來增強其導電特性。
[0014]進一步地，所述步驟一中，所述基板是薄金屬板、玻璃或塑料；且所述導電高分子薄膜是通過氣相沉積法或溶液旋涂法制備的。
[0015]進一步地,所述金屬薄膜的厚度為50nm_l μ m。金屬薄膜用于保護導電高分子薄膜，避免導電高分子薄膜與傳統光刻工藝中各種材料的直接接觸，從而避免了因光刻工藝中材料引起的導電高分子性能的退化。
[0016]進一步地，在所述步驟三和所述步驟六中，所述酸性金屬刻蝕液是與所述金屬保護層的金屬相對應的酸性液體。與金屬保護層對應的酸性金屬刻蝕液既能刻蝕掉金屬薄膜，又不會對耐酸性的導電高分子材料特性產生惡性影響。
[0017]在本發明的一個較佳實施例中，所述金屬保護層的金屬選用金屬銀。
[0018]進一步地，所述酸性金屬刻蝕液是99.5%的醋酸、85%的磷酸、65%的硝酸和去離子水等組成的混合酸性溶液，其體積比為16:16:1:2。
[0019]在本發明的另一個較佳實施例中，所述金屬保護層的金屬選用金屬鋁。
[0020]進一步地，所述步驟二中，對所述光刻膠薄膜的處理包括:預烘烤、曝光、后烘烤和顯影。
[0021]進一步地，在所述步驟四中，對所述導電高分子薄膜的刻蝕處理包括濕法刻蝕或干法刻蝕。其中，濕法刻蝕是采用能極大程度使導電高分子材料性能退化的堿性溶液，或能溶解或分解導電高分子材料的溶劑，去除未被保護的導電高分子薄膜；干法刻蝕是使用等離子體刻蝕方法。
[0022]本發明的使用金屬保護層圖形化導電高分子薄膜的方法，利用傳統的光刻膠材料和傳統的曝光圖形化工藝，在導電高分子薄膜的表面增加由金屬保護層構成的金屬薄膜，避免了導電高分子材料和傳統光刻工藝中各種材料的接觸，消除了因為光刻工藝中的材料所引起的導電高分子性能的退化。本發明的使用金屬保護層圖形化導電高分子薄膜的方法，利用金屬保護層，實現了與傳統曝光工藝兼容的圖形化方法，完成了導電高分子材料的精細圖形化工作，有利于擴展導電高分子材料的應用領域。
[0023]以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特征和效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1是本發明的使用金屬保護層的圖形化導電高分子薄膜的方法中導電高分子材料PED0T:PSS的分子結構圖；[0025]圖2是本發明的一種使用金屬保護層的圖形化導電高分子薄膜的方法的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0027]在本實施例中，以常用的導電高分子材料PED0T:PSS為例，來詳細說明本發明的使用金屬保護層的圖形化導電高分子薄膜的方法，其中，金屬保護層的金屬選用金屬銀。
[0028]導電高分子材料PEDOT: PSS是水溶性材料，其分子結構式具體如圖1所示。為了提高導電高分子材料PEDOT: PSS的導電性，在PEDOT: PSS中添加少量的二甲基亞砜(DMSO)、乙二醇(EG)等高沸點的溶劑可以提高PEDOT:PSS的導電率。對于導電高分子材料PEDOT:PSS,使用旋轉涂敷法制備導電高分子薄膜。且在制備成導電高分子薄膜后，使用相應溶劑浸泡或加熱處理其薄膜，進一步提升該導電高分子薄膜的導電性。
[0029]本發明的使用金屬保護層的圖形化導電高分子薄膜的方法，具體如圖2所示:
[0030]步驟一，制備導電高分子薄膜、金屬薄膜和光刻膠薄膜:
[0031]首先，清潔基板I，通過溶液旋涂，將導電高分子材料PED0T:PSS涂敷于基板I上，得到導電高分子薄膜2，并對導電高分子薄膜2進行溶液浸泡或烘烤處理，以提高導電性能；其中，基板I可以為金屬薄板、玻璃、塑料等；
[0032]然后，將金屬保護層沉積于導電高分子薄膜2表面，形成金屬薄膜3 ；
[0033]最后，將光刻膠材料旋涂于金屬薄膜3上，形成光刻膠薄膜4 ;光刻膠材料可以是商用的正性或負性光刻膠材料，在本實施例中，選用安智公司的負性光刻膠AZ2020。
[0034]步驟二，對光刻膠薄膜4進行處理，形成圖形化光刻膠薄膜41:
[0035]預烘烤:去除涂抹在光刻膠薄膜4上的多余的溶劑成分；
[0036]曝光:使用曝光系統，配合掩膜版，對光刻膠薄膜4上的特定區域進行曝光處理；
[0037]后烘烤:加速光刻膠中相關反應的進行，抑制了曝光當中的駐波效應；
[0038]顯影:使用顯影液，對曝光后的光刻膠薄膜4進行顯影，得到圖形化光刻膠薄膜31 ;其中，在本實施例中，與安智公司的負性光刻膠AZ2020相對應，顯影液選用最常用的
2.38% 的 TMAH 溶液。
[0039]步驟三，使用酸性金屬刻蝕液刻蝕未被圖形化光刻膠薄膜41保護的金屬薄膜3，得到圖形化金屬薄膜31:
[0040]本實施例中，金屬保護層的金屬選用金屬銀，因此選擇與金屬銀對應的酸性刻蝕液，其為99.5%的醋酸、85%的磷酸、65%的硝酸和去離子水等組成的混合酸性溶液，其體積比為16:16:1:2，對銀的刻蝕速率常溫下約為5nm/s。
[0041]步驟四，對未被圖形化金屬薄膜31保護的導電高分子薄膜2進行刻蝕處理:
[0042]刻蝕處理一般采用濕法刻蝕、干法刻蝕。其中，濕法刻蝕采用一些能使得導電高分子特性急劇惡化的溶劑，或能溶解或分解導電高分子材料的溶劑，去除未被保護的導電高分子薄膜。干法刻蝕利用等離子體刻蝕氣體對未被保護的導電高分子薄膜進行去除。在本實施例中，采用氧等離子體進行干法刻蝕，得到被圖形化金屬薄膜31保護的圖形化導電高分子薄膜21。
[0043]步驟五，去膠處理:
[0044]使用可以溶解光刻膠的有機溶劑，即去膠液去除圖形化光刻膠薄膜41。在本實施例中，選用最常用的溶劑丙酮。
[0045]步驟六，使用酸性金屬刻蝕液刻蝕掉圖形化金屬薄膜31，得到圖形化導電高分子薄膜21:
[0046]這里的酸性金屬刻蝕液與步驟三中的酸性刻蝕液是一樣的。
[0047]以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術領域】中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種使用金屬保護層的圖形化導電高分子薄膜的方法，其特征在于，所述方法包括: 步驟一，使用導電高分子材料在基板表面制備導電高分子薄膜；將所述金屬保護層沉積在所述導電高分子薄膜上，形成所述金屬薄膜；將光刻膠材料旋涂于所述金屬薄膜上，得到光刻膠薄膜； 步驟二，對所述光刻膠薄膜進行處理，形成圖形化光刻膠薄膜； 步驟三，使用酸性金屬刻蝕液刻蝕未被所述圖形化光刻膠薄膜保護的所述金屬薄膜，得到圖形化金屬薄膜； 步驟四，對未被所述圖形化金屬薄膜保護的所述導電高分子薄膜進行刻蝕處理； 步驟五，去膠處理:使用去膠液去除所述圖形化光刻膠薄膜； 步驟六，使用所述酸性金屬刻蝕液刻蝕掉所述圖形化金屬薄膜，得到圖形化導電高分子薄膜。
2.如權利要求1所述的使用金屬保護層的圖形化導電高分子薄膜的方法，其中，所述導電高分子材料包括一類分子長鏈上有交替存在的雙鍵的高分子材料。
3.如權利要求1所述的使用金屬保護層的圖形化導電高分子薄膜的方法，其中，所述步驟一中，所述基板是薄金屬板、玻璃或塑料；且所述導電高分子薄膜是通過氣相沉積法或溶液旋涂法制備的。
4.如權利要求1所述的使用金屬保護層的圖形化導電高分子薄膜的方法，其中，所述金屬薄膜的厚度為50nm_l μ m。
5.如權利要求1所述的使用金屬保護層的圖形化導電高分子薄膜的方法，其中，在所述步驟三和所述步驟六中，所述酸性金屬刻蝕液是與所述金屬保護層的金屬相對應的酸性液體。
6.如權利要求1所述的使用金屬保護層的圖形化導電高分子薄膜的方法，其中，所述金屬保護層的金屬選用金屬銀。
7.如權利要求6所述的使用金屬保護層的圖形化導電高分子薄膜的方法，其中，所述酸性金屬刻蝕液是包括99.5%的醋酸、85%的磷酸、65%的硝酸和去離子水的混合酸性溶液。
8.如權利要求1所述的使用金屬保護層的圖形化導電高分子薄膜的方法，其中，所述金屬保護層的金屬選用金屬鋁。
9.如權利要求1所述的使用金屬保護層的圖形化導電高分子薄膜的方法，其中，所述步驟二中，對所述光刻膠薄膜的處理包括:預烘烤、曝光、后烘烤和顯影。
10.如權利要求1所述的使用金屬保護層的圖形化導電高分子薄膜的方法，其中，在所述步驟四中，對所述導電高分子薄膜的刻蝕處理包括濕法刻蝕或干法刻蝕。
【文檔編號】H01L21/033GK103762159SQ201410031994
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月23日 優先權日:2014年1月23日
【發明者】歐陽世宏, 許鑫, 朱大龍, 王東平, 譚特, 謝應濤, 石強, 蔡述澄, 方漢鏗 申請人:上海交通大學