CN101752234B - 具导通孔的电子元件及薄膜晶体管元件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具导通孔的电子元件及薄膜晶体管元件的制造方法。上述电子元件的制造方法包括提供一基底，形成一图案化的下电极在该基底上，形成一感光性绝缘层在该基底上，且覆盖该图案化下电极。以喷印的方式涂布一图案化遮光性材料在该感光性绝缘层上，并施以一曝光步骤，使未被该图案化遮光性材料遮挡住的该感光性绝缘层定型化。移除该图案化遮光性材料及其下方部分的该感光性绝缘层，以形成一开口，以及形成一图案化的上电极在该感光性绝缘层上，并填入该开口中，以形成一导通孔。

Description

具导通孔的电子元件及薄膜晶体管元件的制造方法

技术领域

本发明涉及一种电子元件的制造方法，特别有关于一种具导通孔的电子元件及薄膜晶体管元件的制造方法。

背景技术

传统上，以黄光光刻技术制作导具通孔的电子元件，包含使用对准曝光的方式，并通过光掩膜定义导通孔的图形，然而其缺点在于，设备及工艺流程均耗费较高的成本。而且，在半导体封装的绝缘膜工艺流程中，传统以激光法形成导通孔为主流方法。激光光会使绝缘层的树脂燃烧而去除，因此除了尺寸分辨率的极限约50微米(μm)外，其制作成本也较高。此外，其它新兴的技术，例如以喷墨印刷法(Ink-jet printing)直接涂布形成，其特点采用无光掩膜技术，只要在定义导通孔的位置喷印遮光材料，除简化工艺流程并减少材料的消耗之外，亦可大面积生产及可应用在卷带式(roll-to-roll)工艺流程，将大幅降低工艺流程的成本。尤其是，喷墨印刷(Ink-jet printing)的优点为可制作墨滴控制型(Drop-on-demand)薄膜，亦即按照位置需求喷涂液滴，因此非常适合应用在卷带式(roll-to-roll)工艺流程。

美国专利第US 7,176,040号揭露一种以喷墨印刷方式喷印溶剂挖出导通孔的方法，通过喷墨印刷法喷印溶剂在绝缘层上，溶解绝缘层形成开口并填入导体，以形成导通孔。然而上述方法的缺点为，导通孔的直径会受到溶剂的表面张力、溶剂与绝缘层的接触角影响，而不易精确控制导通孔的尺寸。并且，溶剂亦可能对下层的结构造成损伤。导通孔的深度必须喷由喷印溶剂的数量来控制，且在溶解绝缘层的过程中，导通孔的边缘会有咖啡环(coffee ring)的形成一具有高低差的挡墙，若挡墙高低差过大将不利于后续工艺流程。导通孔的形状也因为内外径的差异而呈半球型。并且，无法用于制作高深宽比或更深的导通孔，使其应用受到限制。

有鉴于此，传统利用喷印溶剂制作导通孔的方法，因其利用溶剂液滴的数量来控制挖孔的深度，对于导通孔直径、深度及轮廓的控制能力较差，工艺流程可靠度低。更有甚者，除了残留溶剂移除的问题之外，也有伤害下层结构的问题有待克服。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种具导通孔的电子元件及薄膜晶体管元件的制造方法，可有效控制导通孔直径、深度及轮廓，以利于后续工艺流程的阶梯覆盖。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种具导通孔的电子元件的制造方法，包括：提供一基底；形成一图案化的下电极在该基底上；形成一感光性绝缘层在该基底上，且覆盖该图案化下电极；以喷印的方式涂布一图案化遮光性材料在该感光性绝缘层上；施以一曝光步骤，使未被该图案化遮光性材料遮挡住的该感光性绝缘层定型化；移除该图案化遮光性材料及其下方部分的该感光性绝缘层，以形成一开口；以及形成一图案化的上电极在该感光性绝缘层上，并填入该开口中，以形成一导通孔。

为了实现上述目的，本发明的实施例亦提供一种薄膜晶体管元件的制造方法，包括：提供一基底；形成一图案化主动层在该基底上；形成图案化的一第一电极在该主动层的两侧，做为该薄膜晶体管的源极/漏极；形成一感光性绝缘层在该基底上，且覆盖该图案化的一第一电极和该主动层；以喷印的方式涂布一图案化遮光性材料在该感光性绝缘层上，对应该源极/漏极的位置；施以一曝光步骤，使未被该图案化遮光性材料遮挡住的该感光性绝缘层定型化；移除该图案化遮光性材料及其下方部分的该感光性绝缘层，以形成一开口；形成一第二电极在该感光性绝缘层上，对应该主动层的位置，做为该薄膜晶体管的一栅极；以及形成一图案化的第三电极在该感光性绝缘层上，并填入该开口中，以形成一导通孔。

本发明各实施例的主要特征及优点在于利用无光掩膜技术的概念，直接利用喷墨印刷的方式，喷印遮光材料在感光性材料上作为光掩膜，使得遮光材料在绝缘层上的直径即为导通孔的直径，且绝缘层厚度也不影响导通孔半径，工艺流程良率及稳定性高。导通孔的形状轮廓无内外径的差异，有利于后续工艺流程的阶梯覆盖。本发明各实施例具有大面积生产的优势，更可应用在连续式卷带工艺流程(roll-to-roll)生产。

为使本发明能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1A至1F是显示本发明的一实施例的导通孔(Via Hole)的电子元件的制造方法的各部分的剖面示意图；

图2A至2B是显示本发明另一实施例的导通孔的薄膜晶体管的制造方法的各部分的剖面示意图；以及

图3是显示根据本发明另一实施例具导通孔的金属-绝缘-金属(MIM)结构的电流-电压特性曲线的示意图。

【主要元件符号说明】

10～基底；

12～图案化的下电极；

14～感光性绝缘层；

311～感光性绝缘层的第一面；

312～感光性绝缘层的第二面；

16～遮光材料；

18～开口；

20～上电极；

50～基底；

52～图案化主动层；

54～图案化第一电极；

56～感光性绝缘层；

58～图案化遮光性材料；

60～第二电极；

62、64～第三电极；

L～曝光步骤。

具体实施方式

以下以各实施例详细说明并伴随着图式说明的范例，做为本发明的参考依据。在附图或说明书描述中，相似或相同的部分皆使用相同的图号。且在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。并且，附图中各元件的部分将被分别描述说明，值得注意的是，图中未绘示或描述的元件，为所属技术领域中具有通常知识的人员所知的形式，另外，特定的实施例仅为揭示本发明使用的特定方式，其并非用以限定本发明。

本发明的实施例提供一种具有导通孔(Via Hole)的电子元件的工艺流程，首先，基底上的绝缘层是采用感光性材料。导通孔是以喷印遮光材料在感光材料上定义导通孔形成的位置，经黄光光刻工艺流程后完成导通孔图案的定义，可匹配任何需要导通孔的电子元件结构，例如薄膜晶体管、印刷电路板等，以达到简化工艺流程与增加应用范围的效果。

图1A至1F是显示本发明的一实施例的导通孔(Via Hole)的电子元件的制造方法的各部分的剖面示意图。请参阅图1A，首先，提供一基底10，包括玻璃、硅、金属薄板、塑料基板或其它可挠性软性基板。在一实施例中，该塑料基板材料例如是聚酰亚胺(polyimide，简称PI)、玻璃纤维板(简称FR4)、聚奈二甲酸二乙酯(Polyethylenenaphthalate，简称PEN)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，简称PET)等，但不限于上列结构的材料。

请参阅图1B，接着形成一图案化的下电极12在该基底上。例如，将下部电极结构制作在该基底10上。形成下电极12的方法可为电镀法、溅镀(sputtering)法、印刷(printing)法或上述方法的任意组合。下电极膜层可为金属材料或溶液型导电材料，其中该金属材料是选自金(gold)、银(silver)、铜(copper)、铝(aluminum)或上述金属任意组成的合金。另一方面，该溶液型导电材料是选自导电高分子溶液墨水或喷印式电极材料溶液墨水，例如聚-3，4-二氧乙基噻吩(poly-3，4-ethylenedioxythiophene，简称PEDOT)或银纳米胶。

请参阅图1C，接着，形成一感光性绝缘层14在该基底10上，且覆盖该图案化下电极12。该感光性绝缘层14可为一正型光阻或一负型光阻。

请参阅图1D，涂布一图案化遮光性材料16在该感光性绝缘层14上，并施以一曝光步骤L，使未被该图案化遮光性材料遮挡住的该感光性绝缘层定型化。例如，以喷印的方式制作遮光材料16在感光性绝缘层14上，并以位于该感光性绝缘层14的第二面312的一侧向该第一面311方向行进的光对感光性绝缘层进行曝光。应注意的是，该遮光材料可为具阻挡UV光性质的材料。并且，该遮光材料可为一含银的金属。

请参阅图1E，移除该图案化遮光性材料16及其下方部分的该感光性绝缘层14，以形成一开口18。接着，形成一图案化的上电极20在该感光性绝缘层14上，并填入该开口18中，以形成一导通孔，如图1F所示。该上电极20可由一金属材料或一溶液型导电材料所构成，该金属材料为金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)或上述金属的任意组合的合金，以及其中该溶液型导电材料为聚-3，4-二氧乙基噻吩(PEDOT)或银纳米胶。

图2A至2B是显示本发明另一实施例的导通孔的薄膜晶体管的制造方法的各部分的剖面示意图。请参阅图2A，提供一基底50，例如一玻璃基板、一硅基板、一塑料基板或一具可挠性的软性基板。上述塑料基板可为一聚酰亚胺(PI)基板、一玻璃纤维(FR4)基板、一聚奈二甲酸二乙酯(PEN)基板或一聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基板。

接着，形成一图案化主动层52在该基底50上。该主动层52为一无机半导体、一氧化物半导体或一有机半导体。该无机半导体可为a-Si、poly-Si或LTPS，且该氧化物半导体可为ZnO或a-IGZO(铟镓锌氧化物(InGaZnO，IGZO))。并且，该有机半导体为P-型，其可为P3HT(聚3-己基噻吩(poly(3-hexylthiophene)，P3HT))、F8T2(聚(9，9-二辛基茀基-2，7-二基)-共-联二噻吩(poly[9，9-dioctylfluorenyl-2，7-diyl)-co-(bithiophene)，F8T2))。应注意的是，该有机半导体为N-型，其可为PCBM(苯基C₆₁丁酸甲基酯(phenyl-C61-butyric acid methyl ester，PCBM))，或一含氟改质的有机半导体材料。

接着，形成图案化的一第一电极54在该主动层52的两侧，做为该薄膜晶体管的源极/漏极。根据本发明的一实施例，该第一电极54是由一金属材料或一溶液型导电材料所构成，其中该金属材料为金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)或上述金属的任意组合的合金，以及该溶液型导电材料为聚-3，4-二氧乙基噻吩(PEDOT)或银纳米胶。

接着，形成一感光性绝缘层56在该基底上，且覆盖该图案化的一第一电极54和该主动层52。该感光性绝缘层包括一正型光阻与一负型光阻。涂布一图案化遮光性材料58在该感光性绝缘层56上，对应该源极/漏极的位置，并施以一曝光步骤L，使未被该图案化遮光性材料遮挡住的该感光性绝缘层定型化。应注意的是，该遮光材料可为具阻挡UV光性质的材料。更明确地说，该遮光材料可为一含银的金属。

请参阅图2B，移除该图案化遮光性材料58及其下方部分的该感光性绝缘层56，以形成一开口。接着，形成一第二电极60在该感光性绝缘层上，对应该主动层的位置，做为该薄膜晶体管的一栅极，以及形成一图案化的第三电极62、64在该感光性绝缘层上，并填入该开口中，以形成一导通孔，分别与该薄膜晶体管的源极/漏极电性接触。应注意的是，该第二和第三电极可由一金属材料或一溶液型导电材料所构成，其中该金属材料为金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)或上述金属的任意组合的合金，且该溶液型导电材料为聚-3，4-二氧乙基噻吩(PEDOT)或银纳米胶。

图3是显示根据本发明另一实施例具导通孔的金属-绝缘-金属(MIM)结构的电流-电压特性曲线的示意图。在第3图中，利用此喷印方式定义导通孔在MIM结构(Al-Insulator-Al)中，由其电流-电压(I-V)曲线得知，其具有合格率高的导通孔(如曲线B、C、D、E)，测量电阻约50Ω，而无导通孔的结构无法测量出I-V电性，如曲线A所示。

本发明各实施例的主要特征及优点在于利用无光掩膜技术的概念，直接利用喷墨印刷的方式，喷印遮光材料在感光性材料上作为光掩膜，使得遮光材料在绝缘层上的直径即为导通孔的直径，且绝缘层厚度也不影响导通孔半径，工艺流程良率及稳定性高。导通孔的形状轮廓无内外径的差异，有利于后续工艺流程的阶梯覆盖。本发明各实施例具有大面积生产的优势，更可应用在连续式卷带工艺流程(roll-to-roll)生产。

本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何所属技术领域中具有通常知识的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (34)

1.一种具导通孔的电子元件的制造方法，其特征在于，包括：

提供一基底；

形成一图案化的下电极在该基底上；

形成一感光性绝缘层在该基底上，且覆盖该图案化下电极；

以喷印的方式涂布一图案化遮光性材料在该感光性绝缘层上；

施以一曝光步骤，使未被该图案化遮光性材料遮挡住的该感光性绝缘层定型化；

移除该图案化遮光性材料及其下方部分的该感光性绝缘层，以形成一开口；以及

形成一图案化的上电极在该感光性绝缘层上，并填入该开口中，以形成一导通孔。

2.根据权利要求1所述的具导通孔的电子元件的制造方法，其特征在于，该基底可为一玻璃基板、一硅基板或一具可挠性的软性基板。

3.根据权利要求2所述的具导通孔的电子元件的制造方法，其特征在于，该可挠性的软性基板包括一塑料基板。

4.根据权利要求3所述的具导通孔的电子元件的制造方法，其特征在于，该塑料基板为一聚酰亚胺基板、一玻璃纤维基板、一聚奈二甲酸二乙酯基板或一聚对苯二甲酸乙二醇酯基板。

5.根据权利要求1所述的具导通孔的电子元件的制造方法，其特征在于，该下电极是由一金属材料或一溶液型导电材料所构成。

6.根据权利要求5所述的具导通孔的电子元件的制造方法，其特征在于，该金属材料为金、银、铜、铝或上述金属的任意组合的合金。

7.根据权利要求5所述的具导通孔的电子元件的制造方法，其特征在于，该溶液型导电材料为聚-3，4-二氧乙基噻吩或银纳米胶。

8.根据权利要求1所述的具导通孔的电子元件的制造方法，其特征在于，该感光性绝缘层可为一正型光阻或一负型光阻。

9.根据权利要求1所述的具导通孔的电子元件的制造方法，其特征在于，该遮光材料为具阻挡UV光性质的材料。

10.根据权利要求9所述的具导通孔的电子元件的制造方法，其特征在于，该遮光材料为一含银的金属。

11.根据权利要求1所述的具导通孔的电子元件的制造方法，其特征在于，该上电极是由一金属材料或一溶液型导电材料所构成。

12.根据权利要求11所述的具导通孔的电子元件的制造方法，其特征在于，该金属材料为金、银、铜、铝或上述金属的任意组合的合金。

13.根据权利要求11所述的具导通孔的电子元件的制造方法，其特征在于，该溶液型导电材料为聚-3，4-二氧乙基噻吩或银纳米胶。

14.一种薄膜晶体管元件的制造方法，其特征在于，包括：

提供一基底；

形成一图案化主动层在该基底上；

形成图案化的一第一电极在该主动层的两侧，做为该薄膜晶体管的源极/漏极；

形成一感光性绝缘层在该基底上，且覆盖该图案化的一第一电极和该主动层；

以喷印的方式涂布一图案化遮光性材料在该感光性绝缘层上，对应该源极/漏极的位置；

施以一曝光步骤，使未被该图案化遮光性材料遮挡住的该感光性绝缘层定型化；

移除该图案化遮光性材料及其下方部分的该感光性绝缘层，以形成一开口；

形成一第二电极在该感光性绝缘层上，对应该主动层的位置，做为该薄膜晶体管的一栅极；以及

形成一图案化的第三电极在该感光性绝缘层上，并填入该开口中，以形成一导通孔。

15.根据权利要求14所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其特征在于，该基底可为一玻璃基板、一硅基板或一具可挠性的软性基板。

16.根据权利要求15所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其特征在于，该可挠性的软性基板包括一塑料基板。

17.根据权利要求16所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其特征在于，该塑料基板为一聚酰亚胺基板、一玻璃纤维基板、一聚奈二甲酸二乙酯基板或一聚对苯二甲酸乙二醇酯基板。

18.根据权利要求14所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其特征在于，该主动层为一无机半导体、一氧化物半导体或一有机半导体。

19.根据权利要求18所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其特征在于，该无机半导体为a-Si、poly-Si或LTPS。

20.根据权利要求18所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其特征在于，该氧化物半导体为ZnO或a-铟镓锌氧化物。

21.根据权利要求18所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其特征在于，该有机半导体为P-型，其可为聚3-己基噻吩或聚(9，9-二辛基茀基-2，7-二基)-共-联二噻吩。

22.根据权利要求18所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其特征在于，该有机半导体为N-型，其可为苯基C₆₁丁酸甲基酯，或一含氟改质的有机半导体材料。

23.根据权利要求14所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其特征在于，该第一电极是由一金属材料或一溶液型导电材料所构成。

24.根据权利要求23所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其特征在于，该金属材料为金、银、铜、铝或上述金属的任意组合的合金。

25.根据权利要求23所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其特征在于，该溶液型导电材料为聚-3，4-二氧乙基噻吩或银纳米胶。

26.根据权利要求14所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其特征在于，该第二电极是由一金属材料或一溶液型导电材料所构成。

27.根据权利要求26所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其特征在于，该金属材料为金、银、铜、铝或上述金属的任意组合的合金。

28.根据权利要求26所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其特征在于，该溶液型导电材料为聚-3，4-二氧乙基噻吩或银纳米胶。

29.根据权利要求14所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其特征在于，该感光性绝缘层可为一正型光阻或一负型光阻。

30.根据权利要求14所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其特征在于，该遮光材料为具阻挡UV光性质的材料。

31.根据权利要求30所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其特征在于，该遮光材料为一含银的金属。

32.根据权利要求14所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其特征在于，该第三电极是由一金属材料或一溶液型导电材料所构成。

33.根据权利要求32所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其特征在于，该金属材料为金、银、铜、铝或上述金属的任意组合的合金。

34.根据权利要求32所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其特征在于，该溶液型导电材料为聚-3，4-二氧乙基噻吩或银纳米胶。

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