CN101950791A - 用于改进可uv交联的材料对衬底的粘附性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及改进由可通过曝露于紫外线而交联的材料制成的层对衬底粘附性的方法，还涉及包括至少一个实施所述方法的步骤以制造晶体管的方法。改进由材料M制成的层对衬底S表面粘附性方法的特征在于：材料M为可通过曝露于紫外线而交联的材料，且所述方法包括以下步骤：a)在衬底S至少一个表面上沉积未聚合但可聚合的含至少一种分子F的组合物P，分子F含有能通过曝露于紫外线而与材料M表面反应性基团M1起反应的第一反应性基团F1和能够与构成衬底S表面材料成键的第二反应性基团F2，b)向步骤a)所得未聚合组合物P的层上沉积由未交联材料M构成的层，以及c)使步骤b)所得三层结构曝露于紫外线。本发明尤其用于晶体管制造领域。

Description

用于改进可UV交联的材料对衬底的粘附性的方法
技术领域
本发明涉及一种用于改进由可通过曝露于紫外线而交联的材料所制成的层对衬底的粘附性的方法，还涉及一种用于制造晶体管的方法，其包括至少一个实施前一方法的步骤。
背景技术
在许多领域中，需要将由聚合物材料制成的层与衬底连接在一起，所述衬底由另一种聚合物或金属材料制成或者包含金属区域或甚至半导体区域。
聚合物材料是能够聚合的材料，且由相同单元(单体)的重复序列形成，所述单体经由共价键连接在一起。
为获得耐受机械应力或者耐受化学应力或者耐受二者的由聚合物材料制成的膜，使用交联这类聚合物材料的方法。对于某些材料，交联可通过曝露于紫外线来进行。
在所有情形中，在交联期间，聚合物材料从粘弹状态变为固体的、刚性的、弹性的和不可熔的状态。
而且，一种材料对另一种材料表面的粘附性可定义为当两个表面接触时出现的一系列物理和/或化学现象。
粘附性与粘合性相关，即与在待粘合在一起的两个表面的表面状态下(即比表面积、孔隙率、活性位点和污染情况)在两个表面之间产生相互作用力的能力相关，并且与这两个表面的润湿性(即它们产生相互接触的能力)相关。
更具体地为粘合力即材料的结合力例如通过形成原子间键而产生的。
这些原子间键例如在共价化学键的情况下可以是分子内的，或者在弱的物理键的情况下可以是分子间的。
改进由聚合物材料制成的层对由不同材料制成的衬底的表面的粘附性的问题大多数尤其发生在晶体管制造期间。
具体地，晶体管通常由衬底构成，该衬底由有机半导体材料或者如硅、锗或砷化镓的无机半导体材料制成，所述有机半导体材料为，例如改性的并五苯例如Park等人在“Solution-Processed TIPS-PentaceneOrganic Thin-Film-Transistor Circuits，IEEE Electron Device Letters，第28卷，第10期，2007年10月”中所述的三异丙基甲硅烷基并五苯(TIPS-并五苯)或者苝。
然后向该衬底上沉积源极和漏极以及栅格(grille)，它们通常由金属制成，更具体地由铝、金、铜或银制成，并且在衬底的表面上形成金属区。
通常通过光刻工艺将这些金属区按照期望的图案沉积到衬底的表面上。
在这种工艺中，将可通过曝露于紫外线而交联但未聚合的材料层沉积到期望的衬底表面上。
使包括具有期望图案的开口的掩模沉积到该表面上并且使整体曝露于紫外线。
通过曝露于紫外线可交联的聚合物材料的曝光区域发生交联。在其它区域中，材料保持未聚合且未交联形式。
然后借助于溶剂除去未聚合且未交联的区域，并且在衬底表面的裸置区中沉积金属。
但是，在这种工艺中，曝露于紫外线之后，以及在去除聚合物材料的保持未交联的期望区域的过程中，交联的聚合物材料区域由于缺乏粘附性而与衬底的表面分离，这导致溶剂通过使其提升而侵蚀该材料。
具体而言，溶剂在衬底和可UV交联的聚合物材料层之间混合，这导致材料的沉积与期望图案不一致。
在晶体管的制造期间，还需要向任选已包括金属区的半导体材料的表面上沉积绝缘材料。
重复与上述相同的光刻工艺，则可通过曝露于紫外线而交联的聚合物材料对金属和半导体材料的表面缺乏粘附性的相同问题再次出现。
发明内容
本发明涉及解决由可UV交联的聚合物材料制成的膜对衬底缺乏粘附性的问题。
为此，本发明提出一种用于改善由材料M制成的层对衬底S的表面的粘附性的方法，其特征在于所述材料M是可通过曝露于紫外线而交联的材料，并且所述方法包括以下步骤：
a)在衬底S的至少一个表面上沉积未聚合但可聚合的包含至少一种分子F的组合物P，所述至少一种分子F含有能够通过曝露于紫外线而与材料M表面的反应性基团M1起反应的第一反应性基团F1以及能够与构成衬底S的表面的一种或者更多种材料成键的第二反应性基团F2，
b)向步骤a)中获得的未聚合组合物P的层上沉积由未交联材料M制成的层，以及
c)使步骤b)中获得的三层结构曝露于紫外线。
优选地，衬底S的表面包括由一种(或更多种)材料制成的至少一个区域，所述一种(或更多种)材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、金属、无机或有机半导体材料及其混合物。
在本发明方法的第一实施方案中，衬底S的表面包括由选自Al、Au、Cu和Ag及其混合物中的金属制成的区域。
在本发明方法的第二实施方案中，衬底S的表面包括由铝制成的区域，并且分子F的反应性基团F2为磷酸基团。
在本发明方法的第三实施方案中，衬底S的表面包括由金制成的区域，并且分子F的反应性基团F2为硫醇基团。
材料M选自基于如下的材料：丙烯酸酯，例如二丙烯酸聚乙二醇酯(PEGDA)；尿烷丙烯酸酯，例如Anila Asif等人在“Photopolymerization of waterborne polyurethane acrylate dispersionsbased on hyperbranched aliphatic polyester and properties of the curedfilms”，Colloid Polym.Sci.(2005)283：721-730中描述的以商标名
Figure BSA00000190037400041
H20销售的羟基官能化的超支化聚氨酯丙烯酸酯(hyperbranched polyurethane acrylate)系列(WHPUD)；苯乙烯，例如Kaur等人在“Photopolymerization of styrene initiated by triphenylbismuthonium ylide”，Macromol.Rapid Commun.21，291-295(2000)中描述的通过四苯基环戊二烯三苯基铋鎓引发聚合的聚苯乙烯；和/或二乙烯基醚例如聚(肉桂酸乙烯酯)。
分子F的反应性基团F1选自甲硅烷基和π-共轭基团。
分子F选自三甲基甲硅烷基丙硫醇和三甲氧基甲硅烷基丙硫醇。
本发明还提出一种用于制造晶体管的方法，其特征在于所述方法包括实施用于改进由材料M制成的层对衬底的粘附性的方法的至少一个步骤，所述材料M可通过曝露于紫外线而交联。
当阅读下述解释性的说明之后，可更好地理解本发明并且本发明的其它优点和特性将更清楚地显现出来。
一般而言，本发明涉及一种用于改善由可通过曝露于紫外线而交联的材料制成的层对衬底S的表面的粘附性的方法，所述衬底S可以由任意材料制成，但是其由不同于材料M的材料制成。
为此，本发明提出在材料M的层和衬底S的表面之间沉积包含至少一种分子的未聚合但可聚合的组合物，所述至少一种分子含有能够通过曝露于紫外线而与材料M的反应性基团M1起反应的第一反应性基团F1以及能够与构成衬底S的表面的一种或者更多种材料成键的第二反应性基团F2，然后在整体聚合中，发生材料M的交联以及分子F的反应性基团F1与材料M的反应性基团M1的反应。
因而，在曝露于紫外线期间使可聚合组合物P的层与材料M的层完美结合。
分子F还含有能够与构成衬底S的表面的一种或更多种材料成键的反应性基团F2。
具体地，如已经看到的那样，特别是在晶体管的情况下，衬底S的表面可以是完全由相同材料形成的表面，或者可以包括由金属和/或诸如SiO2的绝缘材料制成的区域。
这些键可以是构成衬底S的表面的一种或更多种材料和基团F2之间的分子内键。
在一个优选实施方案中，衬底S的表面由选自如下的材料制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)；金属，更具体的为金、铝、铜或银；无机半导体材料例如基于硅、锗或者砷化镓的材料；有机半导体材料例如基于改性并五苯的材料，例如TIPS-并五苯、苝或其衍生物；基于二酰亚胺的材料例如萘四羧酸二酰亚胺；或者由绝缘材料例如二氧化硅制成。
具体地，这些材料用于制造晶体管。
衬底S的表面也可以包括由这些材料中的一种或更多种制成的区域，例如由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成的区域，包括由金属制成的区域，或者由包括金属区的半导体、无机或有机材料制成的区域。
在一个最特别优选的实施方案中，金属为铝或金。
当金属为铝时，反应性基团F2优选为磷酸基团。
但是，在本发明方法的又一优选的实施方案中，金属为金。
在此情况下，分子F的反应性基团F2优选为硫醇基团。
至于材料M，其可以是含有基于二丙烯酸酯、二尿烷丙烯酸酯、联苯乙烯或二乙烯基醚的基团的材料例如聚(肉桂酸乙烯酯)。
该材料优选为介电材料，这是因为这类材料通常用于晶体管。
分子F的反应性基团F2在其曝露于紫外线期间具有与可交联材料M起反应的功能。
该第二反应性基团F2可以是甲硅烷基或者π-共轭基团，例如烯基或酮基。
分子F的一个特别优选的实例为含有硫醇基和甲硅烷基的分子，例如三甲基甲硅烷基丙硫醇和三甲氧基甲硅烷基丙硫醇。
因而，用于改进由材料M制成的层对衬底S的粘附性的方法特别有利地用于制造晶体管的工艺中。
因此，本发明还提出一种用于制造晶体管的方法，其包括实施用于改进通过曝露于紫外线而可交联的聚合物材料对衬底的粘附性的方法的至少一个步骤。
具体实施方式
以下纯粹是为了非限制性的说明目的，将描述一个实施例，以更清楚地理解本发明。
实施例1：
此处使用的衬底为塑料衬底，更具体而言由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成，其上通过掩模利用蒸发沉积了金栅格。
所获得的栅格的厚度为90nm。
因此，此处所用的衬底是包括由聚萘二甲酸乙二醇酯制成的区域和由金制成的区域的表面。
在该衬底的表面上，在栅格上沉积根据本发明的未聚合但可聚合的组合物，在此种情况下为三甲氧基甲硅烷基丙硫醇。
通过在栅格的金和可聚合组合物之间产生S-Au共价键，该组合物立即粘附到栅格上。
接着，通过旋涂法将可UV交联的聚合物沉积到衬底的整个表面上。
沉积的聚合物层的厚度为850nm。
可UV交联的聚合物在该实施例中为聚(肉桂酸乙烯酯)。
接着，将衬底的表面通过掩模曝露于放置在距离覆有丙烯酸酯聚合物的衬底的表面10cm处的紫外灯。
曝光时间为45分钟。其是在14mW/cm2的功率下在365nm波长下进行的。
在该曝光期间，聚合物和三甲氧基甲硅烷基丙硫醇可聚合组合物交联，使得聚合物与衬底的表面粘合。
然后在100℃进行20分钟的退火以进行干燥。
用显影剂四氢呋喃(THF)去除聚合物和三甲氧基甲硅烷基丙硫醇的未曝光的区域，使图案显露出来。
由此获得的衬底用来制造源极和漏极。
这是通过沉积60nm厚的金层完成的，其是通过掩模利用蒸发来沉积的。
接着，通过旋涂沉积半导体材料，在此情况下为并五苯，以获得晶体管。
所获得的晶体管特别是在粘附性方面具有优异的性能。

Claims (9)

1.一种用于改进由材料M制成的层对衬底S的表面的粘附性的方法，其特征在于：
-所述材料M为可通过曝露于紫外线而交联的材料，
并且所述方法包括以下步骤：
a)在所述衬底S的至少一个表面上沉积未聚合但可聚合的包含至少一种分子F的组合物P，所述至少一种分子F含有能够通过曝露于紫外线而与所述材料M的表面的反应性基团M1起反应的第一反应性基团F1以及能够与构成所述衬底S的表面的一种或者更多种材料成键的第二反应性基团F2，
b)向步骤a)中获得的未聚合组合物P的层上沉积由未交联材料M制成的层，以及
c)使步骤b)中获得的三层结构曝露于紫外线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述衬底S的表面包括由一种或更多种材料制成的至少一个区域，所述一种或更多种材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、金属、无机或有机半导体材料及其混合物。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述衬底S的表面包括由选自Al、Au、Cu和Ag及其混合物中的金属制成的区域。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述衬底S的表面包括由铝制成的区域，并且所述分子F的所述反应性基团F2为磷酸基团。
5.根据前述权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，所述衬底S的表面包括由金制成的区域，并且所述分子F的所述反应性基团F2为硫醇基团。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述材料M选自基于丙烯酸酯、尿烷丙烯酸酯、苯乙烯和/或二乙烯基醚的材料。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述分子F的所述反应性基团F1选自甲硅烷基和π-共轭基团。
8.根据权利要求5和7的方法，其特征在于所述分子F选自三甲基甲硅烷基丙硫醇和三甲氧基甲硅烷基丙硫醇。
9.一种用于制造晶体管的方法，其特征在于所述方法包括至少一个实施根据权利要求1到8中任一项的用于改进由材料M制成的层对衬底的粘附性的方法的步骤，所述材料M可通过曝露于紫外线而交联。
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