CN101969026A - 基于喷墨印刷与激光干涉曝光的电极制备方法 - Google Patents

Abstract

一种半导体技术领域的基于喷墨印刷与激光干涉曝光的电极制备方法，首先在衬底材料上沉积导电材料制成导电层，然后在导电层上旋涂光刻胶并进行三次激光干涉曝光，经显影后刻蚀导电材料并去除未曝光光刻胶，最后用印刷技术打印导电材料将源与漏极各自的互联区域进行电学连接。本发明可以使薄膜晶体管的沟道长度达到亚微米甚至是深亚微米级别，实现步骤简单，能一次实现较大面积的高精度电极。

Description

基于喷墨印刷与激光干涉曝光的电极制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种半导体技术领域的方法，具体是一种基于喷墨印刷与激光干涉曝光的电极制备方法。

背景技术

薄膜晶体管在大面积电子，如平板显示、传感以及柔性电子等领域有广泛的应用。其基本结构由栅、源、漏三极，绝缘层以及半导体沟道层组成，但目前大多数薄膜晶体管的制备都是通过溅射、蒸镀、光刻工艺，利用掩膜在基板上沉积并图形化来实现，对环境的要求很高，并且工艺过程复杂，一般要在真空并在高温下操作；更值得一提的是，图形化电极、过孔等掩膜的造价非常昂贵，为此薄膜晶体管的掩膜数目从最初的7层减少到目前的4层，事实上，减少掩膜的数目甚至不用掩膜是制备薄膜晶体管的一个趋势。

在这种趋势下，基于印刷的工艺应运而生。印刷工艺在常温下便可操作，不需要昂贵的光刻设备及掩膜，这就大大降低了制备的成本。但是，印刷工艺的精度不高，特征尺寸一般受限在30-50um。如果想再提高印刷精度，就要辅助其它工艺手段，比如纳米压印、电子束刻蚀、离子束刻蚀、表面改性等，利用这些工艺是会取得较高的打印精度，但所需的费用十分昂贵，这种劣势就掩盖了印刷工艺简单与廉价的优势。

经过对现有技术的检索发现，制备电极方面申请的专利有很多。比如申请号为CN200710068632.6、名称为“一种纳米间隙电极的制备方法”的专利，此专利中所述的纳米间隙的电极制备方法使用的是电子束聚集的方法来制备，其间隙范围很大，可以为2-200纳米。但是这样的制备方法是通过电子束聚焦在电极间隙，同时观察，这样电极制备的速度很低，不能同时大面积地制备电极，另外电子束聚焦设备的成本也非常高，此设备主要用于少量器件的制备与实验，不适合工业化生产。而申请号为CN200710072631.4、名称为“分散后自组装的纳米棒阵列电极制备方法”是利用模板法生长的金属纳米棒经分散后自组装制备纳米棒阵列电极。这样制备的电极可以实现超高的扩散流量和法拉弟电流，具有超高的电催化活性。但是一个显著的问题是，这样制备的电极需要基底电极来吸附金属纳米棒，这样电极间最小的间隙就受基底电极限制，如果要实现高精度的电极结构，就需要其它技术，比如聚焦电子束刻蚀、离子束刻蚀、传统集成电路制备工艺等来制备基底电极，这无疑就提高了成本，增加了工艺难度。也就是说此专利本身没有实现高精度的电极制备方法。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于喷墨印刷与激光干涉曝光的电极制备方法，实现可用于晶体管高精度的源与漏极的高精度可电极的制作方法。高精度主要体现在可以使薄膜晶体管的沟道长度达到亚微米甚至是深亚微米级别。这种技术实现步骤简单，能一次实现较大面积的高精度电极。

本发明是通过以下技术方案实现的，首先在衬底材料上沉积导电材料制成导电层，然后在导电层上旋涂光刻胶并进行三次激光干涉曝光，经显影后刻蚀导电材料并去除未曝光光刻胶，最后用印刷技术打印导电材料将源与漏极各自的互联区域进行电学连接。

所述的衬底为玻璃、PET膜、PI膜、PEN膜、PC膜或PES膜。

所述的导电材料为金属、金属化合物或有机导电材料。

所述的三次激光干涉曝光是指：采用两种不同波长的激光进行三次干涉曝光，其中第二次干涉曝光和第三次干涉曝光的波长为第一次干涉曝光的一半，第一次干涉曝光制成图形化叉指状的源与漏极的作用区域，第二次和第三次干涉曝光实现叉指状源与漏极各自的互联区域，具体步骤为：

步骤一、在室温环境下利用遮罩待制备电极的遮蔽非沟道区域，进行第一次激光干涉曝光；

步骤二、对源极的互联区域进行第二次激光干涉曝光；

步骤三、对漏极的互联区域进行第三次激光干涉曝光，其相位与第二次激光干涉曝光的相位相差180度。

所述的作用区域的线宽50nm-500nm；

所述的互联区域的线宽为100nm-1000nm；

所述的显影、刻蚀及去除光刻胶即为传统集成电路中所使用的工艺。

所述的用印刷技术打印导电材料是指：采用颗粒直径不大于150nm的金属纳米颗粒溶液、颗粒直径不大于150nm的金属化合物导电材料或者是隔绝水氧的有机导电材料进行打印。

与现有技术对比，本发明的优点是：结合了印刷技术与激光干涉曝光技术，实现可应用于薄膜晶体管源、漏电极基本结构的制备，利用激光干涉曝光实现高精度，利用印刷技术实现了低成本与低工艺要求；不需要掩膜，便实现了可用于薄膜晶体管的高精度源、漏电极制备。

附图说明

图1为本发明流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括以下步骤：

第一步、如图1a所示，其中：1为衬底，2为金属层。所述的衬底为玻璃，而沉积的金属层使用金属铝蒸镀的方法，此金属层后面会作为源极与漏极。

第二步、如图1b所示，在a的基础上旋涂了一层50nm厚的正性光刻胶3(AR-P 5350)，用于后面图形化源极与漏极的叉指状结构；

第三步、如图1c所示，显示利用遮罩4遮蔽非沟道区域，后进行第一次激光干涉曝光，第一次激光干涉曝光是图形化沟道区域高精度的源极与漏极结构。曝光的结果是光刻胶3被周期性曝光，周期为400nm，占空比为50％，也即沿周期方向每400nm有200nm的光刻胶被曝光。被曝光的光刻胶将会保护下面的金属层，如此便形成了叉指状源、漏极结构的主体。所述的曝光是用100mW的435nm波长的激光器曝光40分钟。

第四步、如图1d所示，显示对源极的互联区域进行曝光，同样也进行激光干涉曝光，只是精度是沟道区域曝光精度的一半，即这一步光刻胶被曝光的周期是800nm，占空比仍是50％。

第五步、如图1e所示，显示对漏极的互联区域进行曝光，同样也进行激光干涉曝光，只是精度是沟道区域曝光精度的一半，即这一步光刻胶被曝光的周期是800nm，占空比仍是50％。只是这个区域曝光的相位与第四步相差180度，也即对应于源区曝光的区域的漏极区域未被曝光，而对应源区未曝光的区域的漏极区域被曝光。这样经过f步的显影、刻蚀，便使沟道区中相邻的两条金属线分属源极或漏极；

第六步、如图1f所示，经过显影、刻蚀金属、去胶，留下的金属部分是电极的主要部分，精度较高的金属栅是沟道区域，也是电极的作用区域，而两侧精度较低的区域则是电极的互联区域，其它区域为衬底。显影使用的是四甲基氢氧化钠，刻蚀铝使用的是磷酸，去胶使用的是四甲基氢氧化钠的溶液AR300-47。

第七步、如图1g所示，利用打印技术打印金纳米颗粒溶液对源极及漏极互联区域进行电气连接，6为打印区域，也即源极或漏极各自的互联区域。

Claims (8)

1.一种基于喷墨印刷与激光干涉曝光的电极制备方法，其特征在于，首先在衬底材料上沉积导电材料制成导电层，然后在导电层上旋涂光刻胶并进行三次激光干涉曝光，经显影后刻蚀导电材料并去除未曝光光刻胶，最后用印刷技术打印导电材料将源与漏极各自的互联区域进行电学连接。

2.根据权利要求1所述的基于喷墨印刷与激光干涉曝光的电极制备方法，其特征是，所述的衬底为玻璃、PET膜、PI膜、PEN膜、PC膜或PES膜。

3.根据权利要求1所述的基于喷墨印刷与激光干涉曝光的电极制备方法，其特征是，所述的导电材料为金属、金属化合物或有机导电材料。

4.根据权利要求1所述的基于喷墨印刷与激光干涉曝光的电极制备方法，其特征是，所述的三次激光干涉曝光是指：采用两种不同波长的激光进行三次干涉曝光，其中第二次干涉曝光和第三次干涉曝光的波长为第一次干涉曝光的一半，第一次干涉曝光制成图形化叉指状的源与漏极的作用区域，第二次和第三次干涉曝光实现叉指状源与漏极各自的互联区域。

5.根据权利要求1或4所述的基于喷墨印刷与激光干涉曝光的电极制备方法，其特征是，所述的三次激光干涉曝光是指：

步骤一、在室温环境下利用遮罩待制备电极的遮蔽非沟道区域，进行第一次激光干涉曝光；

步骤二、对源极的互联区域进行第二次激光干涉曝光；

步骤三、对漏极的互联区域进行第三次激光干涉曝光，其相位与第二次激光干涉曝光的相位相差180度。

6.根据权利要求4所述的基于喷墨印刷与激光干涉曝光的电极制备方法，其特征是，所述的作用区域的线宽为50nm-500nm。

7.根据权利要求4所述的基于喷墨印刷与激光干涉曝光的电极制备方法，其特征是，所述的互联区域的线宽为100nm-1000nm。

8.根据权利要求1所述的基于喷墨印刷与激光干涉曝光的电极制备方法，其特征是，所述的用印刷技术打印导电材料是指：采用颗粒直径不大于150nm的金属纳米颗粒溶液、颗粒直径不大于150nm的金属化合物导电材料或者是隔绝水氧的有机导电材料进行打印。

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