CN102781637A - 使用流体射束开孔的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于在层（4）中开孔（5）的方法，包括在支撑件（2）的表面上设置第一和第二粘附区域（1a和1b）。所述第一区域（1a）的尺寸与所述孔（5）的尺寸相对应。所述方法包括将层（4）沉积在所述第一和第二粘附区域（1a和1b）上。所述层（4）的材料在所述第二粘附区域（1b）的粘附系数小于在所述第一粘附区域（1a）的粘附系数。使用流体射束（6）除去所述层的布置在所述第一区域（1a）上方的部分。

Description

使用流体射束开孔的方法

技术领域

本发明涉及一种在层中开孔的方法。特别地，本发明涉及在由有机材料制成的器件中制作互连通孔。

背景技术

集成电路性能的持续提高必然导致集成电路部件的尺寸不断减小，这些性能比如是在消耗量和/或工作频率方面。用于使这些部件互相连接的金属迹线的部分和间距也减小，这涉及使信号的传播延迟增加。

通常，通过沉积传导层，然后光刻刻蚀所述传导层来实现互连。这种技术广泛应用于单层电路的情况，比如具有铝的金属迹线的单层电路。在多层电路的情况下，这种技术并不适用，而优选选用大马士革金属化方法，该方法包括在电介质层中刻蚀图案，然后用金属填充所述图案。特别地，这些方法使用铜用于互连，从而相对地减少了传播延迟。

在具有几个金属化等级的电路中，在绝缘层中制造具有高形状因子的孔以形成通孔，从而连接上部与下部的互连线。在传统方式中，通过干法刻蚀，特别是等离子刻蚀，或通过湿法刻蚀或激光烧蚀来加工通孔的开口。

在有机电子学领域，通孔和由传导材料制成的图案可由这些微电子技术制造。然而，这些技术是昂贵的，并且它们与有机材料的兼容性仍然有限。例如，移除在光刻法中使用的树脂会导致有机材料层的层离（delamination）。此外，这些技术中还存在孔侧面的并行性和垂直度问题。

在柔性电子学中使互连分离的电介质材料通常是有机的，并且不能被微电子学中传统使用的所谓的“硬”刻蚀方法刻蚀。因此，研发了适于有机电子学的新技术。

用于形成通孔的第一个方法由Kawase等人提出（“Inkjet Printed Via-HoleInterconnections and Resistors for All-Polymer Transistor Circuits”，Adv.Mater.2001,13,No.21）。最初，有机材料通过液体方式沉积，比如通过喷墨印刷。借助于溶剂滴的受控投射，与通孔对应的开口穿过有机材料而形成。选择溶剂，以实现局部溶解待刻蚀的层的有机材料。通过将溶剂滴喷射到相同的位置，使孔逐渐形成，同时也形成了位于孔的外围的凸缘。该凸缘对叠层的质量是有害的。

发明内容

本发明之目的是提供一种在层中开孔的方法，该方法快捷、易于实施，并且弥补了现有技术的缺点。

更具体地说，本发明的目的是制造具有高形状因子、与有机材料兼容的孔的方法。

根据本发明，通过以下事实可以满足这些目标：所述方法包括在支撑件的表面设置第一和第二粘附区域。所述第一区域的尺寸与孔的尺寸对应。所述方法包括将层沉积到所述第一和第二区域上，所述层的材料在第二区域的粘附系数小于在第一区域的粘附系数，使用流体射束除去所述层位于第一区域上的部分。

附图说明

通过对下面附图中描述的且作为非限制性示例的本发明的特定实施例的说明，其它优点和特征会更加清楚，附图中：

图1显示了本发明用于开孔的方法的步骤；

图2显示了本发明方法的变形示例的步骤，其对应于图1中的步骤；

图3至图5显示了本发明的方法的步骤。

具体实施方式

图1显示了用于在由电介质材料制成的层中开孔的方法的第一步。第一粘附区域1a和第二粘附区域1b形成在支撑件2的表面上。所述支撑件2可以是衬底，该衬底的表面包括多个第一和第二粘附区域1a和1b。例如在图1中，所述支撑件2包括两个粘附区域1a和三个粘附区域1b。

支撑件2优选地是挠性衬底。支撑件2可由塑料制成，比如聚萘二甲酸乙二酯（PEN）或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。支撑件2还可由薄硅制成、由诸如挠性钢或不锈钢之类的金属制成，或者由用金属覆盖的塑料制成。用于覆盖衬底的金属可以是铝或金。

优选地，通过以薄层的形式局部地沉积粘附剂来形成第一和第二粘附区域1a和1b。该粘附剂能够固定在支撑件2的表面上。因此，粘附层3沉积在支撑件2的上表面的区域以形成所述区域1a和1b。层3可以沉积在第一区域1a或第二区域1b。例如在图1中，层3形成第二粘附区域1b，支撑件2的表面的没有被层3覆盖的区域形成第一粘附区域1a。相反，第一区域1a可通过沉积粘附层3而形成。

粘附层3优选地是能够沉积在金属层上的自组装膜（SAM）。该自组装膜通常包括双官能分子，也就是具有两个化学基。第一个基，即所谓的头基，被固定到支撑件2。第二个基，即所谓的尾基，紧密连接（bind）到另一种材料。因此，由于自组装膜层，材料被吸引到支撑件。根据支撑件2和需要粘附的材料的性质选择自组装膜的性质。例如，硫醇头基（HS）连接到金表面以形成硫醇化键合（S-Au）。包括这类基的自组装膜优选地用于覆盖有金的支撑件。例如，粘附层3包括三甲基甲硅烷基丙硫醇的自组装膜，并且具有低于10nm的厚度。粘附层3优选地通过喷墨印刷沉积。相反，自组装膜能够减少材料在支撑件上的附着力，例如，具有氟化的尾基（特别是氟代丙硫醇），以形成具有低附着力的第一区域。还存在其它直接连接到塑料支撑件的自组装膜，，以增加沉积在支撑件上的材料的附着力，例如其为三甲氧基硅烷；或者减少材料的附着力，例如其为氟硅烷。

粘附层3还可以是金属层。在支撑件2由覆盖有金属的塑料制成的情况下，从与覆盖支撑件的材料不同的材料中选择金属粘附层3。

可以通过多种局部表面处理来更改附着力，例如通过等离子体、UV曝光、臭氧、激光等。

图2显示了形成第一和第二粘附区域的步骤的替代实施例。可以使支撑件2的上表面具有某种结构以修改表面参数。根据结构形式，可以减少或增加某一区域的粗糙度，从而产生粘附性较大或较小的区域。

图3显示了电介质材料层4沉积在第一和第二粘附区域1a和1b上。电介质材料在第一区域1a的的粘附系数低于在第二区域1b的粘附系数。当使用自组装膜时，电介质材料紧密连接到位于第二粘附区域1b中的层3的尾基，但是该电介质材料4差劣地粘附在没有被层3覆盖的第一区域1a。电介质材料优选地通过旋涂而沉积在支撑件的所有表面上。电介质层4的厚度在500nm和10μm之间改变。电介质材料优选地是有机材料。该有机材料在诸如苯乙烯（聚苯乙烯）、丙烯酸酯（聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA）、聚酰亚胺、聚肉桂酸乙烯酯和聚乙烯吡咯烷酮之间选择。

相对于需要在先前沉积的电介质层4中加工的孔来限定每个第一粘附区域1a。因此，第一区域的尺寸与孔的尺寸相对应。

图4显示了消除第一区域1a中的电介质材料层4以加工孔5的步骤。可通过流体射束6移除电介质材料。流体射束扫描层4的表面，并优先去除位于没有粘附到支撑件2的区域上的电介质材料，也就是位于第一粘附区域1a上的电介质材料。

流体射束6优选地被基本导向为与电介质层4的上表面垂直。看起来材料的局部裂开由以下事实促成：在这些区域，流体射束带来了高能量振动，能够使电介质材料早期疲劳。

图5显示了在图4所示的消除步骤之后的最终结构。所开的每个孔5与第一区域1a自对准。在图5中，获得的孔5具有这样的尺寸：在宽度（或直径）方向上处于100nm和1μm之间，在高度方向上处于500nm和10μm之间。形状因子，也就是高度与宽度比，大于2，甚至大于10。孔5的边缘保持整齐。

因此，所描述的方法能形成具有高形状因子的孔。可通过改变比如喷嘴7（图4）来减小流体射束6的宽度以增加图案的分辨率。最大分辨率处于微米范围内。该方法易于再现，并适于任何类型的材料。因此，该方法避免了在紫外线下固化的情况下使用玻璃掩模以及相关的未对准的问题。最后，简单的流体射束代替了在光刻中传统使用的化学显影剂。

在多层电路的情况下，支撑件2由叠层中的较低层代替。流体射束6不会破坏该较低层。

在消除步骤中使用的器材传统地用于在微电子学中清除微粒。该器材包括用于接收衬底的旋转的支撑件以及铰链臂（未示出）。该器材还包括具有大约30μm直径的喷嘴7。喷嘴7被供给处于压力下的流体，优选地是蒸馏水。处于压力下的流体还可以是酸、碱、溶剂或气体（氮、氧、氩）。

该器材的操作条件应适于该方法的目的。因此，喷嘴7布置在距离电介质层4的上表面约为10毫米处。流体的压力处于100巴和200巴之间。有利地，可缩小流体射束以钻更微细的图案。这样，泵送的流率以及流体的消耗量就不那么重要。

在优选的实施例中，电介质材料是有机的和可交联的。该方法包括在消除第一区域1a中的电介质材料步骤之前的固化步骤。固化所述层4的步骤有利于支撑件2和层4之间通过粘附层3的联结，和/或促进在没有粘附的区域中的疲劳现象。根据两个表面之间的附着力值的比，还可以在刻蚀孔之后进行固化步骤。例如，电介质材料是在紫外线下能够交联的聚合物，比如聚肉桂酸乙烯酯和聚乙烯吡咯烷酮。

这里描述的本方法的许多不同和修改对本领域技术人员来说是清楚的。所描述的方法用于在电介质材料中形成通孔。可以在其它应用中使用本技术在任何材料的层中开孔。

Claims (7)

1.一种用于在层（4）中开孔（5）的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

在支撑件（2）的表面上设置第一粘附区域和第二粘附区域（1a，1b），所述第一粘附区域（1a）的尺寸与所述孔（5）的尺寸相对应；

将所述层（4）沉积在所述第一粘附区域和所述第二粘附区域上，所述层（4）的材料在所述第二粘附区域（1b）的粘附系数小于在所述第一粘附区域（1a）的粘附系数；

使用流体射束（6）除去所述层的位于所述第一粘附区域（1a）上的部分。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述层（4）的材料是电介质材料。

3.如权利要求1和2任一所述的方法，其特征在于，所述层（4）的材料是有机的，所述方法包括在消除步骤之前固化所述层的材料的步骤。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述层（4）的材料在紫外线下是可交联的。

5.如权利要求1至4任一所述的方法，其特征在于，所述第一粘附区域和所述第二粘附区域（1a，1b）通过局部地沉积粘附层（3）而形成。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述粘附层（3）是自组装膜（SAM）。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述粘附层（3）是金属层。

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