CN103270615A - 使用激光束刻蚀微电膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种使用具有预定波长的激光束来刻蚀第一材料的层（14）的区域（16）的方法，所述区域（16）被沉积在至少两种第二材料（10、12）的表面处。该方法包括：在所述第一材料的层（14）上沉积第三材料的层（18），所述第一材料和所述第三材料在施加所述激光束时具有的化学亲和力大于所述施加期间在所述第一材料与所述至少两种第二材料中每种材料之间的化学亲和力；以及使用使所述区域（16）分离的所述激光束的注量，向所述第三材料的层（18）的垂直地位于所述第一材料的层（14）的区域16上方的自由表面区域施加所述激光束。
Description
技术领域
本发明涉及例如在微电子部件制造方法中实现的激光刻蚀领域。
背景技术
激光刻蚀是用于去除沉积在一材料表面的另一材料层的已知方法。通过照射待去除的材料层，电磁能对其表面进行加热，之后热量沿途传播到两种材料之间的界面，热量在该界面处存储，直到气泡形成。因此，待去除的材料层与对其进行支撑的材料分离。
分离所需的能量由从激光接收到的注量（fluence）、照射时间和激光波长来表征，或由表面功率、照射时间和激光波长等同表征，其依赖于待去除的材料层的特性和该层所沉积到的材料的特性。激光的性能必须适应于每种具体情形。
现在，待去除的材料层经常会沉积在两种不同的材料上。例如，在制造有机晶体管时，通常由金制成的金属漏电极和源电极沉积在塑料基板上，之后厚度为几百纳米的有机半导体层被沉积并覆盖该组件。在这一制造阶段，电极然后需要被暴露。然而，使用被选择为分离沉积在塑料基板上的半导体层部分的注量和照射时间来照射半导体层，也使金属电极劣化，甚至使金属电极从塑料基板分离。
因此，例如为了分离沉积在聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）基板上的100纳米的半导体层，需要70mJ/cm2的最小注量使用245纳米的激光照射30纳秒。现在，由于只要注量大于55mJ/cm2，沉积在基板上的金漏电极和源电极就会劣化，因此这种照射与这些电极不兼容。所以，不可能借助于向整个有机半导体层施加的同一种照射，既分离沉积在塑料基板上的半导体层部分又分离沉积在金属电极上的半导体层部分。因此，通常这一层借助于化学处理来去除，化学处理具有留下残留物的缺点。
发明内容
本发明旨在提供一种激光刻蚀方法，该方法降低分离沉积在第二材料上的第一材料所必需的激光能量，这尤其使得分离沉积在两种不同材料上的材料成为可能。
为此，本发明旨在一种使用具有预定波长的激光束刻蚀第一材料的层的区域的方法，所述区域被沉积在至少两种第二材料的表面处，所述方法包括：
■在所述第一材料的层上沉积第三材料的层，所述第一材料和所述第三材料在施加所述激光束时具有的化学亲和力大于所述施加期间在所述第一材料与所述至少两种第二材料中每种材料之间的化学亲和力；以及
■使用使所述区域分离的所述激光束的注量，向所述第三材料的层的垂直地位于所述第一材料的层的所述区域的上方的自由表面区域施加所述激光束。
换言之，可以观察到，通过慎重地沉积比第一材料层与第二材料的键合更强地键合到第一材料层的层，分离第一材料的层所需的最小能量较低。
如前所述，为了通过对半导体材料的层进行直接照射来分离沉积在PEN层上的100纳米的半导体材料的层，需要提供至少70mJ/cm2的注量使用248纳米的激光照射30纳秒。
作为本发明的示例，通过在有机半导体材料的层上沉积30纳米的氟化聚合物层，所需的最小注量降到50mJ/cm2。
一般而言，已可以观察到，只要第三材料与第一材料之间的键合大于第一材料与第二材料之间的键合，需施加的最小能量就有降低。
根据实施例，所述激光是受激准分子激光。
根据本发明的实施例，所述第三材料的层的厚度在1纳米与1微米之间的范围。
根据本发明的实施例，所述第三材料的层的材料和厚度根据所述激光束的注量、所述第一材料的性质和待分离的第一材料的区域的厚度来选择。
根据本发明的实施例，所述第一材料是有机半导体材料，并且所述第二材料分别是塑料材料和导电材料。
具体地说，所述有机半导体材料是氟化物材料，所述导电材料是金属或导电聚合物，并且所述第三材料是氟化聚合物。
更具体地，所述第三材料是
，且/或所述第一材料是TIPS，且/或所述第三材料与所述第一材料具有大于15kJ.mol-1的键焓。进一步的，所述氟物聚合物的层的厚度基本等于100纳米，所述第一材料的层的厚度基本等于100纳米，所述导电材料的层的厚度基本等于30纳米，所述激光束的注量低于50mJ/cm2，并且通过所述激光束进行照射的时间基本等于30纳秒。
根据本发明的实施例，所述第三材料比所述第一材料对激光束波长的吸收大。
附图说明
基于以下仅作为示例给出的且结合附图进行的描述的分析，本发明将更好理解，其中图1至图5是根据本发明的用于去除沉积在塑料基板和金属电极两者上的有机半导体层的激光刻蚀方法的简化剖视图。
具体实施方式
将描述根据本发明的方法的应用，该方法趋于去除沉积在塑料基板上的出现在金属电极顶部和周围的有机半导体材料层，例如在需要为有机晶体管形成的剩余工艺而暴露漏电极和源电极的有机晶体管制造期间就是这种情况。
因此，图1以剖视图示意性地示出在制造有机晶体管的方法期间所获得的叠层。该叠层包括由PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）制成的、其上沉积有例如由金制成的源或漏电极12的基板10，该组件被例如TIPS（丙烷基甲硅烷基乙炔基并五苯）的并五苯族或例如TFB（辛基-笏-丁基-二苯胺）型非晶聚合物的有机半导体材料14所覆盖。因此，层14既沉积在塑料基板10上，又沉积在金属电极12上。在这一制造阶段，需要从电极12顶部和周围的区域16去除层14。
为了借助于受激准分子UV激光束去除半导体材料层14的部分16，根据本发明的方法开始于在层14上沉积厚度小于1000纳米的聚合物层18（图2），例如氟化聚合物层，特别是Asahi Glass Co.Ltd的
层。
氟化聚合物层18吸收UV，因此吸收源自于激光的辐射，并且其到半导体材料层14的键合由于具有高键焓，例如在氢键合的情况下能量高于15kJ.mol-1的键焓的化学键合的发展而得到极强的增强。有利的是，半导体材料14和/或层18的材料是氟化聚合物。
这种高键焓尤其会导致层18到层14的键合比层14到电极12和到基板10的键合更强。
接着，该方法继续使用激光束20根据注量并根据适于将层14与金电极12和PEN基板10分离的照射时间来照射半导体层14的部分16，如下文所述（图3）。例如，掩膜21沉积在层18上而不覆盖层18的与待去除的部分16相对应的部分，并且激光束20屈从于全板照射。
然后，注入的电磁能被存储在金属电极12与半导体材料层14之间的界面22以及半导体材料层14与塑料基板10之间的界面24处，从而在界面22和24处形成气泡26、28、30。
一旦气泡26、28、30达到临界尺寸，金属电极12和塑料基板14上的半导体材料就会分离，这导致暴露金属电极12而不留下半导体材料残留物（图5）。然后去除掩膜21和/或层18。
对于具有100纳米厚度的半导体材料层14、具有30纳米厚度的金属电极22和具有245纳米的产生30纳秒激光脉冲的激光来说：
■如果层18的厚度在1与50纳米之间的范围，则需要范围在30与40mJ.cm2之间的最小注量既从金属电极12又从塑料基板10分离半导体层14。可以观察到对金属电极12没有损伤；
■如果层18的厚度在50与100纳米之间的范围，则需要范围在40与50mJ.cm2之间的最小注量既从金属电极12又从塑料基板10分离半导体层14。可以再次观察到对金属电极12没有损伤；并且
■如果层18的厚度大于100纳米，则需要范围在50与70mJ.cm2之间的最小注量既从金属电极12又从塑料基板10分离半导体层14。对于大于55mJ.cm2的注量来说，可以观察到对金属电极12有一些损伤。
因此，选择层18的厚度低于100纳米，并且针对低于50mJ.cm2的注量来设置激光束。
该注量值应当与在没有氟化聚合物层18的情况下去除沉积在塑料基板10上的半导体材料层部分所需的最小注量70mJ.cm2值相比较。
因此，可以观察到设计者有与层18相关的至少两个参数来将激光注量调节到不损伤金属电极12的值，即：
■层18的材料性质，其限定层18与半导体层14之间的键合“强度”；以及
■层18的厚度，其多半还调节有助于层14的分离的振动性质的机械强度，如以上所述。
已观察到，对于相同的键合来说，最小注量随着层18对激光辐射的吸收增强而降低。
优选地，由于注量通过层18的厚度来调节，因此层18的材料被选择为与半导体材料层尽可能强地键合，以在一方面层18和半导体材料层14的键合与另一方面层14与层14所沉积到的其它材料的键合之间获得可能的最高差异。确实，层18到层14的键合越强，对层14进行分离所需的最小注量降低得越多。因此，可用注量的范围越高。
一般而言，只要更强键合的材料层沉积在待去除的层上（该层本身沉积在一种或若干种材料上），就能观察到分离所需能量的降低。
例如，尽管以上所述的示例涉及有机半导体层，但本发明还对诸如例如SiO2、TiO2或Al2O3层之类的有机绝缘层起作用。类似地，本发明还对由金之外的另一导电材料形成的电极，例如由Ni、Cu或导电聚合物（例如PDOT）制成的电极起作用。类似地，本发明对由PEN之外的其它塑料类型制成的基板，例如由PET（聚萘二甲酸乙二醇酯）或（基于聚酰亚胺）制成的基板起作用。
应当注意，以上所述的实施例涉及沉积在两种材料上的层的去除。应当理解，本发明还适用于沉积在单一材料上的层的去除的情形，例如且无限制地，适用于沉积在塑料基板上的有机半导体材料层的情形。确实，提供合适的层18的简单事实导致分离所需的最小能量的降低，这例如在激光设备和光学系统方面是有利的。
应当注意，所涉及的不同键合之间的关系不需要在照射之前建立。这种关系可以在真正应用照射期间在照射的作用下，例如由于不同材料之间的键合的修改而成为现实。的确，这些关系应当在分离时得到验证，但是在应用照射之前不对这些关系进行验证的事实无关紧要。
类似地，可以对沉积在待去除的层上的层的材料性质和/或其厚度进行选择，以获得例如由于制造成本和约束导致的少许差异。在此情形下，分离所需的最小能量会较高，并且很可能会导致材料之一的劣化。然而，由于需带入的能量的独有的降低，即使是很小的降低，这种劣化也因此相对于现有技术中观察到的劣化被最小化。
Claims (11)
1.一种使用激光束进行刻蚀的方法，所述激光束具有预定波长，所述方法刻蚀第一材料的层（14）的区域（16），所述区域（16）被沉积在至少两种第二材料（10、12）的表面处，其特征在于，该方法包括：
在所述第一材料的层（14）上沉积第三材料的层（18），所述第一材料和所述第三材料在施加所述激光束时具有的化学亲和力大于所述施加期间在所述第一材料与所述至少两种第二材料中每种材料之间的化学亲和力；以及
使用使所述区域（16）分离的所述激光束的注量，向所述第三材料的层（18）的垂直地位于所述第一材料的层（14）的区域（16）上方的自由表面区域施加所述激光束。
2.根据权利要求1所述的使用激光束进行刻蚀的方法，其特征在于，所述激光是受激准分子激光。
3.根据权利要求1或2所述的使用激光束进行刻蚀的方法，其特征在于，所述第三材料的层（18）的厚度在1纳米与1微米之间的范围。
4.根据权利要求1、2或3所述的使用激光束进行刻蚀的方法，其特征在于，所述第三材料的层（18）的性质和厚度根据所述激光束的注量、所述第一材料的性质以及待分离的所述第一材料的区域（16）的厚度来选择。
5.根据前述权利要求中任一项所述的使用激光束进行刻蚀的方法，其特征在于，所述第一材料是有机半导体材料，并且所述第二材料分别是塑料材料和导电材料。
6.根据权利要求5所述的使用激光束进行刻蚀的方法，其特征在于，所述有机半导体材料是氟化物材料，并且所述导电材料是金属或导电聚合物，并且所述第三材料是氟化聚合物。
7.根据权利要求5或6所述的使用激光束进行刻蚀的方法，其特征在于，所述导电材料是金或PDOT。
8.根据权利要求5、6或7所述的使用激光束进行刻蚀的方法，其特征在于，所述第三材料是
且/或所述第一材料是TIPS。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的使用激光束进行刻蚀的方法，其特征在于，所述第三材料在施加所述激光束时与第一材料具有大于15kJ.mol-1的键焓。
10.根据权利要求8和9所述的使用激光束进行刻蚀的方法，其特征在于：
所述氟化聚合层（18）的厚度基本等于100纳米；
所述第一材料的层（14）的厚度基本等于100纳米；
所述导电材料的层的厚度基本等于30纳米；
所述激光束的注量低于50mJ/cm2；并且
通过所述激光束进行照射的时间基本等于30纳秒。
11.根据前述权利要求中任一项所述的使用激光束进行刻蚀的方法，其特征在于，所述第三材料比所述第一材料对激光束波长的吸收大。
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