DE10340641A1 - Production of a through-contact, especially an organic switch, for integrated plastic circuits comprises using a dispersion of a sulfonic acid derivative in an aqueous solvent mixture - Google Patents

Production of a through-contact, especially an organic switch, for integrated plastic circuits comprises using a dispersion of a sulfonic acid derivative in an aqueous solvent mixture

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Abstract

Production of a through-contact (6), especially an organic switch, comprises using a dispersion of poly(3, 4-ethylenedioxythiophene)/poly(styrene sulfonic acid) in an aqueous solvent mixture.

Description

  • Integrated Plastic Circuits (IPCs) bestehen aus einer Vielzahl von miteinander verknüpften organischen Feldeffekt-Transistoren (OFETs). Integrated Plastic Circuits (IPC) consist of a plurality of interrelated organic field effect transistors (OFETs). Bei der Herstellung solcher OFETs werden mehrere organische Schichten durch verschiedenartige Methoden wie Spin-Coating, Rakeln, Aufsprayen etc. übereinander aufgebracht. In the preparation of such OFETs more organic layers are applied by various methods such as spin coating, knife coating, spraying on, etc. one above the other. Ein OFET in Top-Gate-Konfiguration ist in An OFET in top-gate configuration is in 1 1 dargestellt. shown. Auf einem Substrat On a substrate 1 1 befinden sich Source- und Drain-Elektroden are source and drain electrodes 2 2 und ein Halbleiter and a semiconductor 3 3 . , Darüber ist ein Isolator als Gate-Dielektrikum angeordnet. In an insulator as the gate dielectric is arranged. Auf der dem Substrat gegenüber liegenden Seite befindet sich eine Gate-Elektrode On the opposite side the substrate is a gate electrode 5 5 . ,
  • Zur elektrischen Verknüpfung von zwei oder mehreren OFETs benötigt man elektrische Durchkontaktierungen, auch "vias" oder "vertical interconnects" genannt, um beispielsweise eine Verbindung von der Gate-Elektrode des einen Transistors zu der Source-Elektrode eines anderen Transistors zu erzeugen. For the electrical connection of two or more OFETs is required electrical feedthroughs, also known as "vias" or "vertical interconnects" to the example, to produce a compound of the gate electrode of one transistor to the source electrode of another transistor. Dies ist in This is in 2 2 dargestellt. shown. Dabei sind auf einem Substrat Here, on a substrate 1 1 zwei OFETs mit Source- und Drain-Elektroden two OFETs with source and drain electrodes 2 2 , Halbleiter , semiconductors 3 3 , einem Isolator , An insulator 4 4 als Gate-Dielektrikum und Gate-Elektroden as the gate dielectric and gate electrodes 5 5 aufgebracht. applied. Die Gate-Elektrode The gate electrode 5 5 des ersten OFETs ist mit der Source-Elektrode the first OFETs is connected to the source electrode 2 2 des zweiten OFETs über eine Verbindung the second via a connecting OFETs 6 6 verbunden, die als "via" ausgebildet ist. connected, which is designed as a "via".
  • Es hat sich gezeigt, dass die Erzeugung von derartigen "vias" zwischen zwei Ebenen, also durch das Gate-Dielektrikum hindurch, ein äußerst kritischer Schritt ist. It has been found that the production of such "vias" between two levels, that is, through the gate dielectric through an extremely critical step is. Will man den OFET beispielsweise mit Hilfe von herkömmlicher Fotolithographie herstellen, so ergibt sich das Problem, dass die durchzuführenden Arbeitsschritte die organischen Schichten angreifen und diese somit unbrauchbar machen. If the production of the OFET for example by means of conventional photolithography, so there is the problem that the work steps to be attacking the organic layers and make them unusable.
  • Konkret heißt das, dass die zum Aufbringen der Gate-Elektrode benötigten Lösungsmittel das Gate-Dielektrikum, also den darunter liegenden Isolator an- bzw. auflösen. Specifically, this means that the required for applying the gate electrode, the gate dielectric solvent, so the underlying insulator on or dissolve. So ist es beispielsweise nicht möglich, bei der Herstellung eines OFETs in der in So for example it is not possible in the production of OFETs in the in 1 1 dargestellten Top-Gate-Konfiguration, eine Gate-Elektrode aus Polyanilin (PANI) in m-Cresol direkt auf einer Isolatorschicht aus beispielsweise Polystyrol oder PMMA aufzubringen, da das Lösungsmittel die Isolatorschicht komplett zerstört. illustrated top-gate configuration, a gate electrode of polyaniline (PANI) in m-cresol directly applied to an insulator layer of, for example, polystyrene or PMMA as the solvent, the insulator layer completely destroyed.
  • In Gelinck GH et al.: „High-performance all-polymer integrated circuits", Appl. Phys. Lett. 2000, Seiten 1487 bis 1489 wird zur Lösung des Problems die Verwendung eines herkömmlichen Fotoresists als Gate-Dielektrikum (Isolator) vorgeschlagen, das mittels Fotolithographie strukturiert werden kann. Hierzu wird allerdings ein anderer OFET-Aufbau, das heißt eine so genannte Bottom-Gate-Konfiguration für unabdingbar gehalten. Diese ist in In Gelinck GH et al .: "High-performance all-polymer integrated circuits", Appl. Phys. Lett. 2000, pages 1487-1489, the use of a conventional photoresist as a gate dielectric (insulator) is proposed to solve the problem, the may be patterned by photolithography. for this purpose, however, a so-called bottom-gate configuration is another OFET structure that is believed to be essential. This is in 3 3 dargestellt. shown. Dabei sind auf einem Substrat Here, on a substrate 1 1 eine Gate-Elektrode a gate electrode 5 5 und ein Isolator and an insulator 4 4 als Gate-Dielektrikum aufgebracht. applied as a gate dielectric. Auf dem Isolator On the insulator 4 4 sind dann Source- und Drain-Elektroden then source and drain electrodes 2 2 und ein Halbleiter and a semiconductor 3 3 angeordnet. arranged.
  • Bei Erzeugen einer Top-Gate-Konfiguration gleicher Zusammensetzung würden sich hohe Kontaktwiderstände im Mega-Ohm-Bereich ergeben. In generating a top-gate configuration of the same composition to high contact resistances in the mega-ohm range would result. Der Aufbau und die Arbeitsschritte zur Erstellung von OFETs mit Bottom-Gate-Konfiguration sind jedoch relativ komplex, was aus wirtschaftlichen Gründen unrentabel ist. However, the structure and the operations for creating OFETs with bottom-gate configuration are relatively complex, which is unprofitable for economic reasons. Eine andere Möglichkeit, Durchkontakte zu erzeugen, wird in Druy CJ et al.: „Low-cost all-polymer integrated circuits", Appl. Phys. Lett. 1998, Seiten 108 ff beschrieben, wobei hier die "vias" mechanisch durch das Einstechen von Nadeln erzeugt werden. Another way to create vias Phys Lett is in Druy CJ et al .: "Low-cost all-polymer integrated circuits", Appl... 1998, pages 108 et seq, in which case the "vias" mechanically separated by the insertion are produced by needles.
  • Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit der Herstellung von Durchkontaktierungen, insbesondere bei organischen Schaltungen wie etwa OFETs, anzugeben, die kostengünstig ist und sich mit dem herkömmlichen Aufbau von OFETs verträgt. On this basis the invention has the object of providing a possibility of producing through-contacts, in particular in organic circuits such as OFETs indicate, which is inexpensive and is compatible with the conventional structure of OFETs.
  • Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindungen gelöst. This object is achieved by the features specified in the independent claims inventions. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Advantageous embodiments result from the dependent claims.
  • Dementsprechend wird in einem Verfahren zum Herstellen einer Durchkontaktierung, insbesondere in einer organischen Schaltung, eine Dispersion von PEDOT/PSS (Poly(3,4-Ethylendioxythiophen)/Poly(styrolsulfonsäure))in einem wässrigen Lösungsmittelgemisch verwendet. Accordingly, a dispersion of PEDOT / PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) / poly (styrenesulfonic acid)) is used in a method for manufacturing a plated-through hole, in particular in an organic circuit used in an aqueous solvent mixture.
  • Das wässrige Lösungsmittelgemisch enthält vorzugsweise Isopropanol. The aqueous solvent mixture preferably comprises isopropanol.
  • Vorteilhaft wird die Dispersion auf einer organischen Isolatorschicht, insbesondere eines OFETs, aufgebracht. The dispersion is advantageously an organic insulator layer, in particular of an OFET is applied.
  • Besonders bevorzugt wird aus der Dispersion durch Spin-Coating, Rakeln, Aufsprayen etc. und nachfolgendes Entfernen der Lösungsmittel eine PEDOT/PSS-Schicht gebildet. a PEDOT / PSS layer is particularly preferably formed from the dispersion by spin coating, knife coating, spraying on, etc., and subsequently removing the solvent.
  • Die PEDOT/PSS-Schicht kann mittels Fotolithographie strukturiert werden. The PEDOT / PSS-layer may be patterned by photolithography.
  • Insbesondere wird PEDOT/PSS nicht nur als Schutzschicht verwendet, sondern so eingesetzt, dass die Durchkontaktierung, insbesondere ein "via" und/oder eine Gate-Elektrode daraus hergestellt werden. In particular, PEDOT / PSS is used not only as a protective layer, but also used so that the plated-through hole, in particular a "via" and / or a gate electrode made therefrom.
  • Eine organische Schaltung enthält Durchkontaktierungen, die nach einem Verfahren der vorgenannten Art hergestellt sind. An organic circuit includes vias, which are produced by a process of the aforementioned type. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltung ergeben sich aus vorteilhaften Ausgestaltungen des Verfahrens und umgekehrt. Advantageous embodiments of the circuit resulting from advantageous embodiments of the method and vice versa.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Further advantages and features of the invention will become apparent from the description of an embodiment with reference to the drawing. Dabei zeigt Here shows
  • 1 1 einen OFET in Top-Gate-Konfiguration; OFET in top-gate configuration;
  • 2 2 zwei OFETs, die durch eine Verbindung mit einer Durchkontaktierung verbunden sind; two OFETs, which are connected by a compound having a via;
  • 3 3 einen OFET in Bottom-Gate-Konfiguration; a bottom gate OFET in configuration;
  • 4 4 ein Verfahren zum Herstellen einer Durchkontaktierung. a method for producing a via.
  • Durch das Aufschleudern einer Dispersion von PEDOT/PSS in Wasser/Isopropanol, beispielsweise "Baytron P" der Firma Bayer, wird eine homogene Schicht auf einem Isolatormaterial erzeugt. By the spin-coating a dispersion of PEDOT / PSS in water / isopropanol, such as "Baytron P" manufactured by Bayer, a homogeneous layer is formed on an insulator material. Diese Schicht bzw. der Vorgang zur Aufbringung derselben hat keinen negativen Einfluss auf die Isolatorschicht und kann demzufolge ohne Bedenken bei allen nicht wasser- und alkohollöslichen Isolatorpolymeren verwendet werden. This layer and the process for applying the same does not negatively impact on the insulator layer and thus can not be used water- or alcohol-soluble polymer insulator safely at all. Strukturiert man diese elektrisch leitfähige PEDOT/PSS-Schicht mittels herkömmlicher Fotolithographie, das heißt beispielsweise mit einem Positiv-Fotoresist, so kann man damit definierte Bereiche erzeugen, in denen der Isolator und auch der darunter befindliche Halbleiter präzise entfernt werden können. Structured to this electrically conductive PEDOT / PSS layer by conventional photolithography, that is, for example, a positive photoresist, it is possible to produce so-defined areas in which the insulator and the semiconductor underneath can be accurately removed. Bringt man darauf eine weitere dünne Schicht der PEDOT/PSS-Mischung auf, so werden nur an den dafür vorgesehenen Stellen elektrische Durchkontaktierungen zwischen dem Gate- und dem Source/Drain-Niveau geschaffen. bringing it, a further thin layer of the PEDOT / PSS mixture, so electrical vias between the gate and the source / drain level to be created only at the designated locations. Ein letzter Fotolithographieschritt erzeugt aus der bereits vorhandenen letzten PEDOT/PSS-Schicht definierte und elektrisch leitfähige Gate-Strukturen und Leiterbahnen. A final photolithography step generates from the existing last PEDOT / PSS layer defined and electrically conductive gate structures and interconnects.
  • PEDOT/PSS dient dabei als Schutzschicht für den darunter liegenden Isolator und auch als Gate-Elektrode. PEDOT / PSS serves as a protective layer for the underlying insulator and also as a gate electrode. Durch die Verwendung von PEDOT/PSS in einem wässrigen Lösungsmittelgemisch wird die zuvor aufgebrachte Isolatorschicht nicht nachhaltig negativ beeinflusst. By the use of PEDOT / PSS in an aqueous solvent mixture, the previously applied insulating layer is not strongly influences. Mittels Fotolithographie auf der PEDOT/PSS-Schicht können damit definierte "vias" auch in solchen Isolatorpolymeren erzeugt werden, die aufgrund ihrer chemischen Struktur nicht vernetzt werden können. By photolithography on the PEDOT / PSS layer can thus "vias" defined also be produced in such insulator polymers that can not be linked because of their chemical structure. Dies sind beispielsweise Polystyrol, PMMA etc. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Verwendung des leitfähigen PEDOT/PSS als Schutzschicht für das Isolatorpolymer gleichzeitig die Gate-Elektrode erzeugt wird. These are, for example, polystyrene, PMMA, etc. A further advantage is that simultaneously the gate electrode is produced by the use of the conductive PEDOT / PSS as a protective layer for the insulator polymer.
  • In In 4 4 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Durchkontaktierung dargestellt. is illustrated a method of manufacturing a via. Auf einem PET-Substrat befinden sich strukturierte Elektroden be located on a PET substrate structured electrodes 2 2 aus PEDOT/PSS unter einer halbleitenden Schicht of PEDOT / PSS with a semiconducting layer 3 3 aus Poly(3-Hexylthiophen). of poly (3-hexylthiophene). Darauf ist flächig als Isolator It is two-dimensional as an insulator 4 4 eine dünne Schicht aus Polystyrol aufgebracht, die als Gate-Dielektrikum dient und in der elektrische Durchkontaktierungen erzeugt werden sollen. a thin layer of polystyrene is applied, which serves as gate dielectric and to be generated in the electrical vias.
  • In einem Schritt In a step 100 100 wird auf diese Polystyrolschicht eine dünne Schicht Baytron P, also eine wässrige Dispersion von PEDOT/PSS der Firma Bayer, durch Spin-Coating aufgebracht. is applied a thin layer of Baytron P, that is, an aqueous dispersion of PEDOT / PSS manufactured by Bayer, by spin coating to these polystyrene layer. Nach einem Trocknungsschritt mit 80°C für 20 Minuten wird auf diese PEDOT/PSS-Schicht in Schritt After a drying step at 80 ° C for 20 minutes in this PEDOT / PSS-layer in step 101 101 ein Positiv-Fotoresist a positive photoresist 7 7 (AZ 1512) aufgeschleudert, der nach dem Trocknen durch eine Schattenmaske hindurch mit UV-Licht der Wellenlänge 360 nm bestrahlt wird. (AZ 1512) is spun, the 360 ​​nm is irradiated after drying through a shadow mask with UV light of wavelength.
  • An den vom Licht getroffenen Stellen ändert sich die Löslichkeit, so dass dort die Fotolackschicht On the light-struck places the solubility, so that there the photoresist layer changes 7 7 durch Spülen beispielsweise mit dem Entwickler MIF 726 entfernt wird. is removed by rinsing, for example with the developer MIF 726th Die nun freiliegende PEDOT/PSS-Schicht wird zusammen mit der darunter befindlichen Isolatorschicht The now exposed PEDOT / PSS layer together with the underlying insulator layer 4 4 durch kurzes Einlegen in eine wässrige Lösung von NaOH/Kaliumpermanganat und anschließendes Einlegen in ein Gemisch aus Isopropanol/Methylethylketon (MEK) in Schritt by briefly soaking in an aqueous solution of NaOH / potassium permanganate and then soaking in a mixture of isopropanol / methyl ethyl ketone (MEK) in step 102 102 entfernt. away.
  • Der nun folgende Schritt entfernt den verbliebenen Fotoresist durch großflächige UV-Bestrahlung, so genannte Flurbelichtung, und Spülen mit dem Entwickler MIF 726. Anschließend trägt man durch Spin-Coating in Schritt The subsequent step removes the remaining photoresist 726 by extensive UV radiation, so-called corridor exposure, and rinsing with the developer MIF is then carries by spin coating in step 103 103 eine dünne Schicht Baytron P auf, so dass die erzeugten Löcher mit leitfähigem Material gefüllt sind. a thin layer of Baytron P, so that the generated holes are filled with conductive material. Auf diese Weise ist eine elektrische Durchkontaktierung zwischen der Ebene der Source- /Drain-Elektroden und der Ebene der jetzt zu erzeugenden Gate-Elektrode hergestellt. In this way, an electrical feedthrough between the plane of the source / drain electrodes and the plane of the now to be formed gate electrode is made.
  • Man schleudert in Schritt Man throws in step 104 104 eine Fotolack-Schicht durch Spin-Coating auf, die durch Fotolithographie, das heißt durch Belichten und Entwickeln, in Schritt a photoresist layer by spin coating, which by photolithography, that is, by exposing and developing, in step 105 105 strukturiert wird. is structured. Anschließend wird zur Erzeugung der Gate-Elektroden und Leiterbahnen wieder mit wässrigem NaOH/Kaliumpermanganat geätzt und der restliche Fotolack in Schritt Potassium permanganate is then to produce the gate electrodes and conductor tracks again with aqueous NaOH / etched and the remaining photoresist in step 106 106 durch Flurbelichtung und Spülen mit Entwickler entfernt. hallway removed by exposure and rinsing with developers. Durch dieses Vorgehen wird sowohl eine Gate-Elektrode This procedure is both a gate electrode 5 5 für den ersten OFET als auch eine Durchkontaktierung for the first OFET and a via 6 6 von der Gate-Elektrode of the gate electrode 5 5 zur Source-Elektrode the source electrode 2 2 eines zweiten OFETs erzeugt. a second OFETs generated.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Durchkontaktierung ( A method of manufacturing a via ( 6 6 ), insbesondere einer organischen Schaltung, bei dem eine Dispersion von PEDOT/PSS in einem wässrigen Lösungsmittelgemisch verwendet wird. ), In which a dispersion of PEDOT / PSS is used in an aqueous solvent mixture, in particular an organic circuit.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das wässrige Lösungsmittelgemisch Isopropanol enthält. The method of claim 1, wherein the aqueous solvent mixture containing isopropanol.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dispersion auf einem Isolator ( Method according to one of the preceding claims, wherein the dispersion (on an insulator 4 4 ) aufgebracht wird. ) Is applied.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine PEDOT/PSS-Schicht gebildet wird. Method according to one in which a PEDOT / PSS layer is formed of the preceding claims.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die PEDOT/PSS-Schicht mittels Fotolithographie strukturiert wird. A method according to claim 4, in which the PEDOT / PSS layer is patterned by photolithography.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Durchkontaktierung ( Method according to one of the preceding claims, in which (the via 6 6 ) so hergestellt wird, dass sie PEDOT/PSS enthält. ) Is produced so that it contains PEDOT / PSS.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Gate-Elektrode ( Method according to one of the preceding claims, in which (a gate electrode 5 5 ) aus PEDOT/PSS hergestellt wird. ) Of PEDOT / PSS is produced.
  8. Schaltung mit einer Durchkontaktierung ( Circuit having a via ( 6 6 ), die nach einem Verfahren der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist. ), Which is produced by a method of the preceding claims.
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