KR20130067275A - 비-가교 광 또는 열-가교성 중합체 층을 이용하여 금속 층의 레이저 삭마에 의한 캡형 돌기 작용의 감소 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저에 의해 에칭하는 동안, 유기 트랜지스터의 전극을 보호하기 위해서, 비가교 또는 부분 가교 형태의 레이저-가교성 물질을 사용하는 것에 관한 것이다.
Description
본 발명은 유기 전자 소자 및 특히 레지스터, 커패시터, 다이오드, 트랜지스터 등의 제조에 관한 것이다.
실제로, 본 발명은 금속 층(level)을 에칭하는 단계(들)에서 표면 열화와 관련된 문제를 해결한다. 본 발명은 유기 트랜지스터 전극의 엑시머-형 레이저 삭마(ablation)에 의한 에칭 단계에 특별히 적용된다.
도 1a에 나타낸 장치의 수단에 의해 실시될 수 있는 엑시머법은, 마스크(1)의 투영에 의해 얻어진 패턴을 구성하고 형성할 수 있다. 기판(2)의 삭마는 유리 및 알루미늄으로 된 마스크(1)를 통과하는 UV 빔(3, 엑시머)과 층 표면(기판, 2) 사이의 상호 작용에 의해 이루어진다.
엑시머 레이저는 사용되는 가스 혼합물에 따라 193 내지 351 nm 범위의 자외선을 파동 형태로 방사하는 가스 레이저이다. 가스 혼합물은 희가스 G(Ar, Xe, Kr) 및 할로겐화 화합물 X(F2, HCl)로 이루어진다. 전기 또는 전자 빔에 의해 여기(excitation)되면, 여기된 분자 GX* [ArF(λ = 193 nm), KrF(λ = 248 nm), XeCl(λ = 308 nm), XeF(λ = 351 nm)]를 형성하게 된다. 공급된 에너지는 1 주울 정도이며, 펄스 지속 시간은 10 내지 150 나노초이고, 동시에 주파수는 1 kHz에 도달할 수 있다. 고출력 엑시머 소스는 1992년에 출현하여(P average: 500 내지 1,000 W) 표면 가공에 사용하는 길을 열었다.
엑시머 레이저는 다음과 같은 특별한 장점을 갖고 있다: 광화학 작용을 얻을 수 있는 고 광자 에너지(수 eV), 미크론 이하의 공간 분해능(spatial resolution)을 갖는 가공, 및 매우 한정된 열 효과, 적외선보다는 자외선에서 더욱 효과적인 레이저-재료 결합(laser-to-matter coupling). 300 nm 이상에서, 광섬유에 의한 전송이 가능할 것으로 예상된다.
삭마하는 동안, 용융 비드(molten bead) 또는 캡형 금속 돌기(projection)(도 1b)는 사용된 전원에 따라 에칭 엣지(edges)에 존재한다: 낮은 전원은 캡형 돌기를 제공하는 반면, 높은 전원은 1 ㎛보다 큰 치수로 층분리 또는 용융되는 용융 엣지를 제공한다. 이러한 현상은, 100 nm 정도의 두께를 갖는 활성 층의 증착 기술이 이용되는 유기 전자 소자를 형성하는 데 있어서 이들 패턴을 이용하는데 큰 문제가 된다. 100 nm 이하의 얇은 층, 예를 들면 상기 투영 및 현상을 나타내는 패턴 상에 30 내지 70 nm의 반도체를 증착하는 것은 많은 문제를 일으킨다.
이것은 특히 누전, 단계 통과 어려움, 치수 감소(예를 들면, 채널 폭과 관련됨), 조기 노화 등을 야기할 수 있다.
사용된 금속(Ti, Cu, Au, Ni, Pt, 등)이 무엇이든지 간에, 마스크 투영에 의한 레이저 삭마 기술은 완벽한 패턴 엣지를 남기지 않는다는 것을 알아냈다. 이는 그 방법의 고유한 특성으로서 "레이저 투사(laser shooting)" 과정 동안 자외선의 열이 금속화를 해치게 한다는 사실로 설명될 수 있다.
이러한 단점은 마이크로전자 공학, 특히 트랜지스터 제조에서 주요 관심사이다.
마이크로전자 공학에서는 실리콘(Si) 또는 비화갈륨(GaAs)과 같은 무기 물질에 관해 관례적으로 연구해왔다. 대량으로 제조하기가 용이하고, 기계적 저항, 가요성 구조, 또는 가공 용이성 때문에 중합체와 같은 유기 물질에 대해 또 다른 방법을 모색하고 있다. 그러므로 유기 다이오드(OLEDs) 또는 유기 박막 트랜지스터(OTFTs)를 기본으로 하는 디스플레이가 고안되었다. 또한, 예를 들면, 스핀 코팅, 잉크젯, 또는 실크-스크리닝에 의한 층 증착 기술은, 가용성 중합체를 사용함으로써 이용 가능하다.
그러나, 상이한 유기 및/또는 무기 층들을 적층하면 수많은 문제를 일으킨다. 특히, 트랜지스터의 고안은 다음과 같이 2개의 도전층을 요한다:
하이-게이트 아키텍쳐(architecture)(도 2a)에서, 도전층 1(4)은 기판(5) 상에 증착된 후, 소스 및 드레인 전극(6,7)이 엑시머-형 레이저 삭마법과 같은 상이한 방법들에 의해 에칭된다. 이 단계는 캡형 돌기를 최소로 감소하기 위해서 레이저 빔 출력의 매우 정밀한 조절을 요한다.
로우-게이트 아키텍쳐(도 3a)에서, 도전층 2(4)은 게이트 유전체(9) 상에 증착된 후, 소스 및 드레인 전극(6,7)이 레이저 삭마법에 의해 에칭된다. 마찬가지로, 이 단계는 캡형 돌기 및 게이트 유전체의 열화를 최소화하기 위해서 레이저 빔 출력의 매우 정밀한 조절을 요한다.
그러므로, 에칭 패턴의 엣지에서 상기와 같은 작용을 최소화할 수 있는 기술적 해결책을 개발할 필요가 분명히 있다.
따라서, 본 발명은 레이저 삭마법에서 특유하게 나타나는 캡형 돌기 및 패턴 엣지의 비드 현상을 감소할 수 있다.
그러므로, 본 발명은 레이저로 에칭할 금속 층을 보호하기 위해서 비가교 또는 부분 가교된 형태의 레이저-가교성 물질을 사용하는 것을 기본으로 한다.
다시 말해서, 본 발명은 레이저 삭마 또는 에칭에 의해 금속 층을 구성하는 방법에 관한 것으로, 이 방법에 따르면 보호층이 에칭 또는 삭마할 금속층의 이면에 배열된다.
특히, 본 발명의 목적은 다음 단계를 포함하는, 금속 층을 레이저로 에칭하는 방법을 제공하는 데 있다:
- 레이저-가교성 물질을 포함하고 비가교 또는 부분 가교 형태의 보호층을 기판에 증착하는 단계,
- 도전층을 보호층에 증착하는 단계, 및
- 도전층을 레이저로 에칭하는 단계.
도 1은 엑시머 법을 실시하기 위한 장치(A) 및 에칭 층에서 관찰된 단점(B)을 나타낸 사진이다.
도 2는 종래 기술에 따른 하이-게이트 아키텍쳐(A) 또는 본 발명에 따른 하이-게이트 아키텍쳐(B)의 다이어그램이다.
도 3은 종래 기술에 따른 로우-게이트 아키텍쳐(A) 또는 본 발명에 따른 로우-게이트 아키텍쳐(B,C)의 다이어그램이다.
도 4는 완전 가교 유전체(A)와 동일한 비가교 유전체(B)를 비교하기 위해, 동일한 플루언스(54 mJ/cm2)로 엑시머-형 레이저법에 의해 삭마된 30 nm의 금 층에 대한 SEM 사진 이다.
도 5는 샘플 A 및 B로부터 각각 얻어진 로우-게이트 아키텍쳐에서 2개의 유기 트랜지스터에 대한 전기적 성질을 나타낸다.
도 2는 종래 기술에 따른 하이-게이트 아키텍쳐(A) 또는 본 발명에 따른 하이-게이트 아키텍쳐(B)의 다이어그램이다.
도 3은 종래 기술에 따른 로우-게이트 아키텍쳐(A) 또는 본 발명에 따른 로우-게이트 아키텍쳐(B,C)의 다이어그램이다.
도 4는 완전 가교 유전체(A)와 동일한 비가교 유전체(B)를 비교하기 위해, 동일한 플루언스(54 mJ/cm2)로 엑시머-형 레이저법에 의해 삭마된 30 nm의 금 층에 대한 SEM 사진 이다.
도 5는 샘플 A 및 B로부터 각각 얻어진 로우-게이트 아키텍쳐에서 2개의 유기 트랜지스터에 대한 전기적 성질을 나타낸다.
본 발명에 따른 방법을 실시하기에 적합한 기판은 플라스틱 기판(PEN, PET 등), 10 내지 200 nm의 두께를 갖는 금속(Au, Al, Ag, Pd, 등)으로 피복된 플라스틱 기판, 또는 금속 표면(Au, Al, 등) 또는 도전성 표면(예를 들면, PEDOT PSS)이다.
본 발명의 특징에 따라서, 보호층은 비가교 또는 부분 가교 형태의 레이저-가교성 물질을 포함하거나 그 물질로 구성된다. 따라서 본 발명의 기본 원리는 레이저 출력 부분을 흡수할 수 있는 물질이 존재하고, 그에 의해 레이저-가공된 금속 층을 덜 손상시키는 것이다. 실제로, 가교성 중합체의 최종 성질은 그의 가교도(crosslinking rate)에 따라 달라진다. 완전히 가교된 중합체 물질은 약간의 가교 결합(crosslink nodes)을 갖는 중합체 물질보다 더 견고하고 더욱 탄성을 갖게 된다("J. Phys. Chem. C 2009, 113, 11491-11506"). 그러므로, 이러한 탄성으로 인해 파동(wave)을 흡수할 수 있고 낮은 가교도로 인해 가교(crosslinking)를 가능하게 한다.
다시 말해서, 본 발명은 삭마되는 층 아래에서는 층이 완전 가교되지 않는다는 사실을 기본으로 하고 있다. 그에 의해 레이저 빔의 과잉 에너지가 이 보호층에 의해 부분적으로 흡수되고, 에칭 엣지 작용은 크게 완화된다. 또한, 에칭에 필요한 출력에 따라서, 삭마는 상기 출력에서 1번의 투사(shot)나 더 낮은 출력에서 수회의 투사로 실시될 수 있다.
이러한 보호층은 통상적으로 10 내지 1,500 nm, 바람직하게는 100 내지 1,000 nm의 두께를 갖는다. 이 보호층은 본 기술분야에서 공지된 기술, 예를 들면, 스핀 코팅에 의해 기판 상에 증착될 수 있다.
본 발명의 명세서에서, "레이저"(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)라는 용어는 매우 높은 간섭(coherence) 및 높은 방향성 출력을 갖는 매우 약한 단색(monochrome) 광 빔으로 집광된 방사선을 발생하는 장치를 의미한다.
이러한 장치는, 예를 들면 100 내지 400 nm, 특히 157, 248, 308, 및 351 nm 범위의 파장을 갖는 자외선(UV)을 방사하는 엑시머 레이저이다.
공지된 바와 같이, 이러한 장치는 일반적으로 처리 대상의 층 상에 패턴을 구성 또는 형상화하기 위해서 마스크와 조합되어 사용된다.
통상적으로, 이러한 장치는 10 내지 1,000 mJ/cm2, 예를 들면, 54 mJ/cm2의 플루언스(fluence)를 갖는다. 펄스 시간은 10 내지 150 나노초, 예를 들면 30 ns이며, 펄스 수는 통상 1 내지 10이다.
본 발명의 명세서에서, "레이저-가교성"이란 용어는 상기 물질이 레이저 작용 하에서 거대 분자들 사이에 결합을 형성함으로써 3차원 구조를 형성할 수 있다는 것을 의미한다. 실제적으로, 이러한 물질은, 광- 또는 열-가교성 여부에 따라 UV 선 또는 레이저와 관련된 열의 작용 하에서 부분 또는 완전 가교된다.
레이저에 노출된 후, 그 물질이 부분적으로만 가교되는 경우에, 특히 UV 램프(수백 와트의 전원에서 수분 동안)로 조사(insolation)함으로써 가교가 계속 진해됨에 따라 완전한 광-가교 또는 열-가교가 이루어진다.
통상적으로, 본 발명에서 사용된 레이저-가교성 물질은 중합체이다.
이러한 물질은 또한 의도한 목적에 이용할 수 있는 기타 특성을 가질 수 있다.
유기 트랜지스터의 제조에 있어서, 비가교 또는 부분 가교 형태의 레이저-가교성 물질은 전기 절연성을 갖는 것이 유리하다. 또한 가교성 중합체는 반도체와 양호한 전기적 호환성을 갖는 것이 유리하다. 이러한 것을 달성하기 위해서, 5 미만의 유전율을 갖는 물질이 바람직하다.
이러한 물질은, 예를 들면 폴리아크릴레이트류, 에폭시 수지류, 에폭시 아크릴레이트류, 폴리우레탄류, 실리콘류, 폴리이미드류 및 코폴리이미드류, 폴리(시세스퀴옥산)류, 폴리(벤조시클로부텐)류, 폴리(비닐신남메이트)류, 과불화 지방족 중합체류, 및 폴리(비닐페놀)을 포함하는 군으로부터 선택된다.
본 발명을 적용하는데 특징이 있는 트랜지스터를 제조함에 있어서, 소스 및 드레인 전극, 가능한 경우 게이트를 에칭하는 단계는 특히 민감하며 본 발명에 따른 방법의 실시를 요한다.
따라서, 본 발명은 하기 단계를 포함하는, 유기 트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다:
- 레이저-가교성 물질을 포함하는 비가교 또는 부분 가교 형태의 보호층을 기판에 증착하는 단계,
- 소스 및 드레인 전극 또는 트랜지스터의 게이트를 형성하기 위해, 보호층에 도전층을 증착하는 단계,
- 도전층을 레이저로 에칭하여 소스 및 드레인 전극 또는 트랜지스터의 게이트를 형성하는 단계,
- 유전층을 증착하는 단계, 및
- 유전체 표면에 게이트 또는 소스 및 드레인 전극을 증착하는 단계.
이 방법에서는 관례적으로 트랜지스터에 있어서, 반도체 층이 소스 및 드레인 전극의 표면에 더 증착된다.
특수 실시양태에 따라서, 공정 말기에 게이트 또는 소스 및 드레인 전극의 증착은 증착 및 도전층의 레이저 에칭에 의해 실시된다.
본 발명에 따라서, 유전층은 또한 비가교 또는 부분 가교 형태의 레이저-가교성 물질에 의해 형성된다. 변형된 형태로서, 보호층은 또한 유전층과 게이트나 소스 및 드레인 전극과의 사이에 증착된다.
본 발명에 따른 방법에서는 하이-게이트 및 로우-게이트 아키텍쳐 모두에서 트랜지스터를 제조할 수 있다. 하이-게이트 아키텍쳐는 통상 다음과 같은 층들을 연속적으로 포함한다:
- 기판,
- 드레인 및 소스 전극,
- 유기 또는 무기 반도체,
- 게이트 유전체, 및
- 게이트.
이러한 아키텍쳐에서, 보호층은 기판과 드레인 및 소스 전극을 형성하는 데 사용된 금속층과의 사이에, 및/또는 게이트와 그 게이트 유전체 사이에 위치된다. 이 마지막 경우에 유전체는 보호층으로 작용할 수 있다는 것을 주지해야 한다.
본 발명에 따른 방법에 의해 하이-게이트 아키텍쳐의 트랜지스터를 제조하기 위해서, 반도체 층은 소스 및 드레인 전극의 레이저 에칭 후 그리고 유전층의 증착 전에 증착된다.
이 아키텍쳐에서, 중합체는 위(소스 및 드레인의 경우) 또는 아래(게이트의 경우)에 증착된 반도체 층을 저해하지 않기 위해서 전기 절연되는 것이 유리하다. 중합체는 폴리아크릴레이트류, 에폭시 수지류, 에폭시 아크릴레이트류, 폴리우레탄류 및 실리콘류를 포함하는 군으로부터 선택되는 것이 유리하다.
이와 같이, 본 발명은 다음 구조를 갖는 하이-게이트 아키텍쳐의 유기 트랜지스터를 제조할 수 있다:
- 기판,
- 적어도 부분적으로 가교된 물질을 함하는 층,
- 소스 및 드레인 전극,
- 유기 또는 무기 반도체,
- 유전층, 및
- 게이트.
상기에서 언급한 바와 같이, 적어도 부분적으로 가교된 물질을 포함하는 층은 유전층과 게이트 사이에 존재할 수 있다.
본 발명의 방법에 따른 또 다른 요지에 따라, 로우-게이트 아키텍쳐의 유기 트랜지스터를 제조할 수 있다.
로우-게이트 아키텍쳐는 통상적으로 다음 층들을 연속적으로 포함한다:
- 기판,
- 게이트,
- 게이트 유전체,
- 드레인 및 소스 전극, 및
- 유기 또는 무기 반도체.
본 발명에 따른 방법에 의해 로우-게이트 아키텍쳐의 트랜지스터를 제조하기 위해서, 반도체 층이 소스 및 드레인 전극의 증착 후에 증착된다.
본 발명에 따라서, 보호층은 기판과 게이트 사이에 위치한다.
유리하게는, 유전층은 비가교 또는 부분 가교 형태의 레이저-가교성 물질에 의해 형성된다.
변형된 형태로서, 보호층은 유전층과 드레인 및 소스 전극과의 사이에 위치한다.
이 아키텍쳐에서, 중합체는 폴리이미드 및 코폴리이미드, 폴리(시세스퀴옥산)류, 폴리(벤조시클로부텐)류, 폴리-(비닐신남메이트)류, 과불화 지방족 중합체, 폴리(비닐페놀), 및 폴리-(아크릴레이트)류를 포함하는 군으로부터 선택되는 것이 유리하다.
이와 같이, 본 발명은 다음과 같은 구조를 갖는 로우-게이트 아키텍쳐의 유기 트랜지스터를 제조할 수 있다:
- 기판,
- 적어도 부분적으로 가교된 물질을 포함하는 층,
- 게이트,
- 유전층,
- 소스 및 드레인 전극, 및
- 유기 또는 무기 반도체.
상기에서 설명한 바와 같이, 적어도 부분적으로 가교된 물질을 포함하는 층은 유전층과 소스 및 드레인 전극과의 사이에 존재할 수 있다.
다시 말해서, 유기 트랜지스터를 제조함에 있어서, 레이저 에칭으로부터 금속 층을 보호하기 위해서 비가교 또는 부분 가교 형태의 레이저-가교성 물질을 사용하는 것은 몇 가지 형태를 가질 수 있다:
하이-게이트 아키텍쳐의 트랜지스터에 대해서:
- 기판과 소스 및 드레인 전극과의 사이에 위치된 층, 및/또는
- 게이트 아래의 유전층 또는 유전체와 게이트 사이에 위치된 층.
로우-게이트 아키텍쳐의 트랜지스터에 대해서:
- 기판과 게이트 사이에 위치된 층, 및/또는
- 소스 및 드레인 전극 아래의 유전층 또는 유전체와 소스 및 드레인 전극과의 사이에 위치된 층.
본 발명은 가교되지 않거나 또는 부분적으로만 가교되고, 레이저에 의해 가공할 금속 층 아래에 놓인 가교성 물질의 존재에 대한 긍정적 효과, 즉 캡형 돌기 및 용융된 엣지의 현저한 감소뿐만 아니라 개선된 전기적 특성을 제공한다.
상술한 것 이외에 본 발명의 기타 특징 및 장점들은 첨부 도면을 참고로 다음 실시예를 들어 자세히 설명하지만 본 발명이 그에 의해 한정되는 것은 아니다.
1/ 하이-게이트 아키텍쳐:
하이-게이트 아키텍쳐에 대한 본 발명의 실시는 도 2b에 나타나 있다. 비가교 또는 부분 가교되고 그 결과 가교성이 있는 절연 중합체(10)를 기판(5)과 도전층(4) 사이에 증착하는 것을 주로 기본으로 한다.
a/절연 가교성 중합체:
하이-게이트 아키텍쳐에 사용될 수 있는 절연 가교성 중합체는 다음 성분으로부터 선택될 수 있다:
폴리아크릴레이트류,
에폭시 수지류,
에폭시 아크릴레이트류,
폴리우레탄류, 및
실리콘류.
이 아키텍쳐에서, 절연체(10)는, 비가교 또는 부분 가교되어 있는 경우, 상부 층(4)을 삭마하는 단계에서 캡형 돌기를 감소할 수 있다. 그 절연체는 그 위에 증착된 반도체 층(11)을 저해하지 않기 위해서 전기 절연성을 가져야 한다.
b/ 하이 -게이트 아키텍쳐의 제조방법:
단계 1: 기판(5)을 준비하는 단계
단계 2: 기판(5) 상에 비가교 절연체(10)를 증착하는 단계,
단계 3: 표면 전체 위에 도전층(4)을 증착하는 단계,
단계 4: 마스크(1)를 통해 도전층(4)을 레이저로 삭마하여 소스 및 드레인 전극(6,7)을 형성하는 단계,
단계 5: 절연체(10)를 열- 또는 광-가교하는 단계, 및
단계 6: 반도체(11), 유전체(9) 및 게이트(8)의 연속적인 증착에 의해 유기 전계-효과(field-effect) 트랜지스터를 제조하는 단계.
2/ 로우-게이트 아키텍쳐:
로우-게이트 아키텍쳐에 대한 본 발명의 실시는 도 3b 및 3c에 나타나 있다. 비가교 또는 부분 가교되고 그 결과 가교성이 있는 절연 중합체(10)를 기판(5)과 도전층(4) 사이에 증착하는 것을 주로 기본으로 한다.
a/ 유전성을 갖는 가교성 중합체:
로우-게이트 아키텍쳐에 사용될 수 있는 유전성을 갖는 가교성 중합체(10)는 다음 성분으로부터 선택될 수 있다(A. Fachetti et al . Adv Mater, 2005, 17, p 1705):
| 유전성 중합체 패밀리 (유전 상수 ≤3) |
문헌 예 |
| 폴리이미드 및 코폴리이미드 열- 및/또는 광- 가교성 |
 ＊K. Sim et al. Organic Electronics. 2009, 10, p 506 ＊Mokhtari et al. Eur polym J. 2008, 44, p 832 |
| 폴리(시세스퀴옥산)류 열- 가교성 |
 ＊Z. Bao et al. Adv Funct Mater. 2002, 12, p 526 |
| 폴리(벤조시클로부텐)류 열- 가교성 |
 ＊L.L. Chua et al. Appl Phys Lett. 2004, 84, p 3400 |
| 폴리(비닐신남메이트)류 광- 가교성 |
 ＊J. H. Bae et al. Japan J Appl Phys. 2007, 46, p 385 |
| 과불화 지방족 중합체 열- 가교성 |
＊Cytop, Teflon AF ＊W. L. Kalb et al. Appl Phys Lett. 1998, 73, p 108 |
| 폴리(비닐페놀) 열- 가교성 |
＊PVP et agent reiculant abase de melamine ＊C.J. Drury et al. Appl Phys Lett. 1998, 73, p 108 |
| 폴리(아크릴레이트)류 열- 가교성 |
폴리(4-비닐페놀-코-2-히드록시에틸메타크릴레이트) ＊H. Klauk et al. J Appl Phys. 2002, 92, 5259 |
유전체는 예를 들면 광-가교성 유기 유전체, 특히 에폭시-형 수지이다. 유전체는 폴리(4-비닐페놀)(PVP) 49.5중량%, 트리글리시딜 트리메틸올프로판 에테르 49.5중량%, 벤조일퍼옥사이드 0.5중량%, 및 트리페닐설포늄 트리플레이트 0.5중량%의 혼합물이다.
이 혼합물은 시클로헥산온에 10 중량%로 희석된 후, 기판(5) 상에 실크스크린에 의해 증착되거나 또는 스피닝에 의해 증착된다. 얻어진 필름은 얇은 중합체 층의 잔류 용매를 증발시키기 위해서 100 ℃의 가열 판에서 5 분 동안 어닐링된다.
이 유전체(10)는 예를 들면, 다음 조건의 UV 를 이용함으로써 가교 된다:
- 램프 전원 = 600 W,
- 조사 시간 = 10 분.
b/로우-게이트 아키텍쳐의 트랜지스터를 제조하는 방법:
단계 1: 게이트(8)를 형성하기 위해서 포토리소그래피 또는 레이저 삭마법에 의해 금속 층1을 에칭하는 단계. 에칭 엣지는 게이트 층에서 트랜지스터의 전기적 성질에 거의 영향을 미치지 않고, 게이트는 채널보다 훨씬 더 넓으며, 그리고 캡형 돌기 작용은 채널의 외부에 나타난다. 그러나, 본 발명에 따른 방법은 또한 소스 및 드레인 에칭을 위해 하기 설명되는 것과 동일한 조건에서, 기판(5)과 금속 층 1 사이에 가교성 중합체를 설치함으로써 게이트(8)를 에칭하도록 실시될 수 있다.
단계 2: 상술한 에폭시-형 유전체(10)를 스핀 코팅한 후, PEN/Au 기판(5)(30 nm)상에서 100 ℃에서 5분 동안 어닐링하여 유전체 두께 약 800 nm를 형성하는 단계,
단계 3: 표면 전체에 금 도전층(4)(30 nm)을 PVD 하는 단계,
단계 4: 소스 및 드레인 전극(6,7)을 형성하기 위해서 도전층(4)을 엑시머 레이저로 삭마하는 단계(플루언스 = 54 mJ/cm2, λ = 248 nm, 130-ns 펄스)
단계 5: 유전성 중합체를 열- 또는 광-가교, 특히 조사(UV 램프, 10 분, 600 W)에 의해 가교하는 단계,
단계 6: P-형 반도체(11), 예를 들면, 변형된 펜타센을 증착하는 단계.
이 공정 후에, 불화 지방족 중합체 유전체에 의해 캡슐화된다.
도 3c에서, 보호층(10)은 레이저 삭마로부터 게이트(8)를 보호하기 위해서 기판(5) 상에 더 증착된다.
c/2 샘플 A 및 B의 비교:
비교를 위해, 상기 섹션 b/에서 설명한 방법이 2개의 샘플 A 및 B에 대해 실시되었다. 샘플 B는 단계 1 내지 6을 정확하게 실시하고, 단계 5, 즉 레이저 삭마 후에 조사(UV 램프, 10 분, 600 W)에 의해 가교되었다. 샘플 A는 단계 2 후, 즉 레이저 삭마 전에 UV 램프에 조사(10 분, 600 W)되었다. 그러므로 샘플 A와 B의 큰 차이점은 가교성 중합체(10)가 각각 금속 층(4)의 레이저 삭마 전후에 가교된다는 것이다.
2개의 샘플에 대한 특성을 도 4 및 도 5에 나타낸다.
도 4는 가교 유전체(A)에서, 삭마된 상부 층에 캡형 돌기와 용융된 금속이 많이 존재하고 있음을 나타내고, 역으로 가교 되지 않은 유전체(B)의 경우에, 삭마된 상부 층에 캡형 돌기과 용융된 금속이 많이 감소되었음을 나타낸다.
도 5는 전기적 특성에 있어서 샘플 B가 샘플 A보다 훨씬 좋다는 것을 나타낸다. 실제로, 샘플 B의 ID-VD 곡선은 2개의 소스와 드레인 전극 사이에 매우 양호한 접속과 양호한 전자 주입을 나타낸다. 이러한 방법으로 인해, 채널 내부로의 전자 주입뿐만 아니라 전자 이동성도 개선된다. 전류는 개방 상태에서 더 크다.
1: 마스크 2,5: 기판
3: 엑시머 4: 도전층
6,7: 소스 및 드레인 전극 8: 게이트
9: 유전체 10: 절연체
11: 반도체
3: 엑시머 4: 도전층
6,7: 소스 및 드레인 전극 8: 게이트
9: 유전체 10: 절연체
11: 반도체
Claims (13)
- 하기 단계를 포함하는, 유기 트랜지스터의 제조방법:
- 레이저-가교성 물질을 포함하는 비가교 또는 부분 가교 형태의 보호층(10)을 기판(5)에 증착하는 단계,
- 소스 및 드레인 전극(6,7) 또는 트랜지스터의 게이트(8)를 형성하기 위해, 상기 보호층(10)에 도전층(4)을 증착하는 단계,
- 도전층(4)을 레이저로 에칭하여 소스 및 드레인 전극(6,7) 또는 트랜지스터의 게이트(8)를 형성하는 단계,
- 유전층(9)을 증착하는 단계, 및
- 게이트(8) 또는 소스 및 드레인 전극(6,7)을 증착하고, 반도체 층(11)이 소스 및 드레인 전극(6,7)의 표면에 증착되는 단계. - 제 1항에 있어서, 게이트(8) 또는 소스 및 드레인 전극(6,7)의 증착이 도전층(4')의 증착 및 레이저 에칭에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 유기 트랜지스터의 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 유전층(9)이 비가교 또는 부분 가교 형태의 레이저-가교성 물질에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 트랜지스터의 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 보호층(10)이 유전층(9)과 게이트(8) 또는 소스 및 드레인 전극(6,7) 사이에 증착되는 것을 특징으로 하는 유기 트랜지스터의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나에 있어서, 유기 트랜지스터가 하이-게이트 아키텍쳐의 트랜지스터이고, 그리고 반도체 층(11)이 소스 및 드레인 전극(6,7)의 레이저 에칭과 유전층(9)의 증착 사이에 증착되는 것을 특징으로 하는 유기 트랜지스터의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나에 있어서, 유기 트랜지스터가 로우-게이트 아키텍쳐의 트랜지스터이고, 그리고 반도체 층(11)이 소스 및 드레인 전극(6,7)의 증착 후에 증착되는 것을 특징으로 하는 유기 트랜지스터의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 하나에 있어서, 레이저 에칭이 UV 레이저, 바람직하게는 엑시머 레이저에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 유기 트랜지스터의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 7항 중 어느 하나에 있어서, 레이저 에칭 후, 보호층(10) 및 가능한 경우 유전층(9)이 바람직하게는 광- 또는 열-가교에 의한 가교 단계에 도입되는 것을 특징으로 하는 유기 트랜지스터의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 8항 중 어느 하나에 있어서, 비가교 또는 부분 가교 형태의 레이저-가교성 물질이 전기 절연성을 갖는 것을 특징으로 하는 유기 트랜지스터의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 9항 중 어느 하나에 있어서, 비가교 또는 부분 가교 형태의 레이저-가교성 물질이 5 미만의 유전율을 갖는 것을 특징으로 하는 유기 트랜지스터의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 10항 중 어느 하나에 있어서, 비가교 또는 부분 가교 형태의 레이저-가교성 물질이 폴리아크릴레이트류, 에폭시 수지류, 에폭시 아크릴레이트류, 폴리우레탄류, 실리콘류, 폴리이미드류 및 코폴리이미드류, 폴리(시세스퀴옥산)류, 폴리(벤조시클로부텐)류, 폴리(비닐신남메이트)류, 과불화 지방족 중합체류, 및 폴리(비닐페놀)을 포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 트랜지스터의 제조방법.
- 하기 소자를 포함하고, 제 1항 내지 제 5항 및 제 7항 내지 제 11항 중 어느 하나에 따른 방법에 의해 제조될 수 있는 하이-게이트 아키텍쳐 유기 트랜지스터:
- 기판(5),
- 적어도 부분적으로 가교된 물질을 포함하는 층(10),
- 소스 및 드레인 전극(6,7),
- 유기 또는 무기 반도체(11),
- 유전층(9), 및
- 게이트(8). - 하기 소자를 포함하고, 제 1항 내지 제 4항 및 제 6항 내지 제 11항 중 어느 하나에 따른 방법에 의해 제조될 수 있는 로우-게이트 아키텍쳐 유기 트랜지스터:
- 기판(5),
- 적어도 부분적으로 가교된 물질을 포함하는 층(10),
- 게이트(8),
- 유전층(9),
- 소스 및 드레인 전극(6,7), 및
- 유기 또는 무기 반도체(11).
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