TWI601454B

TWI601454B - 印刷線路、薄膜電晶體及其製造方法

Info

Publication number: TWI601454B
Application number: TW105111167A
Authority: TW
Inventors: 何羽軒
Original assignee: 華邦電子股份有限公司
Priority date: 2016-04-11
Filing date: 2016-04-11
Publication date: 2017-10-01
Also published as: TW201737764A

Description

印刷線路、薄膜電晶體及其製造方法

本發明是有關於一種印刷線路、薄膜電晶體及其製造方法，且特別是有關於一種具有優異耐熱性及導電性的印刷線路、具有改善的操作電壓的薄膜電晶體及其製造方法。

在現今印刷線路製程中，所使用的導電墨水多以經奈米化的金屬顆粒與溶劑混合而成。但由於金屬顆粒經奈米化後，會大幅提高所形成的金屬結構的氧化速度，因此降低其穩定性以及縮短保存週期。雖然現行的導電墨水中多以具有高穩定性的金及/或銀的奈米顆粒或奈米線來形成，但即便如此，當導電墨水暴露在空氣中，依然會產生穩定性降低及保存週期縮短的問題。為了解決上述的問題，目前的解決方法多半集中於化學合成方法的開發，例如在金屬奈米顆粒上形成保護層或保護膜，但此類方法僅可對應專一的金屬。因此，開發泛用性的保護層製作方法是目前極需努力的目標。

本發明提供一種印刷線路，其在金屬奈米結構上具有金屬氧化物層且金屬氧化物層填滿金屬奈米結構的交會處的間隙。

本發明提供一種印刷線路的製造方法，可製造具有高穩定性及優異導電性的印刷線路。

本發明提供一種薄膜電晶體，其在源極與汲極的金屬奈米結構上具有金屬氧化物層且金屬氧化物層填滿金屬奈米結構的交會處的間隙。

本發明提供一種薄膜電晶體的製造方法，可製造具有改善的操作電壓的薄膜電晶體。

本發明提供一種印刷線路，印刷線路位於基板上。線路結構包括多個金屬奈米結構以及金屬氧化物層。金屬氧化物層配置於金屬奈米結構的表面上且填滿金屬奈米結構的交會處的間隙，其中位於金屬奈米結構的表面上的金屬氧化物層的厚度例如是介於0.1奈米至10奈米。

本發明提供一種製造印刷線路的方法，包括：首先，進行第一印刷製程，以於基板上形成金屬層，其中金屬層包括多個金屬奈米結構。接著，進行第二印刷製程，以於金屬層上形成金屬氧化物前驅物層，且金屬氧化物前驅物層覆蓋金屬層，其中金屬氧化物前驅物層包括金屬氧化物前驅物及溶劑。然後，進行加熱製程，以去除金屬氧化物前驅物層中的溶劑以及使金屬氧化物前驅物層中的金屬氧化物前驅物還原成金屬氧化物，以於金屬奈米結構的表面上形成金屬氧化物層，且金屬氧化物層填滿金屬奈米結構的交會處的間隙。形成於所述金屬奈米結構的表面上的所述金屬氧化物層的厚度介於0.1奈米至10奈米。

本發明提供一種薄膜電晶體，其包括源極與汲極、主動層、介電層以及閘極。源極與汲極配置於基板上。主動層覆蓋源極與汲極且填入源極與汲極之間的間隙。介電層覆蓋主動層。閘極配置於介電層上。源極與所述汲極包括多個金屬奈米結構以及金屬氧化物層，金屬氧化物層配置於金屬奈米結構的表面上且填滿金屬奈米結構的交會處的間隙，以及配置於金屬奈米結構的表面上的金屬氧化物層的厚度為0.1奈米至10奈米。

本發明提供一種形成薄膜電晶體的方法，其包括：首先，進行第一印刷製程，以於基板上形成圖案化導電層，其中圖案化導電層包括多個金屬奈米結構。接著，進行第二印刷製程，以於圖案化導電層上形成金屬氧化物前驅物層，且金屬氧化物前驅物層覆蓋圖案化導電層，其中金屬氧化物前驅物層包括金屬氧化物前驅物及溶劑。然後，進行加熱製程，以去除金屬氧化物前驅物層中的溶劑以及使金屬氧化物前驅物層中的金屬氧化物前驅物還原成金屬氧化物，以於金屬奈米結構的表面上形成金屬氧化物層，且金屬氧化物層填滿金屬奈米結構的交會處的間隙。之後，於基板上形成主動層，覆蓋圖案化導電層與金屬氧化物層且填入圖案化導電層之間的間隙。其後，於基板上形成介電層，覆蓋主動層。再者，於所述介電層上形成閘極。形成於金屬奈米結構的表面上的金屬氧化物層的厚度介於0.1奈米至10奈米。

基於上述，本發明之印刷線路由於在金屬奈米結構的表面上具有金屬氧化層，除了可以阻止水氣進入以避免氧化外，亦可增加其耐熱性及維持導電性。此外，由於金屬氧化物層會聚集在金屬奈米結構間的交界處，因此可有助於相鄰金屬奈米結構之間的接合，進而提升線路的穩定性以及導電性。另外，本發明之薄膜電晶體的源極/汲極中的金屬奈米結構上具有金屬氧化物層，有助於電子或電洞的注入，進而改變功函數（work function）以及改善薄膜電晶體的操作電壓。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1至圖3所繪示為本發明實施例之印刷線路的製造流程示意圖。

首先，請參照圖1，進行第一印刷製程，以在基板100上形成金屬層110。基板100例如是玻璃基板或矽基板。形成金屬層110的方法例如是噴墨印刷法。在本實施例中，金屬層110包括多個金屬奈米結構112。金屬奈米結構112可以是金屬奈米線、金屬奈米粒子或其組合。金屬奈米結構112的材料例如是金、銀或銅。金屬奈米線的線寬例如是介於10奈米至50奈米。金屬奈米粒子的粒徑例如是介於10奈米至300奈米。

接著，請參照圖2，進行第二印刷製程，以於金屬層110上形成金屬氧化物前驅物層120，且金屬氧化物前驅物層120覆蓋金屬層110。形成金屬氧化物前驅物層120的方法例如是使用噴墨印刷法將膠態的金屬氧化物前驅物溶液噴印至金屬層110上，並使膠態的金屬氧化物前驅物溶液完全地覆蓋金屬層110。在本實施例中，金屬氧化物前驅物溶液包括金屬氧化物前驅物及溶劑。金屬氧化物前驅物的材料例如是二氧化鈦前驅物、氧化鋅前驅物或氧化鎢前驅物。溶劑例如是水。

在本實施例中，由於是於基板100上噴印金屬層110之後才於金屬層110上噴印金屬氧化物前驅物層120，而非將形成金屬材料層110與金屬氧化物前驅物層120的溶液混合後，將上述混合液噴印至基板100上，因此不需額外測試或調整噴印上述混合液的最佳參數。藉此除了可簡化製程外，亦可減少因混合不當所造成噴頭阻塞的問題。

接著，請參照圖3，進行加熱製程，加熱金屬氧化物前驅物層120，以於金屬奈米結構112的表面上形成金屬氧化物層130。至此，即完成了印刷線路10的製作。詳細來說，在加熱過程中，金屬氧化物前驅物層120中的溶劑會因加熱而去除，且金屬氧化物前驅物會還原成金屬氧化物。此外，在溶劑蒸發過程中，金屬氧化物層130除了會形成在金屬奈米結構112的表面上，金屬氧化物層130亦會逐漸朝向金屬奈米結構112的交會處132聚集。也就是說，在加熱製程之後，金屬氧化物層130會填滿金屬奈米結構112的交會處132的間隙。在本實施例中，形於所述金屬奈米結構112的表面上的所述金屬氧化物層130的厚度T例如是介於0.1奈米至10奈米。

在本實施例中，加熱金屬氧化物前驅物層120的方法例如是將形成有金屬氧化物前驅物層的基板放置於烘箱中加熱，但本發明不限於此。在另一實施例中，亦可利用加熱板、幅射、熱氣等來加熱金屬氧化物前驅物層120。加熱金屬氧化物前驅物層120的溫度例如是介於50°C至200°C。加熱金屬氧化物前驅物層120的時間例如是介於5分鐘至120分鐘。

在本實施例中，由於在金屬奈米結構112的表面上形成有金屬氧化物層130，因此金屬氧化物層130可作為保護膜以防止水氣以及避免氧化。此外，聚集在金屬奈米結構112的交會處132的金屬氧化物層130亦可有助於相鄰金屬奈米結構112之間的接合，進而提升線路的穩定性以及導電性。另外，金屬氧化物層130亦可增加線路與基板間的黏著性，進而提升整體線路結構的穩定性。

圖4A至圖4E所繪示為本發明實施例之薄膜電晶體20的製造流程剖面圖。

首先，請參照圖4A，於基板400上形成源極402a與汲極402b。在本實施例中，使用相同於圖1至圖3的方法來形成源極402a與汲極402b。具體來說，首先，進行第一印刷製程，於基板400上形成圖案化導電層（未繪示），接著，對圖案化導電層進行第二印刷製程以及加熱製程，以於基板400上形成源極402a與汲極402b。

在本實施例中，由於源極402a與汲極402b的金屬奈米結構表面具有金屬氧化物層，因此金屬氧化物層可作為保護膜以防止水氣以及避免氧化。此外，聚集在金屬奈米結構的交會處的金屬氧化物層亦可有助於相鄰金屬奈米結構之間的接合，進而提升源極402a與汲極402b的穩定性以及導電性。

接著，請參照圖4B，於基板400上形成主動層404，主動層404覆蓋源極402a與汲極402b且填入源極402a與汲極402b之間的間隙。在本實施例中，主動層404是覆蓋源極402a與汲極402b部分的上表面。在另一實施例中，主動層404亦可完全地覆蓋源極402a與汲極402b。主動層404的材料例如是有機半導體或無機半導體。形成主動層404的方法例如是噴墨印刷法。

然後，請參照圖4C，於基板400上形成介電層406，介電層406覆蓋主動層404。介電層406的材料例如是氧化矽或氮化矽等介電材料。形成介電層406的方法例如是噴墨印刷法。

之後，請參照圖4D，於介電層406上形成閘極408。閘極408的材料例如是金屬、摻雜多晶矽或透明導電氧化物等導電材料。金屬例如是金、銀、鋁、銅、鉻、鎳、鈦、鉑、鈀或前述材料的合金。透明導電氧化物如銦錫氧化物等。形成閘極408的方法例如是噴墨印刷法。至此，即完成了薄膜電晶體20的製作。

在本實施例中，由於源極與汲極的金屬奈米結構上具有金屬氧化物層，且金屬氧化物層填滿金屬奈米結構的交會處的間隙，因此有助於電子或電洞的注入，進而改變功函數以及改善薄膜電晶體的操作電壓。

以下，列舉本發明的實例以更具體對本發明進行說明。然而，在不脫離本發明的精神，可適當地對以下的實例中所示的材料、使用方法等進行變更。因此，本發明的範圍不應以以下所示的實例來限定解釋。

[製造具有保護膜的印刷線路]

實例1

首先，在基板上噴印含有奈米銀線的金屬墨水。接著，在金屬墨水上噴印含有TiO ₂前驅物的膠體組成物。然後，在150℃下烘烤1小時以去除溶劑並使TiO ₂前驅物在奈米銀線的表面上還原成TiO ₂。至此，即在基板上形成具有TiO ₂保護膜的印刷線路。

圖5A為在噴印膠體組成物前的奈米銀線的掃瞄式電子顯微鏡照片。圖5B為在噴印膠體組成物並進行烘烤後的奈米銀線的掃瞄式照片。由圖5B可以看出，在將噴印膠體組成物進行烘烤後，膠體除了會形成在奈米銀線的表面上，膠體也會聚集在奈米銀線的交界處，有助於相鄰奈米銀線之間的接合，進而提升線路的穩定性以及導電性。

[熱穩定性測試]

實例2（噴印金屬墨水以及含有TiO ₂前驅物的膠體組成物）

首先，在基板上噴印含有奈米銀線的金屬墨水。接著，在金屬墨水上噴印含有TiO ₂前驅物的膠體組成物。然後，進行加熱製程以去除溶劑。接著，在400℃下烘烤1小時後，使用掃瞄式電子顯微鏡觀察奈米銀線的狀態。

比較例1（僅噴印金屬墨水）

首先，在基板上噴印含有奈米銀線的金屬墨水。然後，進行加熱製程以去除溶劑。接著，在250℃下烘烤1小時後，使用掃瞄式電子顯微鏡觀察奈米銀線的狀態。

圖6A為實例2的奈米銀線的掃瞄式電子顯微鏡照片。圖6B為比較例1的奈米銀線的掃瞄式電子顯微鏡照片。

由圖6A可以看出，實例1的奈米銀線在400℃下烘烤1小時後，外觀仍然維持原狀且呈現透明狀。反觀比較例1，由圖6B可以看出，比較例1的奈米銀線在250℃下烘烤1小時後，奈米銀線已因高溫而溶解且團聚形成銀顆粒。由上述的結果可知，由於實例1的奈米銀線上塗佈有膠態的保護膜，除了可防止水氣進入外，亦可增加熱穩定性。

[不同溫度對導電性的影響]

由於高溫會影響奈米銀線的穩定性，而奈米銀線的穩定性可對應奈米銀線的導電性，因此為了進一步測試不同烘烤溫度下所形成之奈米銀線之導電性，在本實施例中，對具有保護膜之奈米銀線以及不具有保護膜之奈米銀線進行不同溫度條件的烘烤製程，並量測各個溫度條件所製作之奈米銀線的片電阻。

實例3

首先，在基板上噴印含有奈米銀線的金屬墨水。接著，在金屬墨水上噴印含有TiO ₂前驅物的膠體組成物。然後，進行加熱製程以去除溶劑。之後，分別在25℃、50℃、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、400℃下烘烤1小時後，量測具有保護膜之奈米銀線在各個溫度點的片電阻。

比較例2

首先，在基板上噴印含有奈米銀線的金屬墨水。接著，進行加熱製程以去除溶劑。之後，分別在25℃、50℃、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、400℃烘烤1小時後，量測具有保護膜之奈米銀線在各個溫度點的片電阻。

圖7為實例3與比較例2的溫度-片電阻曲線圖。由圖7可以看出，比較例2的奈米銀線在經過200℃的烘烤後，其片電阻值明顯上升。反觀實例3，由於實例3之奈米銀線具有保護膜，因此即使在經過300℃的烘烤後，仍保有低的片電阻值，也就是說，實例3的奈米銀線上塗佈有膠態的保護膜，除了可防止水氣進入外，亦可有效增加奈米銀線之耐熱性以及維持導電性。

綜上所述，本發明之線路結構由於在其金屬奈米結構上具有金屬氧化物保護膜，除了可以阻止水氣進入以避免氧化外，亦可增加其耐熱性及維持導電性。此外，聚集在金屬奈米結構交會處的金屬氧化物層亦可有助於相鄰金屬奈米結構之間的接合，進而提升線路的穩定性以及導電性。另外，本發明之薄膜電晶體的源極/汲極具有金屬氧化物層，因此有助於電子或電洞的注入，進而改變功函數以及改善薄膜電晶體的操作電壓。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧印刷線路
20‧‧‧薄膜電晶體
100、400‧‧‧基板
110‧‧‧金屬層
112‧‧‧金屬奈米結構
120‧‧‧金屬氧化物前驅物層
130‧‧‧金屬氧化物層
132‧‧‧交會處
402a‧‧‧源極
402b‧‧‧汲極
404‧‧‧主動層
406‧‧‧介電層
408‧‧‧閘極

圖1至圖3所繪示為本發明實施例之印刷線路的製造流程示意圖。圖4A至圖4D所繪示為本發明實施例之薄膜電晶體的製造流程剖面圖。圖5A為在噴印膠體組成物前的奈米銀線的電子顯微鏡照片。圖5B為在噴印膠體組成物並進行烘烤後的奈米銀線的掃瞄式電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope；SEM）照片。圖6A為實例2的奈米銀線的掃瞄式電子顯微鏡照片。圖6B為比較例1的奈米銀線的掃瞄式電子顯微鏡照片。圖7為實例3與比較例2的溫度-片電阻曲線圖。

10‧‧‧印刷線路

100‧‧‧基板

112‧‧‧金屬奈米結構

130‧‧‧金屬氧化物層

132‧‧‧交會處

T‧‧‧厚度

Claims

一種印刷線路，配置於基板上，所述印刷線路包括：多個金屬奈米結構；以及金屬氧化物層，配置於所述金屬奈米結構的表面上且填滿所述金屬奈米結構的交會處的間隙，其中配置於所述金屬奈米結構的表面上的所述金屬氧化物層的厚度介於0.1奈米至10奈米。
如申請專利範圍第1項所述的印刷線路，其中所述金屬奈米結構包括金屬奈米線、金屬奈米粒子或其組合。
如申請專利範圍第1項所述的印刷線路，其中所述金屬奈米結構的材料包括金、銀或銅。
如申請專利範圍第1項所述的印刷線路，其中所述金屬氧化物層的材料包括二氧化鈦、氧化鋅或氧化鎢。
一種印刷線路的製造方法，包括：進行第一印刷製程，以於基板上形成金屬層，其中所述金屬層包括多個金屬奈米結構；進行第二印刷製程，以於所述金屬層上形成金屬氧化物前驅物層，且所述金屬氧化物前驅物層覆蓋所述金屬層，其中所述金屬氧化物前驅物層包括金屬氧化物前驅物及溶劑；以及進行加熱製程，以去除所述金屬氧化物前驅物層中的溶劑以及使所述金屬氧化物前驅物層中的金屬氧化物前驅物還原成金屬氧化物，以於所述金屬奈米結構的表面上形成金屬氧化物層，且所述金屬氧化物層填滿所述金屬奈米結構的交會處的間隙，其中形成於所述金屬奈米結構的表面上的所述金屬氧化物層的厚度介於0.1奈米至10奈米。
如申請專利範圍第5項所述的印刷線路的製造方法，其中所述金屬奈米結構包括金屬奈米線、金屬奈米粒子或其組合。
如申請專利範圍第5項所述的印刷線路的製造方法，所述金屬奈米結構的材料包括金、銀或銅。
如申請專利範圍第5項所述的印刷線路的製造方法，其中金屬氧化物前驅物的材料包括二氧化鈦前驅物、氧化鋅前驅物或氧化鎢前驅物。
如申請專利範圍第5項所述的印刷線路的製造方法，其中所述溶劑包括水。
如申請專利範圍第5項所述的印刷線路的製造方法，其中進行所述加熱製程的溫度介於50ºC至200ºC。
一種薄膜電晶體，包括：源極與汲極，配置於基板上；主動層，覆蓋所述源極與所述汲極且填入所述源極與所述汲極之間的間隙；介電層，覆蓋所述主動層；以及閘極，配置於所述介電層上，其中所述源極與所述汲極包括多個金屬奈米結構以及金屬氧化物層，所述金屬氧化物層配置於所述金屬奈米結構的表面上且填滿所述金屬奈米結構的交會處的間隙，以及配置於所述金屬奈米結構的表面上的所述金屬氧化物層的厚度為0.1奈米至10奈米。
如申請專利範圍第11項所述的薄膜電晶體，其中所述金屬奈米結構包括金屬奈米線、金屬奈米粒子或其組合。
如申請專利範圍第11項所述的薄膜電晶體，其中所述金屬奈米結構的材料包括金、銀或銅。
如申請專利範圍第11項所述的薄膜電晶體，其中所述金屬氧化物層的材料包括二氧化鈦、氧化鋅或氧化鎢。
一種薄膜電晶體的製造方法，包括：進行第一印刷製程，以於基板上形成圖案化導電層，其中所述圖案化導電層包括多個金屬奈米結構；進行第二印刷製程，以於所述圖案化導電層上形成金屬氧化物前驅物層，且所述金屬氧化物前驅物層覆蓋所述圖案化導電層，其中所述金屬氧化物前驅物層包括金屬氧化物前驅物及溶劑；以及進行加熱製程，以去除所述金屬氧化物前驅物層中的溶劑以及使所述金屬氧化物前驅物層中的金屬氧化物前驅物還原成金屬氧化物，以於所述金屬奈米結構的表面上形成金屬氧化物層，且所述金屬氧化物層填滿所述金屬奈米結構的交會處的間隙；於所述基板上形成主動層，覆蓋所述圖案化導電層與所述金屬氧化物層且填入所述圖案化導電層之間的間隙；於所述基板上形成介電層，覆蓋所述主動層；以及於所述介電層上形成閘極，其中形成於所述金屬奈米結構的表面上的所述金屬氧化物層的厚度介於0.1奈米至10奈米。
如申請專利範圍第15項所述的薄膜電晶體的製造方法，其中所述金屬奈米結構包括金屬奈米線、金屬奈米粒子或其組合。
如申請專利範圍第15項所述的薄膜電晶體的製造方法，其中所述金屬奈米結構的材料包括金、銀或銅。
如申請專利範圍第15項所述的薄膜電晶體的製造方法，其中金屬氧化物前驅物的材料包括二氧化鈦前驅物、氧化鋅前驅物或氧化鎢前驅物。
如申請專利範圍第15項所述的薄膜電晶體的製造方法，其中所述溶劑包括水。
如申請專利範圍第15項所述的薄膜電晶體的製造方法，其中進行所述加熱製程的溫度介於50ºC至200ºC。