专利名称：一种形成导电栓柱的方法
技术领域：
本发明涉及一种形成导电栓柱的方法，特别是涉及一种以喷液法(inkjet)同时进行蚀刻与沉积而形成导电栓柱的制造方法。
背景技术：
覆膜(deposition)-微影(lithography)-蚀刻(etching)，为从传统电路板、半导体组件、平面显示器、到集成电路(IC)等，长期以来使用的三项基本工艺。首先在覆膜工艺中，以蒸镀法(evaporator)或溅镀法(sputter)等物理性气相沉积法(physical vapor deposition，简称PVD)，或各式化学气相沉积法(chemical vapor deposition，简称CVD)先进行全面性沉积(blanketdeposition)，再利用光学曝光(exposure)与光阻显影(photoresist develop)进行图案化(patterning)，留下欲得图案的光阻于表面，再搭配各种膜质的湿式蚀刻(wet etching)或干式蚀刻(dry etching)，完成欲获得各种图案的膜质结果。
这种工艺概念，长期使用在IC与平面显示器制造中，一个产品的完成，往往需要十余次重复覆膜-微影-蚀刻，最后的电性与物性固然可靠，却付出了高额的制造设备成本。近年来，有多种打印(printing)概念的方法在开发中，试图利用打印输出图案化沉积出所想要的薄膜，尤其在大尺寸的薄膜晶体管(thin-film transistor，简称TFT)较为常见，例如H.Gleskova等人以electro-photographic(电子感光的)打印碳粉材于光阻上以取带传统曝光，亦有W.S.Wang等人以超音波喷墨法(acoustic inkjet)喷印蜡材以取代微影，最直接简化者为C.M.Hong等人以喷墨铜微粒(copper inkjet)来直接制作TFT的导体材源极与漏极(source/drain)，以喷墨法喷印金、银、铜等微粒，S.B.Fuller等人甚至利用纳米尺寸的微粒(nano particle)来制作微制动器(actuator)的导线等，都是近年来极热门的研究主体。
然而因喷印工艺的解析能力或工艺线宽不如一般微影技术(lithography)精细，无论是应用于TFT或是印刷电路板(printed circuit board，简称PCB)，最大的目的就是降低设备与制造成本，故工艺需更为简易。一般导线喷印较为普及而容易，但在具多层导线(multilevel interconnect)的PCB或TFT制作过程时，为连结不同导线层间所需的连接孔(via hole)或隔开不同层导线的阻隔区喷印则较为复杂，目前文献中制作多层导线的方法有二一为在两层导线喷印一厚40μm的polyketone resin(聚酮树脂)，以阻隔第一和第二导线层，导电层为银微粒溶液；第二如Takeo Kawase等人以涂布约500nm的PVP(poly-vinyl pheonl)全面覆盖第一导电层，再以喷液法喷印一可溶解PVP的溶剂蚀刻出连接孔，再喷印第二导电层，因其第一与第二导电层为有机导电高分子材，阻值远高于银微粒，同时连接孔的接触电阻高达0.5MΩ级。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种形成导电栓柱的方法，解决现有技术的工艺复杂，且导电层的导电性不理想的问题。
为达到上述目的，本发明提供了一种形成导电栓柱的方法，其特点在于，包含如下步骤提供一基材；形成一第一导电层于该基材上；形成一绝缘层于该第一导电层上；以喷液法喷印一溶液于该绝缘层的上表面，该溶液具有一溶剂与一导电材料，由该溶剂蚀刻该绝缘层形成穿孔；去除该溶剂，由该导电材料沉积形成一导电栓柱；及形成一第二导电层于该绝缘层与该导电栓柱之上，由该导电栓柱形成该第一导电层与该第二导电层的电性连接。
为了更好的实现本发明的目的，本发明又提供了一种形成导电栓柱的方法，其特点在于，包含如下步骤提供一基材；形成一栅极于该基材上；形成一绝缘层于该基材与该栅极上；以喷液法喷印一溶液于该绝缘层的上表面，该溶液具有一溶剂与一导电材料，由该溶剂蚀刻该绝缘层形成穿孔，该蚀刻终止于该栅极；去除该溶剂，由该导电材料沉积形成一导电栓柱；及形成一源极与一漏极并覆盖一半导体材料于该绝缘层之上，由该导电栓柱形成该栅极与该源极及该栅极与该漏极的电性连接。
上述的形成导电栓柱的方法，其特点在于，形成一栅极于该基材上的步骤后，还包含一覆盖金属薄膜的步骤，以提高栅极的表面平整度。
上述的形成导电栓柱的方法，其特点在于，该绝缘层为一有机绝缘层。
上述的形成导电栓柱的方法，其特点在于，该有机绝缘层是通过覆盖一有机溶液于该第一导电层上，由该有机溶液所包含的有机固体材料所形成。
上述的形成导电栓柱的方法，其特点在于，该绝缘层的电阻率为该第一导电层的电阻率的10倍以上。
上述的形成导电栓柱的方法，其特点在于，该导电材料由直径小于或等于5微米的导电微粒混合而成。
上述的形成导电栓柱的方法，其特点在于，在喷印该溶液于该绝缘层的上表面的步骤后，还包含一加热烘烤该溶液的步骤，使该溶液固化形成该导电栓柱。
上述的形成导电栓柱的方法，其特点在于，该导电栓柱由该导电材料与该绝缘层溶解后再固化材料所形成。
上述的形成导电栓柱的方法，其特点在于，该绝缘层的电阻率为该导电栓柱的电阻率的10倍以上。
本发明的技术效果在于本发明的形成导电栓柱的方法，因金属微粒喷印的电阻率(resistivity)仅约为铝块材的5～10倍，远低于先前文献所提出的有机导电高分子材与PVP连接孔整合工艺，故可形成一低电阻的多层导线，本方法可整合用于微米级以上的PCB或TFT较大线宽制造过程，因一次取代覆膜-微影-蚀刻三制程，制程较为简易，且可达到较佳的多层导线结构的导电性。
下面结合附图进一步详细说明本发明的具体实施例。
图1至图5为本发明的以SED法制作多层导线结构的流程示意图；
图6至图10为本发明的以SED制作薄膜晶体管的流程示意图；图11为本发明的以SED法制作多层导线结构的流程图；及图12为本发明的以SED法制作薄膜晶体管的流程图。
其中，附图标号说明如下11-基材 12-第一导电层14-第二导电层20-绝缘层30-溶液 32-导电栓柱40-含导电栓柱之两层导线结构50-薄膜晶体管60-基材62-栅极64-源极66-漏极70-绝缘层80-溶液82-导电栓柱90半导体材料步骤110提供基材步骤120形成第一导电层于基材上步骤130形成绝缘层于第一导电层上步骤140喷印溶液，蚀刻绝缘层形成穿孔步骤150去除溶剂，形成导电栓柱步骤160形成第二导电层，由导电栓柱作为电性连接步骤210提供基材步骤220形成栅极于基材上步骤230形成绝缘层于基材与栅极上步骤240喷印溶液，蚀刻绝缘层形成穿孔步骤250去除溶剂，形成导电栓柱步骤260形成源极与漏极并覆盖半导体材料，由导电栓柱作为电性连接具体实施方式
本发明提出一种利用具有溶解绝缘材料能力的溶剂与导电微粒混合而成的溶液，将该溶液以喷液法喷印于欲作导电栓柱处，该溶液中溶剂将绝缘材料蚀穿，同时溶液干燥后所留下导电微粒形成一具导电性的栓柱，以上为同步自发蚀刻沉积法，以下简称SED法(spontaneously-etched deposition)。
请参考图11，其为本发明的以SED法制作一多层导线结构40的流程图，包含下列步骤步骤110，提供基材；步骤120，形成第一导电层于基材上；步骤130，形成绝缘层于第一导电层上；步骤140，喷印溶液，蚀刻绝缘层形成穿孔；步骤150，去除溶剂，形成导电栓柱；步骤160，形成第二导电层，由导电栓柱作为电性连接。
以下分别针对各个步骤详细说明。
首先是提供基材如图1所示，提供一硅半导体基材10。
形成第一导电层于基材上于此基材10上，使用银微粒(silver particles)金属线的水性溶液以热气泡式喷墨法(thermal bubble-jet printing)直接喷印出第一导电层12，再以230℃烘烤而成。
形成绝缘层于第一导电层上如图2所示，以photoacryl(感光压克力)有机溶液利用自旋涂布(spin coating)方式覆盖于第一导电层10上，再经过90～120℃5分钟的软烘烤(soft bake)而形成绝缘层20。其中绝缘层20为有机溶液所包含的有机固体材料所形成，其电阻率为第一导电层12的电阻率的10倍以上。
喷印溶液，蚀刻绝缘层形成穿孔如图3所示，以喷液法喷印由有机溶剂与导电材料混合而成的溶液30于绝缘层20的上表面来形成穿孔。其中有机溶剂为丙酮(acetone)和甲氧基苯(anisole)，其目的为蚀刻以photoacryl(感光压克力)有机溶液为材料而形成的绝缘层20，而导电材料则由直径不超过5微米的银微粒(Harima公司nano-paste Ag银微粒)混合而成。
去除溶剂，形成导电栓柱如图4所示，为已蚀穿绝缘材20的溶液30，经230℃1小时主烘烤后，由导电材料与绝缘层溶解后再固化的材料形成导电栓柱32。其中绝缘层20的电阻率为导电栓柱32的电阻率的10倍以上。
步骤160，形成第二导电层，由导电栓柱作为电性连接如图5所示，在绝缘层20及导电栓柱32的上方，使用银微粒(silver particles)金属线的水性溶液喷墨法喷印第二导电层14，完成一个两层的导线结构40，并由导电栓柱32作为上下导电层的电性连接。
请参考图12，其为本发明的以SED法制作一薄膜晶体管50的流程图，包含下列步骤步骤210，提供基材；步骤220，形成栅极于基材上；步骤230，形成绝缘层于基材与栅极上；步骤240，喷印溶液，蚀刻绝缘层形成穿孔；步骤250，去除溶剂，形成导电栓柱；步骤260，形成源极与漏极并覆盖半导体材料，由导电栓柱作为电性连接。
以下分别针对各个步骤详细说明。
首先是提供基材如图6所示，首先提供一硅半导体基材60。
形成栅极于基材上在基材60的表面形成栅极62，并作无电解电镀铬(electroless plating chrome，Cr)以提高栅极62的表面平整度。其中栅极为以四氯钯酸钠(sodium tetrachloro-palladate)的溶液喷印，采用四氯钯酸钠的目的是作为无电解电镀铬的触媒。
形成绝缘层于基材与栅极上如图7所示，再以photoacryl有机溶液利用自旋涂布法全面涂布于基材60与栅极62上，并作90～120℃5分钟的软烘烤而形成绝缘层70。绝缘层70的最佳厚度为6000～20000(1＝10-10m)。
喷印溶液，蚀刻绝缘层形成穿孔如图8所示，以喷液法喷印由有机溶剂与导电材料混合而成的溶液80于绝缘层70的上表面来形成穿孔，蚀刻终止于栅极62。其中有机溶剂为丙酮(acetone)和甲氧基苯(anisole)，其目的为蚀刻以photoacryl有机溶液为材料而形成的绝缘层70，而导电材料则由直径不超过5微米的银微粒(Harima公司nano-paste Ag银微粒)混合而成。
步骤250，去除溶剂，形成导电栓柱如图9所示，为已蚀穿绝缘材70的溶液80，经230℃1小时主烘烤后，由导电材料与绝缘层溶解后再固化的材料形成导电栓柱82。其中绝缘层70的电阻率为导电栓柱82的电阻率的10倍以上。
步骤260，形成源极与漏极并覆盖半导体材料，由导电栓柱作为电性连接如图10所示，最后制作源极64与漏极66，再沉积半导体材料90，完成一薄膜晶体管50，并由导电栓柱82作为栅极62与源极64及栅极62与漏极66的电性连接。
虽然本发明较佳实施例揭露如上，但其并非用以限定本发明的实施范围，任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当然可作适当的变动与修改，因此本发明的保护范围须以本发明的权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种形成导电栓柱的方法，其特征在于，包含如下步骤提供一基材；形成一第一导电层于该基材上；形成一绝缘层于该第一导电层上；以喷液法喷印一溶液于该绝缘层的上表面，该溶液具有一溶剂与一导电材料，由该溶剂蚀刻该绝缘层形成穿孔；去除该溶剂，由该导电材料沉积形成一导电栓柱；及形成一第二导电层于该绝缘层与该导电栓柱之上，由该导电栓柱形成该第一导电层与该第二导电层的电性连接。
2.根据权利要求1所述的形成导电栓柱的方法，其特征在于，该绝缘层为一有机绝缘层。
3.根据权利要求2所述的形成导电栓柱的方法，其特征在于，该有机绝缘层是通过覆盖一有机溶液于该第一导电层上，由该有机溶液所包含的有机固体材料所形成。
4.根据权利要求1所述的形成导电栓柱的方法，其特征在于，该绝缘层的电阻率为该第一导电层的电阻率的10倍以上。
5.根据权利要求1所述的形成导电栓柱的方法，其特征在于，该导电材料由直径小于或等于5微米的导电微粒混合而成。
6.根据权利要求1所述的形成导电栓柱的方法，其特征在于，在喷印该溶液于该绝缘层的上表面的步骤后，还包含一加热烘烤该溶液的步骤，使该溶液固化形成该导电栓柱。
7.根据权利要求6所述的形成导电栓柱的方法，其特征在于，该导电栓柱由该导电材料与该绝缘层溶解后再固化材料所形成。
8.根据权利要求7所述的形成导电栓柱的方法，其特征在于，该绝缘层的电阻率为该导电栓柱的电阻率的10倍以上。
9.一种形成导电栓柱的方法，其特征在于，包含如下步骤提供一基材；形成一栅极于该基材上；形成一绝缘层于该基材与该栅极上；以喷液法喷印一溶液于该绝缘层的上表面，该溶液具有一溶剂与一导电材料，由该溶剂蚀刻该绝缘层形成穿孔，该蚀刻终止于该栅极；去除该溶剂，由该导电材料沉积形成一导电栓柱；及形成一源极与一漏极并覆盖一半导体材料于该绝缘层之上，由该导电栓柱形成该栅极与该源极及该栅极与该漏极的电性连接。
10.根据权利要求9所述的形成导电栓柱的方法，其特征在于，形成一栅极于该基材上的步骤后，还包含一覆盖金属薄膜的步骤，以提高栅极的表面平整度。
11.根据权利要求9所述的形成导电栓柱的方法，其特征在于，该绝缘层为一有机绝缘层。
12.根据权利要求11所述的形成导电栓柱的方法，其特征在于，该有机绝缘层是通过覆盖一有机溶液于该基材与该栅极上，由该有机溶液所包含的有机固体材料所形成。
13.根据权利要求9所述的形成导电栓柱的方法，其特征在于，该导电材料由直径小于或等于5微米的导电微粒混合而成。
14.根据权利要求9所述的形成导电栓柱的方法，其特征在于，在喷印该溶液于该绝缘层的上表面的步骤后，还包含一加热烘烤该溶液的步骤，使该溶液固化形成该导电栓柱。
15.根据权利要求14所述的形成导电栓柱的方法，其特征在于，该导电栓柱由该导电材料与该绝缘层溶解后再固化材料所形成。
16.根据权利要求15所述的形成导电栓柱的方法，其特征在于，该绝缘层的电阻率为该导电栓柱的电阻率的10倍以上。
全文摘要
本发明公开了一种形成导电栓柱的方法，利用喷液法喷印具溶解绝缘材料能力的溶剂与导电材料的溶液形成导电栓柱，所获得的导电栓柱具有低电阻率的特性，能作为上下导体层的电性连接，而此制作方法可以同时达到沉积、图案化、蚀刻三个目的，明显简化制造过程。
文档编号H01L21/70GK1641842SQ20041000021
公开日2005年7月20日 申请日期2004年1月5日 优先权日2004年1月5日
发明者刘建宏, 杨明桓, 张惠珍, 陈俊融, 郑兆凯, 刘国辰 申请人:财团法人工业技术研究院