一种使用金属保护层的图形化导电高分子薄膜的方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103762159 A (43)申请公布日 2014.04.30 CN 103762159 A (21)申请号 201410031994.3 (22)申请日 2014.01.23 H01L 21/02(2006.01) H01L 21/033(2006.01) G03F 7/00(2006.01) (71)申请人 上海交通大学 地址 200240 上海市闵行区东川路 800 号 (72)发明人 欧阳世宏 许鑫 朱大龙 王东平 谭特 谢应涛 石强 蔡述澄 方汉铿 (74)专利代理机构 上海旭诚知识产权代理有限 公司 31220 代理人 郑立 (54) 发明名称 一种使用

2、金属保护层的图形化导电高分子薄 膜的方法 (57) 摘要 一种使用金属保护层的图形化导电高分子薄 膜的方法， 包括导电高分子材料的基板表面涂敷， 形成导电高分子薄膜， 金属保护层沉积在导电高 分子薄膜表面形成金属薄膜， 光刻胶涂敷在金属 薄膜表面形成光刻胶薄膜 ； 对光刻胶薄膜进行烘 烤、 曝光和显影处理， 得到图形化光刻胶薄膜 ； 对 未被图形化光刻胶薄膜保护的金属薄膜进行刻蚀 处理， 得到图形化金属薄膜 ； 对未被图形化金属 薄膜保护的导电高分子薄膜进行刻蚀处理 ； 对图 形化光刻胶薄膜进行去胶处理 ； 去除图形化金属 薄膜， 得到图形化导电高分子薄膜。 本发明利用金 属保护层， 实现了与

3、传统曝光工艺兼容的图形化 方法， 完成了导电高分子材料的精细图形化工作， 有利于扩展导电高分子材料的应用领域。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103762159 A CN 103762159 A 1/1 页 2 1. 一种使用金属保护层的图形化导电高分子薄膜的方法， 其特征在于， 所述方法包 括 ： 步骤一， 使用导电高分子材料在基板表面制备导电高分子薄膜 ； 将所述金属保护层沉 积在所述导电高分子薄膜上， 形成所述金属薄膜 ；

4、 将光刻胶材料旋涂于所述金属薄膜上， 得 到光刻胶薄膜 ； 步骤二， 对所述光刻胶薄膜进行处理， 形成图形化光刻胶薄膜 ； 步骤三， 使用酸性金属刻蚀液刻蚀未被所述图形化光刻胶薄膜保护的所述金属薄膜， 得到图形化金属薄膜 ； 步骤四， 对未被所述图形化金属薄膜保护的所述导电高分子薄膜进行刻蚀处理 ； 步骤五， 去胶处理 ： 使用去胶液去除所述图形化光刻胶薄膜 ； 步骤六， 使用所述酸性金属刻蚀液刻蚀掉所述图形化金属薄膜， 得到图形化导电高分 子薄膜。 2. 如权利要求 1 所述的使用金属保护层的图形化导电高分子薄膜的方法， 其中， 所述 导电高分子材料包括一类分子长链上有交替存在的双键的高分子

5、材料。 3. 如权利要求 1 所述的使用金属保护层的图形化导电高分子薄膜的方法， 其中， 所述 步骤一中， 所述基板是薄金属板、 玻璃或塑料 ； 且所述导电高分子薄膜是通过气相沉积法或 溶液旋涂法制备的。 4. 如权利要求 1 所述的使用金属保护层的图形化导电高分子薄膜的方法， 其中， 所述 金属薄膜的厚度为 50nm-1m。 5. 如权利要求 1 所述的使用金属保护层的图形化导电高分子薄膜的方法， 其中， 在所 述步骤三和所述步骤六中， 所述酸性金属刻蚀液是与所述金属保护层的金属相对应的酸性 液体。 6. 如权利要求 1 所述的使用金属保护层的图形化导电高分子薄膜的方法， 其中， 所述 金属

6、保护层的金属选用金属银。 7. 如权利要求 6 所述的使用金属保护层的图形化导电高分子薄膜的方法， 其中， 所述 酸性金属刻蚀液是包括99.5%的醋酸、 85%的磷酸、 65%的硝酸和去离子水的混合酸性溶液。 8. 如权利要求 1 所述的使用金属保护层的图形化导电高分子薄膜的方法， 其中， 所述 金属保护层的金属选用金属铝。 9. 如权利要求 1 所述的使用金属保护层的图形化导电高分子薄膜的方法， 其中， 所述 步骤二中， 对所述光刻胶薄膜的处理包括 ： 预烘烤、 曝光、 后烘烤和显影。 10. 如权利要求 1 所述的使用金属保护层的图形化导电高分子薄膜的方法， 其中， 在所 述步骤四中， 对

7、所述导电高分子薄膜的刻蚀处理包括湿法刻蚀或干法刻蚀。 权 利 要 求 书 CN 103762159 A 2 1/4 页 3 一种使用金属保护层的图形化导电高分子薄膜的方法 技术领域 0001 本发明涉及半导体材料领域的图形化的导电高分子材料的图形化方法， 尤其涉及 一种使用金属保护层的图形化导电高分子薄膜的方法。 背景技术 0002 自上世纪七十年代， 高性能的导电高分子材料被发现以来， 受到了越来越多的关 注。 随着对导电高分子材料的深入研究， 其特性得到了不断的改进， 也被应用到越来越多的 领域。且由于导电高分子材料可以进行灵活的进行化学合成， 合成之后的导电高分子材料 具有独特的性质，

8、因此也产生了很多独特的应用。 在众多的导电高分子材料中， 聚噻吩类高 分子材料聚(3,4-二氧乙基噻吩)-聚苯乙烯磺酸 （PEDOT:PSS） ， 因其为水性溶剂， 易于加工 成膜， 且导电率可以达到 1000S/cm 的级别， 被广泛应用到众多的领域。例如使用在有机电 致发光器件领域， 用来增强电荷的注入特性 ； 应用在有机薄膜晶体管领域， 降低电极的接触 电阻 ； 替代传统的透明氧化铟锡材料， 作为透明电极材料应用于太阳能电池等。 0003 但是， 为了将导电高分子材料使用在电子器件中， 其薄膜的图形化是一项必 不可少的工艺过程。中国发明专利 CN201110106193.5 公开了一种使

9、用油墨保护部分 区域， 再涂敷导电高分子材料， 从而实现图形化。中国发明专利 CN201310152405.2 和 CN201080038144.6 公开了使用硅胶模具和压印技术实现导电高分子的图形化的方法。此 外， 图形化的导电高分子的方法还包括丝网印刷、 喷墨打印等等， 但是这些方法得到的图形 的精度有限。在中国发明专利 CN201180005211.9 中， 提出了通过改良传统的显影液， 使用 传统的图形化手段对导电高分子进行图形化。 这种图形化方法虽然降低了传统工艺对导电 高分子特性的影响， 但是导电高分子的性能仍旧有不小程度的恶化。 0004 因此， 本领域的技术人员致力于开发一种使

10、用金属保护层的图形化导电高分子薄 膜的方法。 发明内容 0005 有鉴于现有技术的上述缺陷， 本发明所要解决的技术问题是提供一种使用金属保 护层的图形化导电高分子薄膜的方法。该方法利用传统的光刻胶和传统的曝光图形化工 艺， 利用金属保护层实现对导电高分子材料的精细图形化工艺。 0006 为实现上述目的， 本发明提供了一种使用金属保护层的图形化导电高分子薄膜的 方法， 其特征在于， 所述方法包括 ： 0007 步骤一， 使用导电高分子材料在基板表面制备导电高分子薄膜 ； 将所述金属保护 层沉积在所述导电高分子薄膜上， 形成所述金属薄膜 ； 将光刻胶材料旋涂于所述金属薄膜 上， 得到光刻胶薄膜 ；

11、 0008 步骤二， 对所述光刻胶薄膜进行处理， 形成图形化光刻胶薄膜 ； 0009 步骤三， 使用酸性金属刻蚀液刻蚀未被所述图形化光刻胶薄膜保护的所述金属薄 膜， 得到图形化金属薄膜 ； 说 明 书 CN 103762159 A 3 2/4 页 4 0010 步骤四， 对未被图形化金属薄膜保护的所述导电高分子薄膜进行刻蚀处理 ； 0011 步骤五， 去胶处理 ： 使用去胶液去除所述图形化光刻胶薄膜 ； 0012 步骤六， 使用所述酸性金属刻蚀液刻蚀掉所述图形化金属薄膜， 得到图形化导电 高分子薄膜。 0013 进一步地， 所述导电高分子材料包括一类分子长链上有交替存在的双键的高分子 材料。这

12、种导电高分子材料可以通过适当手段以增强导电高分子材料的导电特性。例如， 导电高分子材料 PEDOT:PSS 可以通过高沸点溶液掺杂或浸泡等增强导电性， 这类高沸点的 溶液可以是二甲基亚砜 （DMSO） 、 乙二醇 （EG） 等。此外， 还可以通过对 PEDOT:PSS 薄膜进行 烘烤来增强其导电特性。 0014 进一步地， 所述步骤一中， 所述基板是薄金属板、 玻璃或塑料 ； 且所述导电高分子 薄膜是通过气相沉积法或溶液旋涂法制备的。 0015 进一步地， 所述金属薄膜的厚度为 50nm-1m。金属薄膜用于保护导电高分子薄 膜， 避免导电高分子薄膜与传统光刻工艺中各种材料的直接接触， 从而避免

13、了因光刻工艺 中材料引起的导电高分子性能的退化。 0016 进一步地， 在所述步骤三和所述步骤六中， 所述酸性金属刻蚀液是与所述金属保 护层的金属相对应的酸性液体。与金属保护层对应的酸性金属刻蚀液既能刻蚀掉金属薄 膜， 又不会对耐酸性的导电高分子材料特性产生恶性影响。 0017 在本发明的一个较佳实施例中， 所述金属保护层的金属选用金属银。 0018 进一步地， 所述酸性金属刻蚀液是99.5%的醋酸、 85%的磷酸、 65%的硝酸和去离子 水等组成的混合酸性溶液， 其体积比为 16:16:1:2。 0019 在本发明的另一个较佳实施例中， 所述金属保护层的金属选用金属铝。 0020 进一步地，

14、 所述步骤二中， 对所述光刻胶薄膜的处理包括 ： 预烘烤、 曝光、 后烘烤和 显影。 0021 进一步地， 在所述步骤四中， 对所述导电高分子薄膜的刻蚀处理包括湿法刻蚀或 干法刻蚀。 其中， 湿法刻蚀是采用能极大程度使导电高分子材料性能退化的碱性溶液， 或能 溶解或分解导电高分子材料的溶剂， 去除未被保护的导电高分子薄膜 ； 干法刻蚀是使用等 离子体刻蚀方法。 0022 本发明的使用金属保护层图形化导电高分子薄膜的方法， 利用传统的光刻胶材料 和传统的曝光图形化工艺， 在导电高分子薄膜的表面增加由金属保护层构成的金属薄膜， 避免了导电高分子材料和传统光刻工艺中各种材料的接触， 消除了因为光刻工

15、艺中的材料 所引起的导电高分子性能的退化。本发明的使用金属保护层图形化导电高分子薄膜的方 法， 利用金属保护层， 实现了与传统曝光工艺兼容的图形化方法， 完成了导电高分子材料的 精细图形化工作， 有利于扩展导电高分子材料的应用领域。 0023 以下将结合附图对本发明的构思、 具体结构及产生的技术效果作进一步说明， 以 充分地了解本发明的目的、 特征和效果。 附图说明 0024 图 1 是本发明的使用金属保护层的图形化导电高分子薄膜的方法中导电高分子 材料 PEDOT:PSS 的分子结构图 ； 说 明 书 CN 103762159 A 4 3/4 页 5 0025 图 2 是本发明的一种使用金属

16、保护层的图形化导电高分子薄膜的方法的工艺流 程图。 具体实施方式 0026 下面结合附图对本发明的实施例作详细说明， 本实施例在以本发明技术方案前提 下进行实施， 给出了详细的实施方式和具体的操作过程， 但本发明的保护范围不限于下述 的实施例。 0027 在本实施例中， 以常用的导电高分子材料 PEDOT:PSS 为例， 来详细说明本发明的 使用金属保护层的图形化导电高分子薄膜的方法， 其中， 金属保护层的金属选用金属银。 0028 导电高分子材料PEDOT:PSS是水溶性材料， 其分子结构式具体如图1所示。 为了提 高导电高分子材料PEDOT:PSS的导电性， 在PEDOT:PSS中添加少量

17、的二甲基亚砜 （DMSO） 、 乙 二醇 （EG） 等高沸点的溶剂可以提高PEDOT:PSS的导电率。 对于导电高分子材料PEDOT:PSS， 使用旋转涂敷法制备导电高分子薄膜。且在制备成导电高分子薄膜后， 使用相应溶剂浸泡 或加热处理其薄膜， 进一步提升该导电高分子薄膜的导电性。 0029 本发明的使用金属保护层的图形化导电高分子薄膜的方法， 具体如图 2 所示 ： 0030 步骤一， 制备导电高分子薄膜、 金属薄膜和光刻胶薄膜 ： 0031 首先， 清洁基板 1， 通过溶液旋涂， 将导电高分子材料 PEDOT:PSS 涂敷于基板 1 上， 得到导电高分子薄膜 2， 并对导电高分子薄膜 2

18、进行溶液浸泡或烘烤处理， 以提高导电性 能 ； 其中， 基板 1 可以为金属薄板、 玻璃、 塑料等 ； 0032 然后， 将金属保护层沉积于导电高分子薄膜 2 表面， 形成金属薄膜 3 ； 0033 最后， 将光刻胶材料旋涂于金属薄膜 3 上， 形成光刻胶薄膜 4 ； 光刻胶材料可以是 商用的正性或负性光刻胶材料， 在本实施例中， 选用安智公司的负性光刻胶 AZ2020。 0034 步骤二， 对光刻胶薄膜 4 进行处理， 形成图形化光刻胶薄膜 41 ： 0035 预烘烤 ： 去除涂抹在光刻胶薄膜 4 上的多余的溶剂成分 ； 0036 曝光 ： 使用曝光系统， 配合掩膜版， 对光刻胶薄膜 4 上

19、的特定区域进行曝光处理 ； 0037 后烘烤 ： 加速光刻胶中相关反应的进行， 抑制了曝光当中的驻波效应 ； 0038 显影 ： 使用显影液， 对曝光后的光刻胶薄膜 4 进行显影， 得到图形化光刻胶薄膜 31 ； 其中， 在本实施例中， 与安智公司的负性光刻胶 AZ2020 相对应， 显影液选用最常用的 2.38% 的 TMAH 溶液。 0039 步骤三， 使用酸性金属刻蚀液刻蚀未被图形化光刻胶薄膜 41 保护的金属薄膜 3， 得到图形化金属薄膜 31 ： 0040 本实施例中， 金属保护层的金属选用金属银， 因此选择与金属银对应的酸性刻蚀 液， 其为 99.5% 的醋酸、 85% 的磷酸、

20、65% 的硝酸和去离子水等组成的混合酸性溶液， 其体积 比为 16:16:1:2， 对银的刻蚀速率常温下约为 5nm/s。 0041 步骤四， 对未被图形化金属薄膜 31 保护的导电高分子薄膜 2 进行刻蚀处理 ： 0042 刻蚀处理一般采用湿法刻蚀、 干法刻蚀。 其中， 湿法刻蚀采用一些能使得导电高分 子特性急剧恶化的溶剂， 或能溶解或分解导电高分子材料的溶剂， 去除未被保护的导电高 分子薄膜。干法刻蚀利用等离子体刻蚀气体对未被保护的导电高分子薄膜进行去除。在本 实施例中， 采用氧等离子体进行干法刻蚀， 得到被图形化金属薄膜 31 保护的图形化导电高 说 明 书 CN 103762159 A

21、 5 4/4 页 6 分子薄膜 21。 0043 步骤五， 去胶处理 ： 0044 使用可以溶解光刻胶的有机溶剂， 即去胶液去除图形化光刻胶薄膜 41。在本实施 例中， 选用最常用的溶剂丙酮。 0045 步骤六， 使用酸性金属刻蚀液刻蚀掉图形化金属薄膜 31， 得到图形化导电高分子 薄膜 21 ： 0046 这里的酸性金属刻蚀液与步骤三中的酸性刻蚀液是一样的。 0047 以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解， 本领域的普通技术无需创 造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此， 凡本技术领域中技术人员 依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、 推理或者有限的实验可以得到的技术 方案， 皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。 说 明 书 CN 103762159 A 6 1/2 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103762159 A 7 2/2 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 103762159 A 8