(57)【要約】  本発明は、所定の波長を有するレーザ光線を使用して、第１の材料の膜（１４）の区域（１６）をエッチングする方法に関する。前記区域（１６）は、少なくとも２つの材料（１０、１２）の表面上に堆積されている。この方法は、第１の材料の膜（１４）の上に第３の材料の膜（１８）を堆積するステップであって、第１の材料および第３の材料が、レーザ光線の印加時の第１の材料と前記少なくとも２つの第２の材料のそれぞれとの間の化学親和力を上回る化学親和力を、印加時に有している、ステップと、第１の材料の膜（１４）の区域（１６）の垂直方向に上方の第３の材料の膜（１８）の自由表面の区域に対してレーザ光線を印加するステップであって、レーザ光線のフルエンスが、前記区域（１６）の分離を引き起こすものである、ステップとから、構成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長を有するレーザ光線で第１の材料の層（１４）の領域（１６）をエッチングするための方法であって、前記領域（１６）は、少なくとも２つの第２の材料（１０、１２）の表面に堆積されている、方法において、
前記第１の材料の前記層（１４）の上に第３の材料の層（１８）を堆積するステップであって、前記第１の材料および前記第３の材料は、前記レーザ光線の印加時の前記第１の材料と前記少なくとも２つの第２の材料のそれぞれとの間の化学親和力を上回る化学親和力を、前記印加時に有している、ステップと、
第１の材料の前記層（１４）の前記領域（１６）の垂直方向に上方の第３の材料の前記層（１８）の自由表面の領域に対して前記レーザ光線を印加するステップであって、前記レーザ光線のフルエンスが、前記領域（１６）の分離を引き起こすものである、ステップと
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記レーザは、エキシマレーザであることを特徴とする、請求項１に記載のレーザ光線でエッチングするための方法。
【請求項３】
第３の材料の前記層（１８）の厚さが、１ナノメートル〜１マイクロメートルの範囲であることを特徴とする、請求項１または２に記載のレーザ光線でエッチングするための方法。
【請求項４】
第３の材料の前記層（１８）の性質および前記厚さが、前記レーザ光線の前記フルエンスに応じて、前記第１の材料の性質に応じて、および分離すべき前記第１の材料の前記領域（１６）の厚さに応じて、選択されることを特徴とする、請求項１、２、または３に記載のレーザ光線でエッチングするための方法。
【請求項５】
前記第１の材料は、有機半導体材料であり、前記第２の材料は、それぞれプラスチック材料および導電性材料であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のレーザ光線でエッチングするための方法。
【請求項６】
前記有機半導体材料は、フッ化材料であり、前記導電性材料は、金属または導電性ポリマーであり、前記第３の材料は、フッ化ポリマーであることを特徴とする、請求項５に記載のレーザ光線でエッチングするための方法。
【請求項７】
前記導電性材料は、金またはＰＤＯＴであることを特徴とする、請求項５または６に記載のレーザ光線でエッチングするための方法。
【請求項８】
前記第３の材料は、ＣＹＴＯＰ（登録商標）であり、および／または、前記第１の材料は、ＴＩＰＳであることを特徴とする、請求項５、６、または７に記載のレーザ光線でエッチングするための方法。
【請求項９】
前記第３の材料は、前記レーザ光線の印加時に前記第１の材料との間に１５ｋＪ．ｍｏｌ−１超の結合エンタルピーを有することを特徴とする、請求項５から８のいずれか一項に記載のレーザ光線でエッチングするための方法。
【請求項１０】
前記フッ化ポリマー層（１８）の前記厚さは、実質的に１００ナノメートルに等しく、
第１の材料の前記層（１４）の厚さが、実質的に１００ナノメートルに等しく、
前記導電性材料層の厚さが、実質的に３０ナノメートルに等しく、
前記レーザ光線の前記フルエンスは、５０ｍＪ／ｃｍ２未満であり、
前記レーザ光線による照射時間が、実質的に３０ナノ秒に等しい
ことを特徴とする、請求項８および９に記載のレーザ光線でエッチングするための方法。
【請求項１１】
前記第３の材料は、前記第１の材料よりも高い、前記レーザ光線の波長の吸収度を有することを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載のレーザ光線でエッチングするための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超小型電子構成要素製造方法において実施されるようなレーザエッチングの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザエッチングは、ある材料の表面に堆積された別の材料の層を除去するための公知の方法である。除去すべき材料層を照射することにより、電磁エネルギーが、その材料層の表面を加熱し、その後、この熱は、これらの２つの材料間の界面まで完全に伝播し、気泡が形成されるまでこの界面に貯蔵される。したがって、除去すべき材料層は、その材料層を支持する材料から分離する。
【０００３】
レーザから受けるフルエンス、照射時間、およびレーザ波長により、換言すれば表面出力、照射時間、およびレーザ波長により特徴づけられる、この分離に必要なエネルギーは、除去すべき材料層の特徴によって、およびこの層が上に堆積される材料の特徴によって決定される。したがって、レーザの特性は、それぞれの具体的なケースに対して適合化しなければならない。
【０００４】
ところで、しばしば、除去すべき材料層が、２つの異なる材料の上に堆積される。例えば、有機トランジスタの製造時には、金から通常作製される金属ドレイン電極および金属ソース電極が、プラスチック基板上に堆積され、その後、数百ナノメートルの厚さを有する有機半導体層が、堆積され、そのアセンブリを覆う。次いで、製造のこの段階において、これらの電極は、露出させることが必要となる。しかし、プラスチック基板上に堆積された半導体層の部分を分離するために選択されるフルエンスおよび照射時間でこの半導体層を照射することにより、金属電極も劣化し、またはプラスチック基板から金属電極が分離されてしまう。
【０００５】
したがって、例えば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）基板上に堆積された１００ナノメートルの半導体層を分離させるためには、７０ｍＪ／ｃｍ２の最小フルエンスが、２４５ナノメートルのレーザによる３０ナノ秒の照射に必要となる。この場合、かかる照射は、基板上に堆積された金のドレイン電極およびソース電極には適合しない。なぜならば、これらの電極は、フルエンスが５５ｍＪ／ｃｍ２超になり次第、劣化するからである。したがって、プラスチック基板上に堆積された半導体層の部分と、金属電極上に堆積された半導体層の部分との両方を、有機半導体層全体に対して印加される同一の照射により分離することは、不可能となる。したがって、通常は、この層は、化学処理により除去されるが、この化学処理は、残渣を残すという欠点を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、第２の材料の上に堆積された第１の材料を分離するために必要なレーザエネルギーを低減させ、とりわけ２つの異なる材料の上に堆積された材料の分離を可能にする、レーザエッチング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的のために、本発明は、所定の波長を有するレーザ光線で第１の材料の層の領域をエッチングするための方法であって、前記領域が、少なくとも２つの第２の材料の表面に堆積される、方法において、
−  第１の材料の層の上に第３の材料の層を堆積するステップであって、第１の材料および第３の材料が、レーザ光線の印加時の第１の材料と少なくとも２つの第２の材料のそれぞれとの間の化学親和力を上回る化学親和力を、前記印加時に有する、ステップと、
−  第１の材料の層の領域の垂直方向に上方の第３の材料の層の自由表面の領域に対してレーザ光線を印加するステップであって、前記レーザ光線のフルエンスが、前記領域の分離を引き起こすものである、ステップと
を含む、方法を対象とする。
【０００８】
換言すれば、第１の材料の層の第２の材料に対する結合よりもさらに強固に、第１の材料の層に対して結合する層を意図的に堆積することにより、第１の材料の層を分離するために必要な最小エネルギーが、より低くなることが確認された。
【０００９】
先述のように、ＰＥＮ層上に堆積された１００ナノメートルの半導体材料層を直接的に照射することによりこの半導体材料層を分離するためには、２４８ナノメートルレーザによる３０ナノ秒の照射に関して、少なくとも７０ｍＪ／ｃｍ２のフルエンスを供給することが必要となる。
【００１０】
本発明の一例としては、有機半導体材料層の上に３０ナノメートルのフッ化ポリマー層を堆積することにより、必要最小フルエンスは、５０ｍＪ／ｃｍ２にまで低下する。
【００１１】
一般的には、印加すべき最小エネルギーの低下は、第３の材料と第１の材料との間の結合が、第１の材料と第２の材料との間の結合よりも強固なものになり次第、認められる。
【００１２】
一実施形態によれば、レーザは、エキシマレーザである。
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、第３の材料の層の厚さは、１ナノメートル〜１マイクロメートルの範囲である。
【００１４】
本発明の一実施形態によれば、第３の材料の層の性質および厚さは、レーザ光線のフルエンスに応じて、第１の材料の性質に応じて、および分離すべき第１の材料の領域の厚さに応じて、選択される。
【００１５】
本発明の一実施形態によれば、第１の材料は、有機半導体材料であり、第２の材料は、それぞれプラスチック材料および導電性材料である。
【００１６】
特に、有機半導体材料は、フッ化材料であり、導電性材料は、金属または導電性ポリマーであり、第３の材料は、フッ化ポリマーである。
【００１７】
より具体的には、第３の材料は、ＣＹＴＯＰ（登録商標）であり、および／または、第１の材料は、ＴＩＰＳであり、および／または、第３の材料は、第１の材料との間に１５ｋＪ．ｍｏｌ−１超の結合エンタルピーを有する。さらに、フッ化ポリマー層の厚さは、実質的に１００ナノメートルに等しく、第１の材料の層の厚さは、実質的に１００ナノメートルに等しく、導電性材料層の厚さは、実質的に３０ナノメートルに等しく、レーザ光線のフルエンスは、５０ｍＪ／ｃｍ２未満であり、レーザ光線による照射時間は、実質的に３０ナノ秒に等しい。
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、第３の材料は、第１の材料よりも高い、レーザ光線波長の吸収度を有する。
【００１９】
本発明は、専ら例として提示され添付の図面に関連してなされる以下の説明を分析することにより、より良く理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】プラスチック基板上および金属電極上の両方に堆積された有機半導体層の除去に適用される、本発明によるレーザエッチング方法を図示する概略断面図である。
【図２】プラスチック基板上および金属電極上の両方に堆積された有機半導体層の除去に適用される、本発明によるレーザエッチング方法を図示する概略断面図である。
【図３】プラスチック基板上および金属電極上の両方に堆積された有機半導体層の除去に適用される、本発明によるレーザエッチング方法を図示する概略断面図である。
【図４】プラスチック基板上および金属電極上の両方に堆積された有機半導体層の除去に適用される、本発明によるレーザエッチング方法を図示する概略断面図である。
【図５】プラスチック基板上および金属電極上の両方に堆積された有機半導体層の除去に適用される、本発明によるレーザエッチング方法を図示する概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
例えばトランジスタ形成の残りの部分についてドレイン電極およびソース電極を露出させることが必要となる有機トランジスタの製造時の場合のように、プラスチック基板上に堆積された金属電極の頂部上におよび周囲に存在する有機半導体材料層を除去するのに有用な、本発明による方法の適用例を説明する。
【００２２】
したがって、図１は、有機トランジスタを製造するための方法の際に得られるスタックを断面図で概略的に示す。このスタックは、例えば金などから作製されたドレイン電極またはソース電極１２が上に堆積された、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）から作製された基板１０を備え、例えば、このアセンブリは、例えばＴＩＰＳ（プロピルシリルエチニルペンタセン）などのペンタセン族または例えばＴＦＢ（ジオクチルフルオレン−ブチルフェニル−ジフェニルアミン）タイプなどのアモルファスポリマーなどの、有機半導体材料層１４で覆われる。したがって、層１４は、プラスチック基板１０上および金属電極１２上の両方に堆積される。製造のこの段階において、層１４は、電極１２の頂部上および周囲の領域１６から除去されることが必要となる。
【００２３】
エキシマＵＶレーザ光線により半導体材料層１４の部分１６を除去するために、本発明による方法は、例えばフッ素化された、ポリマー層１８を、特に１，０００ナノメートル未満の厚さを有する旭硝子株式会社のＣＹＴＯＰ（登録商標）層を、層１４の上に堆積することから開始される（図２）。
【００２４】
フッ化ポリマー層１８は、ＵＶを、したがってレーザから生じる放射を吸収し、このフッ化ポリマー層１８の半導体材料層１４に対する結合は、例えば水素結合の場合には１５ｋＪ．ｍｏｌ−１超のエネルギーの結合エンタルピーなどの、高い結合エンタルピーを有する化学結合が生じることにより、非常に強固なものとなる。有利には、半導体材料１４および／または材料層１８は、フッ化ポリマーである。
【００２５】
特に、かかる高い結合エンタルピーにより、電極１２および基板１０に対する層１４の結合よりも、層１４に対する層１８の結合が、より強固なものとなる。
【００２６】
次いで、この方法は、以下で説明するように、続いて、金電極１２およびＰＥＮ基板１０の両方の上の層１４の分離に適したフルエンスにしたがい、および照射時間にしたがい、レーザ光線２０で半導体層１４の部分１６の照射を行う（図３）。マスク２１が、例えば、除去すべき部分１６に対応する層１８の部分を覆わずに、層１８の上に堆積され、レーザ光線２０は、フルプレート照射を行う。
【００２７】
次いで、入射電磁エネルギーが、金属電極１２と半導体材料層１４との間の界面２２に、および半導体材料層１４とプラスチック基板１０との間の界面２４に貯蔵され、これにより、気泡２６、２８、３０が、界面２２および２４に形成される（図４）。
【００２８】
気泡２６、２８、３０が臨界サイズに達すると、これらの気泡の上方の半導体材料は分離し、これにより、半導体材料の残渣を残すことなく、金属電極１２が露出される（図５）。次いで、マスク２１および／または層１８が、除去される。
【００２９】
１００ナノメートルの厚さを有する半導体材料層１４、３０ナノメートルの厚さを有する金属電極２２、および３０ナノ秒のレーザパルスを発生させる２４５ナノメートルの波長を有するレーザについては、
−  層１８の厚さが、１〜５０ナノメートルの範囲である場合には、３０〜４０ｍＪ．ｃｍ２の範囲の最小フルエンスが、金属電極１２およびプラスチック基板１０の両方から半導体層１４を分離するために必要となる。金属電極１２に対する損傷は、全く見られない。
−  層１８の厚さが、５０〜１００ナノメートルの範囲である場合には、４０〜５０ｍＪ．ｃｍ２の範囲の最小フルエンスが、金属電極１２およびプラスチック基板１０の両方から半導体層１４を分離するために必要となる。この場合にもやはり、金属電極１２に対する損傷は、全く見られない。
−  層１８の厚さが、１００ナノメートル超である場合には、５０〜７０ｍＪ．ｃｍ２の範囲の最小フルエンスが、金属電極１２およびプラスチック基板１０の両方から半導体層１４を分離するために必要となる。５５ｍＪ．ｃｍ２超のフルエンスの場合には、金属電極１２に対する幾分かの損傷が、観測され得る。
【００３０】
したがって、層１８の厚さは、１００ナノメートル未満になるように選択され、レーザ光線は、５０ｍＪ．ｃｍ２未満のフルエンスへと設定される。
【００３１】
このフルエンスの値は、フッ化ポリマー層１８が存在しないプラスチック基板１０上に堆積された半導体材料層の一部分の除去に必要な最小フルエンスである、７０ｍＪ．ｃｍ２に相当するものとなるはずである。
【００３２】
したがって、設計者は、金属電極１２に損傷を与えない値へとレーザフルエンスを調節するために、層１８に関する少なくとも２つのパラメータを、すなわち、
−  層１８と半導体層１４との間の結合の「強度」を規定する、層１８の材料の性質、および
−  層１４の分離を補助する振動性の作用強度をやはり上述のようにほぼ確実に調節する、層１８の厚さ
を有する点が、認められることになろう。
【００３３】
同等の結合に対して、最小フルエンスは、層１８によるレーザ放射の吸収が上昇するため、低下することが、既に認められている。
【００３４】
好ましくは、層１８の材料は、層１８の厚さによりフルエンスが調節されることにより、一方においては層１８および半導体材料層１４の結合と、他方においては層１４および層１４が上に堆積された他の材料の結合との間において、可能な限り最高の差異が得られるように、半導体材料層に対して可能な限り強固に結合するように選択される。実際に、層１４に対する層１８の結合がより強固になるほど、層１４を分離するために必要な最小フルエンスは、より低下する。したがって、利用可能なフルエンス範囲が、より大きくなる。
【００３５】
一般的には、分離に必要なエネルギーの低下は、より強固に結合する材料層が、１つまたは複数の材料の上に堆積された除去すべき層の上に堆積され次第、観測され得る。
【００３６】
例えば、上述の例は、有機半導体層に関するが、本発明は、例えばＳｉＯ２層、ＴｉＯ２層、またはＡｌ２Ｏ３層などの有機絶縁体層に関しても機能する。同様に、本発明は、例えばＮｉ、Ｃｕ、または導電性ポリマー（例えばＰＤＯＴ）から作製された電極などのように、金とは異なる別の導電性材料から形成された電極に関しても機能する。同様に、本発明は、例えばＰＥＴ（ポリエチレン−テレフタレート）またはＫａｆｔｏｎ（登録商標）（ポリイミドをベースとする）から作製された基板などの、ＰＥＮ以外の他のタイプのプラスチックから形成された基板に関しても機能する。
【００３７】
上述の実施形態は、２つの材料の上に堆積された層の除去に関するものである点に留意されたい。また、本発明は、例えば単一の材料の上に堆積された層を除去する場合にも適用され、およびプラスチック基板上に堆積された有機半導体材料層の場合に限定されない点を、理解されたい。実際に、適切な層１８を形成するということのみによって、分離に必要な最小エネルギーは低下し、これは、例えばレーザ設備および光学素子などに関して有利となり得る。
【００３８】
また、もたらされる異なる結合同士の間の関係は、照射前に確立される必要はない点に留意されたい。かかる関係は、例えば異なる材料間における結合の変更などにより、まさに照射中にその影響下で実現されてもよい。実際に、これらの関係は、分離時に確認されるべきものであり、照射の印加前にこれらの関係が確認されないことは、殆ど重要ではない。
【００３９】
同様に、除去すべき層の上に堆積される層の材料の性質および／またはその厚さは、例えば製造コストおよび製造制約などにより、若干の差異が得られるように選択されてもよい。この場合には、分離に必要な最小エネルギーは、より高くなり、それらの材料の内の一方の劣化が、ほぼ確実にもたらされる。しかし、使用されるエネルギーが、ごく僅かであっても低下するだけでも、かかる劣化は、このように最新技術において見受けられる劣化に比べて最小限に抑えられる。
【符号の説明】
【００４０】
１０  基板
１２  電極
１４  有機半導体材料層
１６  領域、部分
１８  材料層
２０  レーザ光線
２１  マスク
２２  界面
２４  界面
２６  気泡
２８  気泡
３０  気泡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2014508401.tif 000008
2014508401.tif 000009
2014508401.tif 000010
2014508401.tif 000011