DE10340641A1 - Production of a through-contact, especially an organic switch, for integrated plastic circuits comprises using a dispersion of a sulfonic acid derivative in an aqueous solvent mixture - Google Patents

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Abstract

Production of a through-contact (6), especially an organic switch, comprises using a dispersion of poly(3, 4-ethylenedioxythiophene)/poly(styrene sulfonic acid) in an aqueous solvent mixture.

Description

Integrated Plastic Circuits (IPCs) bestehen aus einer Vielzahl von miteinander verknüpften organischen Feldeffekt-Transistoren (OFETs). Bei der Herstellung solcher OFETs werden mehrere organische Schichten durch verschiedenartige Methoden wie Spin-Coating, Rakeln, Aufsprayen etc. übereinander aufgebracht. Ein OFET in Top-Gate-Konfiguration ist in 1 dargestellt. Auf einem Substrat 1 befinden sich Source- und Drain-Elektroden 2 und ein Halbleiter 3. Darüber ist ein Isolator als Gate-Dielektrikum angeordnet. Auf der dem Substrat gegenüber liegenden Seite befindet sich eine Gate-Elektrode 5.Integrated Plastic Circuits (IPCs) consist of a large number of interconnected organic field-effect transistors (OFETs). In the production of such OFETs, several organic layers are applied to one another by various methods such as spin coating, knife coating, spraying, etc. An OFET in top-gate configuration is in 1 shown. On a substrate 1 There are source and drain electrodes 2 and a semiconductor 3 , In addition, an insulator is arranged as a gate dielectric. On the opposite side of the substrate is a gate electrode 5 ,

Zur elektrischen Verknüpfung von zwei oder mehreren OFETs benötigt man elektrische Durchkontaktierungen, auch "vias" oder "vertical interconnects" genannt, um beispielsweise eine Verbindung von der Gate-Elektrode des einen Transistors zu der Source-Elektrode eines anderen Transistors zu erzeugen. Dies ist in 2 dargestellt. Dabei sind auf einem Substrat 1 zwei OFETs mit Source- und Drain-Elektroden 2, Halbleiter 3, einem Isolator 4 als Gate-Dielektrikum und Gate-Elektroden 5 aufgebracht. Die Gate-Elektrode 5 des ersten OFETs ist mit der Source-Elektrode 2 des zweiten OFETs über eine Verbindung 6 verbunden, die als "via" ausgebildet ist.Electrical connection of two or more OFETs requires electrical vias, also called "vias" or "vertical interconnects", for example to produce a connection from the gate electrode of one transistor to the source electrode of another transistor. This is in 2 shown. Doing so are on a substrate 1 two OFETs with source and drain electrodes 2 , Semiconductors 3 , an insulator 4 as a gate dielectric and gate electrodes 5 applied. The gate electrode 5 of the first OFET is connected to the source electrode 2 of the second OFET via a connection 6 connected, which is designed as "via".

Es hat sich gezeigt, dass die Erzeugung von derartigen "vias" zwischen zwei Ebenen, also durch das Gate-Dielektrikum hindurch, ein äußerst kritischer Schritt ist. Will man den OFET beispielsweise mit Hilfe von herkömmlicher Fotolithographie herstellen, so ergibt sich das Problem, dass die durchzuführenden Arbeitsschritte die organischen Schichten angreifen und diese somit unbrauchbar machen.It It has been shown that the generation of such "vias" between two levels, so through the gate dielectric is an extremely critical step. If you want the OFET, for example, with the help of conventional Making photolithography, so there is the problem that the to be performed Steps that attack organic layers and thus these to make something useless.

Konkret heißt das, dass die zum Aufbringen der Gate-Elektrode benötigten Lösungsmittel das Gate-Dielektrikum, also den darunter liegenden Isolator an- bzw. auflösen. So ist es beispielsweise nicht möglich, bei der Herstellung eines OFETs in der in 1 dargestellten Top-Gate-Konfiguration, eine Gate-Elektrode aus Polyanilin (PANI) in m-Cresol direkt auf einer Isolatorschicht aus beispielsweise Polystyrol oder PMMA aufzubringen, da das Lösungsmittel die Isolatorschicht komplett zerstört.In concrete terms, this means that the solvents required for applying the gate electrode to the gate dielectric, ie the underlying insulator or dissolve. For example, it is not possible in the manufacture of an OFET in the in 1 illustrated top-gate configuration, a polyaniline (PANI) gate in m-cresol directly on an insulator layer of, for example, polystyrene or PMMA apply because the solvent completely destroys the insulator layer.

In Gelinck G. H. et al.: „High-performance all-polymer integrated circuits", Appl. Phys. Lett. 2000, Seiten 1487 bis 1489 wird zur Lösung des Problems die Verwendung eines herkömmlichen Fotoresists als Gate-Dielektrikum (Isolator) vorgeschlagen, das mittels Fotolithographie strukturiert werden kann. Hierzu wird allerdings ein anderer OFET-Aufbau, das heißt eine so genannte Bottom-Gate-Konfiguration für unabdingbar gehalten. Diese ist in 3 dargestellt. Dabei sind auf einem Substrat 1 eine Gate-Elektrode 5 und ein Isolator 4 als Gate-Dielektrikum aufgebracht. Auf dem Isolator 4 sind dann Source- und Drain-Elektroden 2 und ein Halbleiter 3 angeordnet.In Gelinck GH et al .: "High-performance all-polymer integrated circuits", Appl. Phys. Lett. 2000, pages 1487 to 1489, the use of a conventional photoresist as a gate dielectric (insulator) is proposed to solve the problem However, a different OFET structure, ie a so-called bottom-gate configuration, is considered to be indispensable 3 shown. Doing so are on a substrate 1 a gate electrode 5 and an insulator 4 applied as a gate dielectric. On the insulator 4 are then source and drain electrodes 2 and a semiconductor 3 arranged.

Bei Erzeugen einer Top-Gate-Konfiguration gleicher Zusammensetzung würden sich hohe Kontaktwiderstände im Mega-Ohm-Bereich ergeben. Der Aufbau und die Arbeitsschritte zur Erstellung von OFETs mit Bottom-Gate-Konfiguration sind jedoch relativ komplex, was aus wirtschaftlichen Gründen unrentabel ist. Eine andere Möglichkeit, Durchkontakte zu erzeugen, wird in Druy C. J. et al.: „Low-cost all-polymer integrated circuits", Appl. Phys. Lett. 1998, Seiten 108 ff beschrieben, wobei hier die "vias" mechanisch durch das Einstechen von Nadeln erzeugt werden.at Generating a top-gate configuration of the same composition would high contact resistance in the mega-ohm range result. The structure and work steps for creating OFETs however, with bottom-gate configuration are relatively complex, resulting in economic reasons unprofitable is. Another possibility, Druy C.J. et al .: "Low-cost all-polymer integrated circuits ", Appl. Phys. Lett. 1998, pages 108 ff, where the "vias" mechanically by the piercing of needles are generated.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit der Herstellung von Durchkontaktierungen, insbesondere bei organischen Schaltungen wie etwa OFETs, anzugeben, die kostengünstig ist und sich mit dem herkömmlichen Aufbau von OFETs verträgt.From that the invention is based on the object, a possibility the production of vias, especially in organic Circuits such as OFETs, which is inexpensive and with the conventional design tolerated by OFETs.

Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindungen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These The object is achieved by those specified in the independent claims Inventions solved. Advantageous embodiments emerge from the dependent claims.

Dementsprechend wird in einem Verfahren zum Herstellen einer Durchkontaktierung, insbesondere in einer organischen Schaltung, eine Dispersion von PEDOT/PSS (Poly(3,4-Ethylendioxythiophen)/Poly(styrolsulfonsäure))in einem wässrigen Lösungsmittelgemisch verwendet.Accordingly is used in a method of making a via, in particular in an organic circuit, a dispersion of PEDOT / PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) / poly (styrenesulfonic acid)) in an aqueous solvent mixture uses.

Das wässrige Lösungsmittelgemisch enthält vorzugsweise Isopropanol.The aqueous Solvent mixture contains preferably Isopropanol.

Vorteilhaft wird die Dispersion auf einer organischen Isolatorschicht, insbesondere eines OFETs, aufgebracht.Advantageous the dispersion is deposited on an organic insulator layer, in particular an OFET, upset.

Besonders bevorzugt wird aus der Dispersion durch Spin-Coating, Rakeln, Aufsprayen etc. und nachfolgendes Entfernen der Lösungsmittel eine PEDOT/PSS-Schicht gebildet.Especially is preferred from the dispersion by spin coating, knife coating, Aufsprayen etc. and the following Remove the solvents formed a PEDOT / PSS layer.

Die PEDOT/PSS-Schicht kann mittels Fotolithographie strukturiert werden.The PEDOT / PSS layer can be patterned by photolithography.

Insbesondere wird PEDOT/PSS nicht nur als Schutzschicht verwendet, sondern so eingesetzt, dass die Durchkontaktierung, insbesondere ein "via" und/oder eine Gate-Elektrode daraus hergestellt werden.In particular, PEDOT / PSS is not only used as a protective layer, but used so that the via, in particular a "via" and / or a gate electrode made of who the.

Eine organische Schaltung enthält Durchkontaktierungen, die nach einem Verfahren der vorgenannten Art hergestellt sind. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltung ergeben sich aus vorteilhaften Ausgestaltungen des Verfahrens und umgekehrt.A contains organic circuit Vias made by a method of the aforementioned Art are made. Advantageous embodiments of the circuit arise from advantageous embodiments of the method and vice versa.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei zeigtFurther Advantages and features of the invention will become apparent from the description an embodiment based on the drawing. It shows

1 einen OFET in Top-Gate-Konfiguration; 1 an OFET in top-gate configuration;

2 zwei OFETs, die durch eine Verbindung mit einer Durchkontaktierung verbunden sind; 2 two OFETs connected by a connection to a via;

3 einen OFET in Bottom-Gate-Konfiguration; 3 an OFET in bottom-gate configuration;

4 ein Verfahren zum Herstellen einer Durchkontaktierung. 4 a method of making a via.

Durch das Aufschleudern einer Dispersion von PEDOT/PSS in Wasser/Isopropanol, beispielsweise "Baytron P" der Firma Bayer, wird eine homogene Schicht auf einem Isolatormaterial erzeugt. Diese Schicht bzw. der Vorgang zur Aufbringung derselben hat keinen negativen Einfluss auf die Isolatorschicht und kann demzufolge ohne Bedenken bei allen nicht wasser- und alkohollöslichen Isolatorpolymeren verwendet werden. Strukturiert man diese elektrisch leitfähige PEDOT/PSS-Schicht mittels herkömmlicher Fotolithographie, das heißt beispielsweise mit einem Positiv-Fotoresist, so kann man damit definierte Bereiche erzeugen, in denen der Isolator und auch der darunter befindliche Halbleiter präzise entfernt werden können. Bringt man darauf eine weitere dünne Schicht der PEDOT/PSS-Mischung auf, so werden nur an den dafür vorgesehenen Stellen elektrische Durchkontaktierungen zwischen dem Gate- und dem Source/Drain-Niveau geschaffen. Ein letzter Fotolithographieschritt erzeugt aus der bereits vorhandenen letzten PEDOT/PSS-Schicht definierte und elektrisch leitfähige Gate-Strukturen und Leiterbahnen.By centrifuging a dispersion of PEDOT / PSS in water / isopropanol, for example, "Baytron P "of the company Bayer, a homogeneous layer is produced on an insulator material. These Layer or the process for applying the same has no negative Influence on the insulator layer and can therefore without hesitation used in all non-water and alcohol soluble isolator polymers become. By structuring this electrically conductive PEDOT / PSS layer by means of conventional Photolithography, that is for example with a positive photoresist, so you can create so defined areas in which the insulator and Also, the underlying semiconductor can be removed precisely. bring put another thin on it Layer of the PEDOT / PSS mixture on, so only on the designated Make electrical vias between the gate and the source / drain level created. A final photolithography step is generated from the already existing last PEDOT / PSS layer defined and electrically conductive Gate structures and tracks.

PEDOT/PSS dient dabei als Schutzschicht für den darunter liegenden Isolator und auch als Gate-Elektrode. Durch die Verwendung von PEDOT/PSS in einem wässrigen Lösungsmittelgemisch wird die zuvor aufgebrachte Isolatorschicht nicht nachhaltig negativ beeinflusst. Mittels Fotolithographie auf der PEDOT/PSS-Schicht können damit definierte "vias" auch in solchen Isolatorpolymeren erzeugt werden, die aufgrund ihrer chemischen Struktur nicht vernetzt werden können. Dies sind beispielsweise Polystyrol, PMMA etc. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Verwendung des leitfähigen PEDOT/PSS als Schutzschicht für das Isolatorpolymer gleichzeitig die Gate-Elektrode erzeugt wird.PEDOT / PSS serves as a protective layer for the underlying insulator and also as a gate electrode. By the use of PEDOT / PSS in an aqueous solvent mixture is the previously applied insulator layer not sustainably negatively affected. Using photolithography on the PEDOT / PSS layer can thus defined "vias" also in such Isolatorpolymeren be generated, due to their chemical Structure can not be networked. These are, for example, polystyrene, PMMA etc. Another advantage is that by using the conductive PEDOT / PSS as a protective layer for the insulator polymer is simultaneously generated the gate electrode.

In 4 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Durchkontaktierung dargestellt. Auf einem PET-Substrat befinden sich strukturierte Elektroden 2 aus PEDOT/PSS unter einer halbleitenden Schicht 3 aus Poly(3-Hexylthiophen). Darauf ist flächig als Isolator 4 eine dünne Schicht aus Polystyrol aufgebracht, die als Gate-Dielektrikum dient und in der elektrische Durchkontaktierungen erzeugt werden sollen.In 4 a method of making a via is illustrated. On a PET substrate are structured electrodes 2 from PEDOT / PSS under a semiconducting layer 3 from poly (3-hexylthiophene). On it is flat as an insulator 4 applied a thin layer of polystyrene, which serves as a gate dielectric and are to be generated in the electrical vias.

In einem Schritt 100 wird auf diese Polystyrolschicht eine dünne Schicht Baytron P, also eine wässrige Dispersion von PEDOT/PSS der Firma Bayer, durch Spin-Coating aufgebracht. Nach einem Trocknungsschritt mit 80°C für 20 Minuten wird auf diese PEDOT/PSS-Schicht in Schritt 101 ein Positiv-Fotoresist 7 (AZ 1512) aufgeschleudert, der nach dem Trocknen durch eine Schattenmaske hindurch mit UV-Licht der Wellenlänge 360 nm bestrahlt wird.In one step 100 a thin layer of Baytron P, ie an aqueous dispersion of PEDOT / PSS from Bayer, is applied to this polystyrene layer by spin-coating. After a drying step at 80 ° C for 20 minutes, this PEDOT / PSS layer in step 101 a positive photoresist 7 (AZ 1512), which, after drying through a shadow mask, is irradiated with UV light of 360 nm wavelength.

An den vom Licht getroffenen Stellen ändert sich die Löslichkeit, so dass dort die Fotolackschicht 7 durch Spülen beispielsweise mit dem Entwickler MIF 726 entfernt wird. Die nun freiliegende PEDOT/PSS-Schicht wird zusammen mit der darunter befindlichen Isolatorschicht 4 durch kurzes Einlegen in eine wässrige Lösung von NaOH/Kaliumpermanganat und anschließendes Einlegen in ein Gemisch aus Isopropanol/Methylethylketon (MEK) in Schritt 102 entfernt.At the spots hit by the light, the solubility changes so that there the photoresist layer 7 is removed by rinsing, for example with the developer MIF 726. The now exposed PEDOT / PSS layer is joined together with the insulator layer underneath 4 by briefly placing it in an aqueous solution of NaOH / potassium permanganate and then placing it in a mixture of isopropanol / methyl ethyl ketone (MEK) in step 102 away.

Der nun folgende Schritt entfernt den verbliebenen Fotoresist durch großflächige UV-Bestrahlung, so genannte Flurbelichtung, und Spülen mit dem Entwickler MIF 726. Anschließend trägt man durch Spin-Coating in Schritt 103 eine dünne Schicht Baytron P auf, so dass die erzeugten Löcher mit leitfähigem Material gefüllt sind. Auf diese Weise ist eine elektrische Durchkontaktierung zwischen der Ebene der Source- /Drain-Elektroden und der Ebene der jetzt zu erzeugenden Gate-Elektrode hergestellt.The following step removes the remaining photoresist by large-area UV irradiation, so-called corridor exposure, and rinsing with the developer MIF 726. Subsequently, one carries by spin-coating in step 103 a thin layer of Baytron P on, so that the generated holes are filled with conductive material. In this way, an electrical via is established between the plane of the source / drain electrodes and the plane of the now-to-be-generated gate electrode.

Man schleudert in Schritt 104 eine Fotolack-Schicht durch Spin-Coating auf, die durch Fotolithographie, das heißt durch Belichten und Entwickeln, in Schritt 105 strukturiert wird. Anschließend wird zur Erzeugung der Gate-Elektroden und Leiterbahnen wieder mit wässrigem NaOH/Kaliumpermanganat geätzt und der restliche Fotolack in Schritt 106 durch Flurbelichtung und Spülen mit Entwickler entfernt. Durch dieses Vorgehen wird sowohl eine Gate-Elektrode 5 für den ersten OFET als auch eine Durchkontaktierung 6 von der Gate-Elektrode 5 zur Source-Elektrode 2 eines zweiten OFETs erzeugt.One hurls in step 104 a photoresist layer by spin-coating, by photolithography, that is, by exposure and development, in step 105 is structured. Subsequently, to generate the gate electrodes and conductor tracks, etching is again carried out with aqueous NaOH / potassium permanganate and the remaining photoresist in step 106 removed by floodlighting and rinsing with developer. This procedure becomes both a gate electrode 5 for the first OFET as well as a via 6 from the gate electrode 5 to the source electrode 2 of a second OFET.

Claims (8)

Verfahren zum Herstellen einer Durchkontaktierung (6), insbesondere einer organischen Schaltung, bei dem eine Dispersion von PEDOT/PSS in einem wässrigen Lösungsmittelgemisch verwendet wird.Method for producing a via ( 6 ), in particular an organic circuit, in which a dispersion of PEDOT / PSS is used in an aqueous solvent mixture. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das wässrige Lösungsmittelgemisch Isopropanol enthält.The method of claim 1, wherein the aqueous solvent mixture Contains isopropanol. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dispersion auf einem Isolator (4) aufgebracht wird.Method according to one of the preceding claims, in which the dispersion is deposited on an insulator ( 4 ) is applied. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine PEDOT/PSS-Schicht gebildet wird.Method according to one of the preceding claims, in a PEDOT / PSS layer is formed. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die PEDOT/PSS-Schicht mittels Fotolithographie strukturiert wird.The method of claim 4, wherein the PEDOT / PSS layer is structured by photolithography. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Durchkontaktierung (6) so hergestellt wird, dass sie PEDOT/PSS enthält.Method according to one of the preceding claims, in which the plated-through hole ( 6 ) is prepared to contain PEDOT / PSS. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Gate-Elektrode (5) aus PEDOT/PSS hergestellt wird.Method according to one of the preceding claims, in which a gate electrode ( 5 ) is made of PEDOT / PSS. Schaltung mit einer Durchkontaktierung (6), die nach einem Verfahren der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.Circuit with a via ( 6 ) produced by a method of the preceding claims.
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