WO2005006462A1 - Verfahren und vorrichtung zur strukturierung von organischen schichten - Google Patents

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WO2005006462A1
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organic
layer
carrier
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Jürgen FICKER
Walter Fix
Andreas Ullmann
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Polyic Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for structuring organic layers, and in particular the invention relates to a method for structuring organic layers, preferably insulator layers, in order to achieve plated-through holes in the structured organic layers.
  • Organic integrated circuits i.e. Circuits based on organic or polymeric electrical materials are suitable for the economical manufacture of electrical and electronic circuits in mass applications and disposable products, such as contactlessly readable identification and product (identification) transponders (radio frequency identification (RFID) transponder or tags) but also for high-quality products such as the control of organic displays.
  • identification identification and product
  • RFID radio frequency identification
  • Integrated circuits are typically made up of different functional layers. This means that conductor tracks are also routed in different layer levels. This problem is evident when, for example, contacting a gate electrode of a first organic field effect transistor (OFET) with the source electrode of a second organic field effect transistor (OFET) is considered.
  • OFET organic field effect transistor
  • at least one insulator layer must be structured between the layer plane of the gate electrode or the layer plane of the source / drain electrodes.
  • the use of conventional photolithography which was developed and is used to structure inorganic materials, is only possible to a very limited extent. The for the photo Substances and chemicals used in lithography usually attack the organic layers or dissolve the organic layers, so that the properties of layers are adversely affected or even destroyed. This happens in particular when spin coating, developing and detaching the photoresist used in photolithography.
  • An object of this invention is to provide a method which enables an organic layer of an organic circuit to be structured in a time-efficient and continuous or semi-continuous process.
  • Another object of this invention is to apply the method to the formation of vias in order to obtain a time-efficient and continuous or semi-continuous process for the formation of vias.
  • a method for structuring an unstructured organic layer is provided.
  • the method is advantageously suitable for structuring an insulator layer of organic circuits.
  • Structuring agents that have a predetermined temperature are pressed into the organic layer under a predetermined pressure (a pressing pressure).
  • the press-in process is suitable for structuring the organic layer permanently using the structuring agents.
  • the structuring agent is a layer-forming substance of the organic layer selected such that the organic layer is under the action of the structuring agent during the pressing permanently open.
  • the structuring agents are preferably pressed into the organic layer over a predetermined period of time.
  • the structuring means are preferably arranged on a flat carrier.
  • the carrier can advantageously be designed in the form of a plate with relief-like structures. The above structures of the relief-like structuring serve here as the structuring means for structuring the organic layer.
  • the structured organic layer preferably has depressions corresponding to the structuring agents.
  • the depressions are essentially continuous, i.e. the depressions are continuous up to a layer which is at least partially covered by the unstructured or finally structured organic layer and expose regions of this layer.
  • the depressions are suitable for forming vias in the depressions which have contacts to the exposed areas of the layer which is at least partially covered by the unstructured or finally structured organic layer.
  • An advantage of the solution according to the invention is that the structuring of the organic layer, in particular the organic insulator layer, takes place independently of its application. Typically, it must be ensured that an insulator layer in an integrated organic circuit is very thin ( ⁇ 500 nm) and defect-free. Methods and devices that could apply the insulator layer in a structured manner (eg printing techniques) do not lead to very thin and defect-free layers, so that only thick layers (> 1 ⁇ ) can be applied. On the other hand, unstructured layers can be applied very thinly and without defects. According to the invention, the layer application and layer structuring are carried out optimally in separate processes, the invention particularly relating to layer structuring. An additional advantage of the invention is that the structuring according to the invention does not require any solvents, which makes this process inexpensive and environmentally friendly.
  • Another advantage of the invention is the possibility of designing the method according to the invention in such a way that it can advantageously be integrated into a continuous or semi-continuous and fast manufacturing process.
  • a device for structuring organic layers is provided.
  • the device according to the invention is particularly suitable for structuring organic insulator layers of organic circuits.
  • the device is particularly suitable for structuring organic insulator layers of organic circuits.
  • Structuring means with predetermined dimensions. These structuring agents can be pressed into the organic layer at a predetermined temperature under a predetermined pressure. Pressing the structuring agent into the organic layer structures it permanently.
  • a layer-forming substance or layer-forming substances of the organic layer are preferably selected such that the organic layer is affected by the action of the structuring agents, i.e. opens permanently when the structuring agent is pressed in.
  • the structuring means are preferably arranged on a flat carrier.
  • the structuring means are arranged on a flat, flexible carrier, which in turn is arranged circumferentially on a roller-shaped carrier or base body.
  • Layer-bearing substrate by means of a conveyor synchronously with a peripheral speed of the roller-shaped Supported carrier or body.
  • a device preferably a mechanical device, to press the structuring means into the organic layer at the predetermined pressure.
  • the structuring means can be heated to the predetermined temperature by means of a device.
  • Another cost-effective element is a quick changeover of the carriers, since the production of the elevations on the carriers by means of standardized etching processes is a common process.
  • Another advantage of the invention is the possibility of designing the device according to the invention in such a way that it can advantageously be integrated into a continuous or semi-continuous and rapid manufacturing process.
  • the device according to the invention according to one embodiment of the invention is particularly suitable for carrying out the method according to the invention for structuring organic layers described in detail above.
  • organic materials is to be understood to mean all types of organic, organometallic and / or inorganic plastics, with the exception of the classic semiconductor materials based on germanium, silicon, etc.
  • organic material should also not be restricted to carbon-containing material, rather, materials such as silicones are also possible.
  • small molecules can also be used. It should also be understood within the scope of this invention that organic layers are obtained from these layer-forming materials or substances.
  • organic components which are composed of different functional components are distinguished by at least one organic functional component, in particular an organic layer.
  • FIG. 1 shows a first exemplary process step for the semi-continuous structuring of an organic layer of an organic circuit according to an embodiment of the invention
  • Fig. 2 is a second exemplary process step ei ⁇ ner according to embodiment of the invention
  • Fig. 3 is a third exemplary process step ei ⁇ ner according Ausfatu ⁇ gsform of the invention
  • 4 shows a fourth exemplary process step according to an embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows a device for " structuring an organic layer of an organic circuit according to an embodiment of the invention.
  • FIGS. 1 to 4 exemplify individual process steps for the semi-continuous structuring of an organic layer of an organic circuit according to an embodiment of the invention.
  • 1 shows a substrate 5 which carries a first layer 4 and a second layer 3.
  • the first layer 4 can be composed, for example, of metallic and / or organic layer parts.
  • the layer 4 can comprise organic and / or metallic conductor tracks, source or drain electrodes and organic semiconductor layers.
  • This layer 4 is covered by the second layer 3, which is in particular an insulator layer 3.
  • the substrate is advantageously an organic substrate, preferably a plastic film and in particular a polyester film.
  • the semiconductor layer is advantageously based on an organic semiconducting substance.
  • the semiconductor layer can in particular be made of one of the polymeric substances such as polyalkylthiophene, poly-di-hexyl-ter-
  • the insulator layer is advantageously an organic, electrically insulating insulator layer, such as, for example, polymethyl methacrylate (PMMA) or polyhydroxystyrene (PHS). Gold, polyaniline (PANI) or doped polyethylene (PEDOT) are suitable as organic conductive substances, in particular as conductor tracks.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PHS polyhydroxystyrene
  • PANI polyaniline
  • PEDOT doped polyethylene
  • a carrier plate or pressure plate 1 which has a multiplicity of projections 2.
  • the projections 2 are preferably cylindrical and advantageously have essentially the same dimensions.
  • the diameter of the projections 2 is, for example, in a range from 10 to 100 ⁇ and the height is, for example, a few micrometers.
  • Such a carrier or printing plate 1 with projections 2 can be produced, for example, by means of lithography and / or etching processes from an inorganic carrier plate, for example a copper plate.
  • the carrier plate is applied to the substrate 5 with a predetermined pressure for a predetermined period of time or the layer 3 arranged on top of the substrate 5 is pressed.
  • the layer-forming substance of the layer 3 draws back and this results in depressions 6 or holes 6, which essentially correspond in their positions and their dimensions to the positions and dimensions of the projections 2 on the carrier plate 1. That is, the organic layer 3 becomes corresponding. the design of the support plate 1 or the design and arrangement of the projections 1 exposed by the support plate 1 structured.
  • the carrier plate with projections 2 is preheated to a predetermined temperature before the pressing process.
  • the support plate 1 with projections 2 can be heated, for example, by electrical heating or by means of radiant heating.
  • Layer-bearing substrate 5 separated again after the predetermined period of time.
  • the depressions 6 and holes 6 formed by the projections in the layer 3 remain in the organic layer 3, so that the layer 3 is now structured.
  • a next layer can be applied, which can also be structured according to the application or production.
  • a further structured layer is illustrated in FIG. 4. 4, for example, a second conductor track level in the form of a conductive metallic or organic layer 7 is applied in a structured manner, which corresponds to the structured organic layer 3 with the
  • Layer 4 is electrically contacted by the depressions 6 formed.
  • This electrically conductive layer 7 can Example include gate electrodes for organic field effect transistors (OFETs).
  • the process steps described above, illustrated in accordance with FIGS. 1 to 3, for structuring an organic layer, in particular the organic layer 3, can be referred to as a semi-continuous method.
  • the structure-generating means is designed in the form of the carrier or printing plate 1, which can structure a predetermined surface of the organic layer in one printing or pressing process. An organic layer subsequently positioned under the carrier or pressure plate 1 can then be structured. •
  • FIG. 5 illustrates a device for structuring an organic layer of an organic circuit according to a preferred embodiment of the invention.
  • a roller 10 or a roller 10 is used as the structure-generating agent.
  • the surface of the roller is preferably provided with a flexible or flexible carrier or pressure plate 11 which, in analogy to the carrier or pressure plate 1 described above, also has projections 12 which serve to structure an organic layer 13. Accordingly, the manufacturing method described above can also be used for the carrier or printing plate 11. The dimensions of the projections 2 and the projections 12 also correspond.
  • the substrate 15 carrying the organic layer 13 is moved by means of a conveyor device in synchronism with the circumferential speed of the roller 10, so that the carrier carried by the roller NEN projections 12 of the pressure plate 11 structure the organic layer 13 analogously to the method described above.
  • the conveyor is a suitable mechanical device device, such as a counter-pressure roller 18, which is advantageously connected to a belt conveyor (not shown) for the synchronous conveyance of the substrate 15, so that the substrate 15 and consequently also the organic layer 13 in synchronism with a peripheral speed the roller 10 or the roller 10 provided with the pressure plate 11 is conveyed.
  • Another mechanical device can serve to enable, set and regulate the predetermined (contact) pressure.
  • This mechanical device can be provided both on the counter-pressure roller 18 and on the roller 10 and can be based, for example, on an adjustable spring element.
  • the Vo jumps 12 or the pressure plate 11 are heated by means of a heat source which, according to FIG. 5, can be in the form of a heat energy source which is emitted by radiation from
  • Energy distinguishes.
  • This can be, for example, an infrared energy source (a heating lamp 17). It is also possible to supply energy by means of direct electrical resistance heating. Of the surface of the pressure plate 11 or the projections 12 or of an energy source integrated into the roller. With this design, a fast and continuous process for the production of plated-through holes can be realized.
  • Heat and pressure are pressed by means of a relief-like (flexible) plate with elevations, referred to above as a carrier plate or pressure plate with projections, at the locations of the plated-through holes in organic layers, especially insulator layers.
  • the insulator layer opens at the points of contact, whereby depressions or holes are produced in the insulator layer.
  • a connection between two electrode levels can be made possible.
  • this can be used to connect transistors to one another as well as transistors to other components such as diodes, capacitors or coils. It is also possible to stack a plurality of layers of integrated organic circuits, which can be electrically connected to one another by an insulator separating layer with plated-through holes.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Strukturierung organischer Schichten. Gemäss einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Strukturieren einer unstrukturierten organischen Schicht bereitgestellt. Vorteilhafterweise eignet sich das Verfahren für eine Strukturierung von einer Isolatorschicht von organischen Schaltungen. Strukturierungsmittel, die eine vorbestimmte Temperatur aufweisen, werden unter einem vorbestimmten Druck (einen Pressdruck) in die organische Schicht eingepresst. Der Einpressvorgang ist geeignet, die organische Schicht durch die Strukturierungsmittel dauerhaft zu strukturieren.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Strukturierung von organischen Schichten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Strukturierung organischer Schichten und insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Strukturierung organischer Schichten, bevorzugt von Isolator- schichten, um Durchkontaktierungen in, den strukturierten organischen Schichten zu erzielen.
Organische integrierte Schaltkreise, d.h. Schaltungen, die auf organischen Werkstoffen bzw. polymeren elektrischen Werk- Stoffen basieren, eignen sich für eine wirtschaftliche Herstellung von elektrischen und elektronischen Schaltungen in Massenanwendungen und Wegwerf-Produkten, wie zum Beispiel kontaktlos auslesbare Identifikations- und Produkt- (Kennzeichnungs-) Transponder (radio frequency identification (RFID) Transponder bzw. Tags) aber ebenso für hochwertige Produkte wie zum Beispiel die Ansteuerung von organischen Displays .
Integrierte Schaltungen sind typischerweise aus verschiedenen funktionellen Schichten aufgebaut. Dies bedingt, dass ebenfalls Leiterbahnen in verschiedenen Schichtebenen geführt werden. Ersichtlich ist dieses Problem, wenn man zum Beispiel eine Kontaktierung einer Gate-Elektrode eines ersten organischen Feldeffekt-Transistors (OFET) mit der Source-Elektrode eines zweiten organischen Feldeffekt-Transistors (OFET) in Betracht zieht. Um eine derartige elektrische Verbindung zu realisieren, ist zumindest eine Isolatorschicht zwischen der Schichtebene der Gate-Elektrode bzw. der Schichtebene der Source-/Drain-Elekroden zu strukturieren. Die Verwendung von herkömmlicher Photolithographie, die zur Strukturierung von anorganischen Materialien entwickelt wurde und eingesetzt wird, ist nur sehr eingeschränkt möglich. Die für die Photo- lithographie verwendeten Substanzen und Chemikalien greifen üblicherweise die organischen Schichten an bzw. lösen die organischen Schichten, so dass die Eigenschaften von Schichten nachteilig beeinflusst werden oder gar zerstört werden. Dies geschieht insbesondere beim Aufschleudern, Entwickeln und Ablösen des bei der Photolithographie verwendeten Photolacks.
Ein weiteres technisches Problem, das ebenfalls mit Durchkontaktierungen gelöst wird, ist die vertikale Integration mehrerer Lagen von integrierten organischen Schaltungen. Im Gegensatz zu anorganischen integrierten Schaltungen, welche die Oberfläche eines Einkristall als Substrat benötigen, ist bei organischen Schaltungen kein spezielles Substrat nötig, d.h. Schaltungsebenen können gestapelt und mit Durch- kontaktierungen elektrisch verbunden werden. Um eine vertikale Integration dieser Art zu erhalten, ist jedoch zumindest eine trennende Schicht wie zum Beispiel eine Isolatorschicht zwischen den Schaltungsebenen erforderlich. Die Durch- kontaktierung durch eben solche Schichten leiden ebenfalls an dem vorstehend beschriebenen Problem.
In Applied Physics Letters 2000, Seite 1478 ff. (G.H. Gelinck et al.) wird zur Lösung dieses Problems vorgeschlagen, nie- derohmige Durchkontaktierungen mittels Photostrukturierung von Photoresistmaterial in die Feldeffekt-Trans'istorstruktur einzubringen. Hierzu wird ein anderer Aufbau der organischen Feldeffekt-Transistoren, die sogenannte "Bottom-Gate" Struktur als zwingend angesehen. Bei Erzeugen einer "Top-Gate" Struktur ist dieses Verfahren nicht anwendbar, da Durch- kontaktierungen inakzeptable hohe Widerstände im Bereich von einigen MΩ aufweisen würden. Ferner beschreiben G.H. Gelinck et al. eine komplexe hybride Schaltung, d.h. eine Schaltung, die auf organischen Feldeffekt-Transistoren und anorganischen (klassische) Dioden aufbaut. Die hybride Struktur mit "Bot- tom-Gate" Transistoren ist für komplexe Schaltungen wirtschaftlich nicht einsetzbar. Dieses Verfahren ist nur im Rahmen der Entwicklung und Forschung praktikabel, da es nicht an die Erfordernisse eines schnellen und kontinuierlichen Herstellungsprozesses im Rahmen einer Serienproduktion adaptierbar ist.
Eine Aufgabe dieser Erfindung ist, ein Verfahren bereitzustellen, das ermöglicht, eine organische Schicht einer organischen Schaltung in einem zeit-effizienten und kontinuierlichen bzw. semi-kontinuierlichen Prozess zu strukturieren.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist, das Verfahren auf die Bildung von Durchkontaktierungen anzuwenden, um einen zeit-effizienten und kontinuierlichen bzw. semikontinuierlichen Prozess für die Bildung von Durchkontaktierungen zu erhalten.
Die Aufgaben werden durch die unabhängigen Ansprüche 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen von Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Strukturieren einer unstrukturierten organischen Schicht bereitgestellt. Vorteilhafterweise eignet sich das Verfahren für eine Strukturierung von einer Isolatorschicht von organischen Schaltungen. Strukturierungsmittel, die eine vorbe- stiinmte Temperatur aufweisen, werden unter einem vorbestimmten Druck (einem Pressdruck) in die organische Schicht eingepresst. Der Einpressvorgang ist geeignet, die organische Schicht durch die Strukturierungsmittel dauerhaft zu strukturieren.
Erfindungsgemäß' ist eine Schicht-bildende Substanz der organischen Schicht derart gewählt, dass sich die organische Schicht unter Einwirken der Strukturierungsmittel während des Einpressens dauerhaft öffnet. Bevorzugt werden die Struktu- rierungsmittel über eine vo'rbestimmte Zeitperiode in die organische Schicht eingepresst. Ferner sind die Strukturierungsmittel bevorzugt auf einem flächigen Träger angeordnet. Der Träger kann vorteilhafterweise plattenförmig mit reliefartigen Strukturierungen ausgeführt sein. Die vorstehenden Strukturen der reliefartigen Strukturierungen dienen hierbei als die Strukturierungsmittel zur Strukturierung der organischen Schicht.
Die strukturierte organische Schicht weist bevorzugt Vertiefungen entsprechend den Strukturierungsmitteln auf. Insbeson- dere sind die Vertiefungen im wesentlichen durchgängig, d.h. die Vertiefungen sind durchgängig bis zu einer Schicht, die von der unstrukturierten bzw. abschließend strukturierten organischen Schicht zumindest teilweise bedeckt wird und legen Bereiche dieser Schicht frei. Die Vertiefungen eignen sich erfindungsgemäß, um Durchkontaktierungen in den Vertiefungen zu bilden, die Kontakte zu den freigelegten Bereichen der Schicht aufweisen, die von der unstrukturierten bzw. abschließend strukturierten organischen Schicht zumindest teilweise bedeckt wird.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, dass die Strukturierung der organischen Schicht, insbesondere der organischen Isolatorschicht, unabhängig von deren Aufbringung erfolgt. Typischerweise ist sicherzustellen, dass eine Isola- torschicht in einer integrierten organischen Schaltung sehr dünn (< 500 nm) und defektfrei ausgebildet ist. Verfahren und Vorrichtungen, welche die Isolatorschicht strukturiert aufbringen könnten (z.B. Drucktechniken) führen nicht zu sehr dünnen und defektfreien Schichten, es können damit nur dicke Schichten (> 1 μ ) aufgebracht werden. Andererseits können unstrukturierte Schichten sehr dünn und defektfrei aufgebracht werden. Erfindungsgemäß werden die Schichtaufbringung und Schichtstrukturierung in getrennten Prozessen optimiert durchgeführt, wobei die Erfindung im speziellen die Schicht- strukturierung betrifft. Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die e findungsgemäße Strukturierung keinerlei Lösungsmittel benötigt, was dieses Verfahren kostengünstig und umweltfreundlich macht .
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Möglichkeit, das erfindungsgemäße Verfahren derart auszugestalten, dass dieses in einen kontinuierlichen bzw. semi-kontinuierlichen und schnellen Herstellungsprozess vorteilhaft integrierbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Strukturieren von organischen Schichten bereitgestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere geeignet, um organische Isolatorschichten von organischen Schaltungen zu strukturieren. Hierzu weist die Vorrichtung
Strukturierungsmittel mit vorbestimmten Abmessungen auf. Diese Strukturierungsmittel sind mit einer vorbestimmten Temperatur unter einem vorbestimmten Druck in die organische Schicht einpressbar. Durch Einpressen der Strukturierungs- mittel in die organische Schicht wird diese dauerhaft strukturiert .
Bevorzugt ist eine Schicht-bildende Substanz bzw. sind Schicht-bildende Substanzen der organischen Schicht derart gewählt, dass sich die organische Schicht unter Einwirken der Strukturierungsmittel, d.h. bei Einpressen der Strukturierungsmittel dauerhaft öffnet.
Ferner sind die Strukturierungsmittel bevorzugt auf einem flächigen Träger angeordnet. Alternativ sind die Strukturierungsmittel auf einem flächigen, flexiblen Träger angeordnet sind, der wiederum auf einem walzenförmigen Trag bzw. Grundkörper umfänglich angeordnet ist.
Vorteilhafterweise wird die organische Schicht bzw. das
Schicht-tragende Substrat mittels einer Fördereinrichtung synchron mit einer Umfangsgeschwindigkeit 'des walzenförmigen Trägers bzw. Grundköpers gefördert. Weiterhin vorteilhafterweise •ermöglicht eine Einrichtung, bevorzugt eine mechanische Einrichtung die Strukturierungsmittel mit dem vorbestimmten Druck in die organische Schicht einzupressen. Zusätzlich kön- nen die Strukturierungsmittel mittels einer Einrichtung auf die vorbestimmte Temperatur erwärmt werden.
Insbesondere stellt die Verwendung von flexiblen bzw. biegsamen Trägern mit Strukturierungsmitteln, ähnlich wie sie in der Druckindustrie für Hochdruckverfahren verwendet werden, einen bedeutenden Vorteil der Vorrichtung dar. Diese biegsamen Träger können auf Walzen bzw. Rollen montiert werden, um damit das vorstehend ausgeführte Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung z.B. in eine Rollendruckmaschine zu integrieren.
Ein weiteres kostengünstiges Element ist eine schnelle Umrüstbarkeit der Träger, da das Erzeugen der Erhöhungen auf den Trägern durch standardisierte Ätzverfahren einen üblichen Prozess darstellt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Möglichkeit, die er indungsgemäße Vorrichtung derart auszugestalten, dass diese in einen kontinuierlichen bzw. semi-kontinuierlichen und schnellen Herstellungsprozess vorteilhaft integrierbar ist. *
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eignet sich insbesondere dazu, das vorstehend detailliert beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zur Strukturierung von organischen Schichten durchzuführen.
Unter dem Begriff "organische Materialien" sollen alle Arten von organischen, metallorganischen und/oder anorganischen Kunststoffen unter Ausnahme der klassischen auf Germanium, Silizium usw. basierenden Halbleitermaterialien verstanden werden. Ferner soll der Begriff "organisches Material" ebenfalls nicht auf kohlenstoffhaltiges Material beschränkt sein, vielmehr sind ebenfalls Materialien wie Silicone möglich. Weiterhin sind neben polymeren und oligomeren Substanzen e- benso "small molecules" verwendbar. Es soll ebenfalls im Rahmen dieser Erfindung verstanden werden, dass organische Schichten aus diesen Schicht-bildenden Materialien bzw. Substanzen erhalten werden. Weiterhin zeichnen sich organische Bauelemente, die aus verschiedenen funktionellen Komponenten zusammengesetzt sind, im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung durch zumindest eine organische funktionelle Ko po- nente, insbesondere eine organische Schicht aus.
Einzelheiten und bevorzugte Ausführungsformen des erfindungs¬ gemäßen Gegenstands ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie den Zeichnungen, anhand deren im folgenden Ausfüh- rungsbeispiele detailliert erläutert werden, so dass der er¬ findungsgemäße Gegenstand klar ersichtlich wird. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen ersten beispielhaften Prozessschritt zur semi- kontinuierlichen Strukturierung einer organischen Schicht einer organischen Schaltung gemäß einer Aus¬ führungsform der Erfindung; Fig. 2 einen zweiten beispielhaften Prozessschritt gemäß ei¬ ner Ausführungsform der Erfindung; Fig. 3 einen dritten beispielhaften Prozessschritt gemäß ei¬ ner Ausführuήgsform der Erfindung; Fig. 4 einen vierte beispielhaften Prozessschritt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und Fig. 5 eine Vorrichtung zur" Strukturierung einer organischen Schicht einer organischen Schaltung gemäß einer Aus¬ führungsform der Erfindung.
In den Figuren 1 bis 4 sind einzelne Prozessschritte zur semi-kontinuierlichen Strukturierung einer organischen Schicht einer organischen Schaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung exemplarisch dargestellt. In Fig. 1 ist ein Substrat 5 dargestellt, das eine erste Schicht 4 und eine zweite Schicht 3 trägt. Die erste Schicht 4 kann beispielsweise aus metallischen und/oder organischen Schichtteilen zusammengesetzt sein. Insbesondere kann die Schicht 4 organische und/oder metallische Leiterbahnen, Sour- ce- bzw. Drain-Elekroden und organische Halbleiterschichten umfassen. Diese Schicht 4 ist durch die zweite Schicht 3 bedeckt, die insbesondere eine Isolatorschicht 3 ist.
Das Substrat ist vorteilhafterweise ein organisches Substrat, bevorzugt eine Kunststofffolie und insbesondere eine Polyesterfolie. Die Halbleiterschicht basiert vorteilhafterweise auf einer organischen halbleitenden Substanz. Die Halbleiterschicht kann insbesondere aus einem der polymeren Substanzen wie zum Beispiel Polyalkylthiophen, Poly-Di-Hexyl-Ter-
Thiophen (PDHTT) und Polyfluoren-Derivaten gebildet sein. Vorteilhafterweise ist die Isolatorschicht eine organische elektrisch isolierende Isolatorschicht, wie zum Beispiel Po- lymethylmetacrylat (PMMA) oder Polyhydroxystryrol (PHS) . Als organische leitfähige Substanzen, insbesondere als Leiterbahnen, kommen Gold, Polyanilin (PANI) oder dotiertes Polyethy- len (PEDOT) in Frage.
Ferner ist in Fig. 1 eine Träger- bzw. Druckplatte 1 darge- stellt, die eine Vielzahl an Vorsprüngen 2 aufweist. Die Vorsprünge 2 sind bevorzugt zylinderförmig ausgebildet und weisen vorteilhafterweise im wesentlichen gleiche Abmessungen auf. Der Durchmesser der Vorsprünge 2 liegt zum Beispiel in einem Bereich von 10 bis 100 μ und die Höhe liegt ferner beispielsweise von einigen wenigen Mirkometer. Solch eine Träger- bzw. Druckplatte 1 mit Vorsprüngen 2 kann zum Beispiel mittels Lithographie und/oder Ätzprozesse aus einer anorganischen Trägerplatte, zum Beispiel einer Kupferplatte, hergestellt werden.
Gemäß Fig. 2 wird die Trägerplatte für eine vorbestimmte Zeitdauer mit einem vorbesti cαten Druck auf das Substrat 5 bzw. die zu oberst auf dem Substrat 5 angeordnete Schicht 3 gepresst. An den Berührungspunkten zeihen sich die Schichtbildende Substanz der Schicht 3 zurück und es entstehen dadurch Vertiefungen 6 bzw. Löcher 6, die im wesentlichen in ihren Positionen und ihren Abmessungen den Positionen und Abmessungen der Vorsprünge 2 auf der Trägerplatte 1 entsprechen. Das heißt, die organische Schicht 3 wird entsprechend . der Gestaltung der Trägerplatte 1 bzw. der Gestaltung und Anordnung der von der Trägerplatte 1 exponierten Vorspränge 1 strukturiert.
Um das Bilden der Vertiefungen 6 unter dem vorbestimmten Druck während einer vorbestimmten Zeitdauer zu gewährleisten, wird die Trägerplatte mit Vorsprüngen 2 vor dem Pressvorgang auf eine vorbestimmte Temperatur vorgewärmt. Die Erwärmung der Trägerplatte 1 mit Vorsprüngen 2 kann zum Beispiel durch elektrische Erwärmung oder mittels Strahlungserwärmung erfolgen.
Wie in Fig. 3 gezeigt, werden die Trägerplatte und das
Schichten tragende Substrat 5 nach der vorbestimmten Zeitdauer wieder voneinander getrennt. In der organischen Schicht 3 verbleiben die durch die Vorsprünge in der Schicht 3 gebildeten Vertiefungen 6 und Löcher 6, so dass die Schicht 3 nun strukturiert vorliegt.
Anschließend an die Strukturierung der Schicht 3 können nun weitere Herstellungsprozess-Schritte erfolgen. So kann zum Beispiel eine nächste Schicht aufgebracht werden, die ferner anwendungs- bzw. herstellungsspezifisch strukturiert werden kann. In Fig. 4 ist eine solche weitere strukturierte Schicht illustriert. Gemäß Fig. 4 wird zum Beispiel eine zweite Leiterbahnebene in Form einer leitfähigen metallischen oder organischen Schicht 7 strukturiert aufgebracht, die entspre- chend der strukturierten organischen Schicht 3 mit der
Schicht 4 durch die gebildeten Vertiefungen 6 elektrisch kontaktiert ist. Diese elektrisch leitfähige Schicht 7 kann zum Beispiel Gate-Elektroden für organische Feldeffekt- Transistoren (OFETs) einschließen.
Die vorstehend beschriebenen Prozessschritte, illustriert ge- maß Fig. 1 bis Fig. 3, zur Strukturierung einer organischen Schicht, insbesondere der organischen Schicht 3, kann als se- mi-kontinuierliches Verfahren bezeichnet werden. Das Struk- tur-erzeugende Mittel ist in Form der Träger- bzw. Druckplatte 1 ausgeführt, das eine vprbestimmte Fläche der organischen Schicht in einem Druck- bzw. Pressvorgang strukturieren kann. Anschließend kann eine nachfolgend unter der Träger- bzw. Druckplatte 1 positionierte organischen Schicht strukturiert werden. •
Fig. 5 illustriert eine Vorrichtung zur Strukturierung einer organischen Schicht einer organischen Schaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Als Struktur-erzeugendes Mittel kommt eine Walze 10 bzw. eine Rolle 10 zum Einsatz. Die Oberfläche der Walze ist bevorzugt mit einer biegsamen oder flexiblen Träger- bzw. Druckplatte 11 versehen, die in Analogie mit vorstehend beschriebener Träger- bzw. Druckplatte 1 ebenfalls Vorsprünge 12 aufweist, die zur Strukturierung einer organischen Schicht 13 dienen. Entsprechend kann das vorstehend beschriebene Herstellungsverfahren ebenfalls für die Träger- bzw. Druckplatte 11 verwendet werden. Ebenso entsprechen sich die Abmessungen der Vorsprünge 2 bzw. der Vorsprünge 12.
Um die von der Walze 10 getragene Struktur der Druckplatte 11 auf die organische Schicht 13 zu übertragen, wird das die organische Schicht 13 tragende Substrat 15 mittels einer Fördereinrichtung umfangs-synchron mit der Umfangsgeschwindigkeit der Walze 10 bewegt, so dass die von der Walze getrage- nen Vorsprünge 12 der Druckplatte 11 die organische Schicht 13 analog zu dem vorbeschriebenen Verfahren strukturieren.. Die Fördereinrichtung ist eine geeignete mechanische Einrich- tung, wie zum Beispiel eine Gegendruck-Walze 18, die vorteilhafterweise mit einer Band-Fördereinrichtung (nicht gezeigt) zur synchronen Förderung des Substrats 15 in Verbindung steht, so dass das Substrat 15 und folglich ebenso die orga- nische Schicht 13 synchron mit einer Umfangsgeschwindigkeit der Walze 10 bzw. der mit der Druckplatte 11 versehenen Walze 10 gefördert wird. Eine weitere mechanische Einrichtung (nicht gezeigt) kann dazu dienen, den vorbestimmten (Anpress- ) Druck zu ermöglichen, einzustellen und zu regeln. Diese me- chanische Einrichtung kann sowohl an der Gegendruck-Walze 18 als auch an der Walze 10 vprgesehen sein und zum Beispiel auf einem einstellbaren Federelement basieren. Eine Erwärmung der Vo Sprünge 12 bzw. der Druckplatte 11 erfolgt mittels einer Wärmequelle, die gemäß Fig. 5 in Form einer Wärmeenergie- Quelle ausgeführt sein kann, die sich durch Abstrahlung von
Energie auszeichnet. Hierbei kann es sich zum Beispiel um eine Infrarot-Energiequelle (eine Heizlampe 17) handeln. Ebenso ist eine Energiezufuhr mittels einer direkten elektrischen Widerstandsheizung .der Oberfläche der Druckplatte 11 bzw. der Vorsprünge 12 oder eine in die Walze integrierte Energiequelle möglich. Mit dieser Ausführung ist ein schneller und kontinuierlicher Prozess zur Herstellung von Durchkontaktierungen realisierbar.
Zusammenfassend werden Durchkontaktierungen mit Hilfe von
Wärme und Druck mittels einer reliefartigen (flexiblen) Platte mit Erhöhungen, vorstehend als Träger- bzw. Druckplatte mit Vorsprüngen benannt, an den Stellen der Durchkontaktierungen in organische Schichten, insbesondere Isola- torschichten gepresst. Dabei öffnet sich die Isolatorschicht an den Berührungspunkten, wodurch Vertiefungen bzw. Löcher in der Isolatorschicht erzeugt werden. In einem nachfolgenden Schritt, zum Beispiel ein Aufbringen der nächsten Elektrodenschicht, kann eine Verbindung zweier Elektrodenebenen er ög- licht werden. Damit lassen sich in einer integrierten organischen Schaltung beispielsweise sowohl Transistoren miteinander verbinden als auch Transistoren mit anderen Bauelementen wie Dioden, Kondensatoren oder Spulen. Ebenfalls ist eine Stapelung mehrerer Lagen integrierter organischer Schaltungen realisierbar, die durch eine Isolatortrennschicht mit Durchkontaktierungen elektrische miteinander verbindbar sind.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Strukturieren einer unstrukturierten organischen Schicht (3; 13) , insbesondere von organischen Sch-al- tungen, gekennzeichnet durch - Einpressen von Strukturierungsmitteln (2; 12) mit einer vorbestimmten Temperatur unter einem vorbestimmten Druck in die organische Schicht (3; 13); wobei die Strukturierungsmittel in die organische Schicht (3; 13) eindrin- gen, so dass nach dem Aufpressen die organische Schicht (3; 13) dauerhaft strukturiert ist.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Substanz gewählt ist, welche die organische Schicht (3; 13) derart bildet, dass sich die organische Schicht (3; 13) unter Einwirken der Strukturierungsmittel (2; 12) dauerhaft öffnet.
3. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einpressen über eine vorbestimmte Zeitperiode erfolgt.
4. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierungs- mittel (2; 12) auf einem flächigen Träger (1; 10, 11) angeordnet sind.
5. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte orga- nische Schicht (3; 13) Vertiefungen (6; 16) entsprechend den Strukturierungsmitteln (2; 12) aufweist.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht (4) vorgesehen ist, die von der organi- sehen Schicht (3; 13) bedeckt ist, wobei die Vertiefungen (6; 16) im wesentlichen durchgängig bis zu der Schicht (4) sich erstrecken.
7 . Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , dass die Vertiefungen ( 6; 16) geeignet sind, um Durchkontaktierungen zu bilden .
8. Vorrichtung zum Strukturieren von organischen Schichten, insbesondere von organischen Schaltungen, gekennzeichnet durch Strukturierungsmittel (2; 12), die vorbestimmte Abmessungen aufweisen; wobei die Strukturierungsmittel mit einer vorbestimmten Temperatur unter einem vorbestimmten Druck in die organische Schicht (3; 13) einpressbar sind, um in der organischen Schicht (3; 13) dauerhafte Strukturen auszubilden.
9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Substanz derart gewählt ist, welche die organische Schicht (3; 13) bildet, dass sich die organische Schicht (3; 13) unter Einwirken der Strukturierungsmittel (2; 12) dauerhaft öffnet.
10. Vorrichtung gemäß Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierungsmittel auf einem flächigen Träger (1) angeordnet sind.
11. Vorrichtung gemäß Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierungsmittel auf einem flächigen, flexiblen Träger (11) angeordnet sind, der wiederum auf einem walzenförmigen Träger (10) umfänglich angeordnet ist.
12. Vorrichtung gemäß -Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Fördereinrichtung (18), die angepasst ist, die organische Schicht im wesentlichen synchron mit einer Umfangsgeschwindigkeit des walzenförmigen Trägers (10) zu fördern.
13. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 8 bis 13, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (18), die angepasst ist, die Strukturierungsmittel mit dem vorbestimmten Druck in die organische Schicht einzupressen.
14. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 8 bis 13, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (17), die angepasst ist, die Strukturierungsmittel auf die vorbestimmte Temperatur zu erwärmen.
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