半导体元件的金属层直接图案化制作方法
专利汇可以提供半导体元件的金属层直接图案化制作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种于 半导体 元件中的金属层直接 图案化 的制作方法，是用于解决以全面 基板 沉积 薄膜 、黄光 光刻 (Photolithography)技术制作晶体管结构时造成的材料耗费与时程，其主要步骤包括催化反应层(种晶层)材料的图案化定义、以及选择性薄膜沉积(成长)，其中更使用直接图案化种晶技术与化学 镀 浴沉积技术，提供一非 真空 、选择性沉积的薄膜成长制程，可应用半导体元件中的 导线 、 电极 ，或于大面积晶体管数组或大面积功能性(如反射层)薄膜的沉积、制造。，下面是半导体元件的金属层直接图案化制作方法专利的具体信息内容。
1. 一种半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于包括有下列步骤：备置一基础结构；借一掩膜于该基础结构上定义图案；浸泡该已定义图案的基础结构于一溶液中，形成一种晶层；移除该掩膜；进行化学镀浴沉积，是将该已移除掩膜的图案化种晶层置于一化学镀浴沉积溶液中；以及形成一金属薄膜。
2. 如权利要求1所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于该浸泡溶液的步骤后，进行一活化步骤。
3. 如权利要求1所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于所述的浸泡该已定义图案的基础结构的溶液为一包含该种晶层金属成4分的;容液。
4. 如权利要求1所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于所述的金属薄膜为 一光学反射层薄膜。
5. 如权利要求1所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于所述的金属薄膜的材料为银。
6. 如权利要求1所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于镀浴时使用的化学镀浴溶液含有该金属薄膜的成份。
7. 如权利要求1所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于该基础结构的金属层直接图案化制作方法是运用于一半导体元件中。
8. 如权利要求1所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于该基础结构的金属层直接图案化制作方法是制作于一基板上。
9. 一种半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于包括以下步骤：备置一基础结构；涂布 一 前驱物于该基础结构上；以一直接书写方式于该基础结构上产生图案；同时进行活化该前驱物表面，而形成一种晶层；移除该基础结构表面上未活化区域的物质；进行化学镀浴沉积，是将该种晶层的结构置于一化学镀浴沉积溶液中；以及形成一金属薄膜。
10. 如权利要求9所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于所述的涂布方式为旋镀、浸泡、喷墨、网印方式之一。
11. 如权利要求9所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于所述的前驱物为锡、柏、钯、银的有机金属化合物之一。
12. 如权利要求9所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于所述的前驱物为混合两种以上锡、钿、钇、银的有机金属化合物。
13. 如权利要求9所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于是以 一激光直接书写而产生图案。
14. 如权利要求9所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于是以单一或多波长的混合光线直接书写产生图案。
15. 如权利要求9所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于是以热压印的接触方式直接书写产生图案。
16. 如权利要求9所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于所述的金属薄膜的材料为银。
17. 如权利要求9所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于所述的金属薄膜为一光学反射层薄膜。
18. 如权利要求9所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于镀浴时使用的化学镀浴溶液含有该金属薄膜的成份。
19. 如权利要求9所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于该基础结构的金属层直接图案化制作方法是运用于一半导体元件中。
20. 如权利要求9所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于该基础结构的金属层直接图案化制作方法是制作于 一基板上。
21. —种半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于包括以下步骤：备置一基础结构；涂布一感旋光性前驱物于该基础结构上；以 一光源配合掩膜对该感旋光性前驱物进行曝光；形成图案；以加热方式对已曝光的感光性前躯物进行活化，形成一种晶层；进行化学镀浴沉积，是将该种晶层的结构置于一化学镀浴沉积溶液中；以及形成一金属薄膜。
22. 如权利要求21所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于所述的光源为单波长或多波长的光源。
23. 如权利要求21所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于所述的掩膜为光掩膜、光刻胶之一。
24. 如权利要求21所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于所述的感旋光性前驱物为锡、柏、把、银的有机金属化合物之一。
25. 如权利要求21所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于所述的感旋光性前驱物为混合两种以上锡、鉑、把、银的有机金属化合物。
26. 如权利要求21所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于所述的金属薄膜的材料为银。
27. 如权利要求21所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于所述的金属薄膜为一光学反射层薄膜。
28. 如权利要求21所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于镀浴时使用的化学镀浴溶液含有该金属薄膜的成份。
29. 如权利要求21所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于该基础结构的金属层直接图案化制作方法是运用于一半导体元件中。
30. 如权利要求21所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于该基础结构的金属层直接图案化制作方法是制作于一基板上。
31. —种半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于包括以下步骤：备置一基础结构；于该基础结构上，形成一直接图案化种晶层前驱物；以加热方式活化该图案化后的前驱物，形成该种晶层；进行化学镀浴沉积，是将该种晶层的结构置于一化学镀浴沉积溶液中；以及形成一金属薄膜。
32. 如权利要求31所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于所述的直接图案化的步骤是以一喷墨印刷方式将该前驱物材料直接喷印于该基础结构上。
33. 如权利要求31所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于所述的直接图案化步骤是使用 一微触印刷方法。
34. 如权利要求31所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于所述的直接图案化步骤是使用 一激光静电吸附纳米粉末的方式。
35. 如权利要求31所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于所述的前驱物为锡、鉑、把、银金属的纳米粉末之一。
36. 如权利要求31所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于所述的前驱物为锡、钿、钇、银的有机金属化合物之一。
37. 如权利要求31所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于所述前驱物为混合两种以上锡、钿、4巴、银的有机金属物。
38. 如权利要求31所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于所述的金属薄膜的材料为银。
39. 如权利要求31所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于所述的金属薄膜为一光学反射层薄膜。
40. 如权利要求31所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于镀浴时使用的化学镀浴溶液含有该金属薄膜的成份。
41. 如权利要求31所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于该基础结构的金属层直接图案化制作方法运用于一半导体元件中。
42. 如权利要求31所述的半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其特征在于该基础结构的金属层直接图案化制作方法制作于 一基板上。
半导体元件的金属层直接图案化制作方法
技术领域
背景技术
如美国专利No. 6， 329, 226所揭露的薄膜晶体管制作方法，其中叙述一 晶体管金属层图案化制程的方法，关键在使用经微触印刷（Microcontact Printing)定义的单层自组装薄膜（Self-Assembled Monolayer, SAM)作 为银电极的蚀刻罩，其中银金属层则来自传统无电镀制程，以此如同盖章 的方式形成晶体管的各种结构，如电极，并可大量重复步骤，此法的特点 在印刷式的蚀刻罩定义，取代了黄光以及光刻制程，但此专利的金属化制 程仍为全面性沉积，并需搭配蚀刻制程。
再参阅美国专利No. 6， 521， 489所提出的用于显示器电子元件的制造方法，其中如图2所示的结构，包括基板上的栅极30，由一介电层60所包覆， 其上形成半导体层70，之后借沉积方式形成漏极20与源极10，其中晶体 管的栅极30亦可利用印刷与沉积等制程，与另一美国专利No. 6， 413， 790 均阐明使用印刷原理制作薄膜晶体管的方式。
上述专利更揭露的公知制程如图1所示的制程示意图。 图1为常用技术利用喷墨印刷（Ink-jet printing)技术制作薄膜晶 体管示意图，图式中的喷印装置101将需要喷印的材料准确地以墨水（ink) 103的形态喷印至一粗糙表面，例如于一置放于底材107上的半导体材料 105上的形成薄膜103，，此技术可将一纳米（nano)材料准确喷印产生纳 米尺度的薄膜层，如产生晶体管的栅极、漏极与源极等。
上述关键技术在使用机械接触与非机械接触方式直接定义出图层，手 段包括微触印刷、喷墨、网印、凸版与凹版印刷等，此为熟悉此项技术者 可据以实施，而使用的材料则为导电胶、胶体悬浮溶液与导电高分子。使 用机械式接触方式直接定义图形时，使用材料需添加接口活性剂、结合剂 等，以调控黏滞系数、纳米分散颗粒，因此制作出的薄膜特性将受到添加 物的明显影响。金属薄膜而言，电阻率较高；以介电材料而言，其介电性 能成为多种材料的复合值。有鉴于黄光光刻及真空镀膜制程的高成本及使 用喷墨印刷制程所造成的降低薄膜特性的性能，故本发明即提出一种替代 性的技术，不仅可降低制作成本，亦可获得较高效能的显示面板。
发明内容
其中制作方法是应用于半导体元件中或是制作于一基板上，其第一实 施例的步骤包括先备置一如基板或半导体半成品的基础结构，再借一掩膜 于该基础结构上定义图案，之后浸泡已定义图案的基础结构于一溶液中， 形成一种晶层，接着移除该掩膜，并进行化学镀浴沉积，即将已移除掩膜 的种晶层置于化学镀浴沉积溶液中，以及之后形成一金属薄膜，此金属薄
膜的最佳实施例为高反射率与低电阻值的金属，如银。
其中半导体元件的金属层直接图案化制作方法的第二实施例包括有先
备置一如基板或半导体半成品的基础结构，接着涂布一前驱物于该基础结 构上，并以一直接书写方式产生图案，同时进行活化前驱物表面，而形成 一种晶层，之后移除该种晶层表面上未活化区域的物质，并进行化学镀浴 沉积，即将该种晶层的结构置于一化学镀浴沉积溶液中，以及形成一金属 薄膜。上述金属薄膜的较佳实施例为银，且前驱物为锡、柏、钇、银等单 一或混合多种有机金属化合物，并且可以激光、单一或多波长的混合光线 进行直接书写产生图案的步骤。
而第三实施例的制程主要包括先备置一如基板或半导体半成品的基础 结构，并进行涂布感旋光性前驱物于该基础结构上，之后以单一波长或多 波长的混合光源对感旋光性前驱物进行曝光，以形成图案，接着以加热方 式进行活化，形成一种晶层，再将该种晶层的结构置于化学镀浴沉积溶液 中进行化学镀浴沉积，以及形成一金属薄膜。上述感旋光性前驱物的较佳 实施例为锡、铂、钯、银等单一或混合多种有机金属化合物，而金属薄膜 的较佳实施例为高反射率与低电阻值的银。
本发明的制程的第四实施例包括先备置如基板或半导体半成品的基础 结构，再以喷墨印刷、微触印刷或激光静电吸附纳米粉末等方式直接图案 化该基础结构，形成一种晶层的前驱物，接着以加热方式活化该图案化后 的前驱物，并形成种晶层，再将种晶层的结构置于一化学镀浴沉积溶液进
9行化学镀浴沉积，以形成一金属薄膜。上述金属薄膜的较佳实施例为高反 射率与低电阻值的银。
如上述实施例，其中图案化的实施如以下方式：
1. 利用一掩膜进行图形定义于基板或半导体半成品的基础结构上（包括 经一溶剂处理移去未活化区域达成）；或
2. 以一激光直接书写方法达成；或
3. 以一接触式热转印方式定义该种晶层前驱物图形于基板或半导体半成 品 的基础结构上；或
4. 以一适当光源照射方式选择性定义该种晶层前驱物图形于基板或半导 体半成品的基础结构上（包括照射不同波长的光源达成图案化定义）；或
5. 以一喷墨印刷方式将种晶层先驱物直接定义图形；或
6. 以一微触印刷方式将种晶层先驱物直接定义图形于基板或半导体半成 品的基础结构上；或
7. 以一激光静电吸附步骤将种晶层前驱物直接定义图案于基板或半导体 半成品的基础结构上。
附图说明
图1为常用技术利用喷墨印刷技术制作薄膜晶体管示意图； 图2为常用技术晶体管结构示意图；
图3为本发明半导体元件的金属层直接图案化制作方法第一实施例流程
图；
图4为本发明半导体元件的金属层直接图案化制作方法第二实施例流程
图；
图5为本发明半导体元件的金属层直接图案化制作方法第三实施例流程
图；图6为本发明半导体元件的金属层直接图案化制作方法第四实施例流程
图；
图7为本发明的实施例1中以化学镀浴沉积法制程制作出的图形化银薄
膜；
图8为本发明的实施例1中所沉积的金属银薄膜以彩色滤光色度量测仪 量测不同波长下的反射率。 符号说明：
栅极30 介电层60 半导体层70 漏极20 源极IO 喷印装置IOI 墨水103 平台107
半导体材料105 薄膜103'
具体实施方式
本发明所提出的应用于半导体元件中的金属层直接图案化制作方法可 应用于半导体元件、薄膜晶体管、功能性薄膜数组、或全反射式显示器和
部分穿透部分反射式显示器中光学反射层薄膜、金属薄膜（包括全属导线与电极）等的制程。
因为制程是应用于半导体元件中的金属薄膜，故该金属薄膜并非一定 需要制作在一基板上，若需要基板，则该基板可为金属、聚醯亚胺
(polyimide)等有机介电材料，或玻璃、硅化物、陶瓷等无机介电材料， 或软性基板等。
图3为本发明金属层直接图案化制作方法的第一实施例，开始时先备 置一如基板或半导体半成品的基础结构（步骤S301),以光刻胶或其它等 效掩膜（mask)于该上述的基础结构上定义图案（pattern)，此是依实际 需要进行图案化，如图案化出上述晶体管的电极、导线等结构的位置（步 骤S303 )。之后，浸泡该已定义图案的基础结构于一溶液中，形成一种晶 层，其中溶液为一包含该种晶层金属成份的溶液（步骤S305 )，接着进行 一表面活化步骤（步骤S307 )。之后，将上述掩膜移除（步骤S309 ),并 进行化学镀浴沉积（CBD)，是将上述以移除掩膜的种晶层结构置于化学镀 浴沉积溶液中进行薄膜成长（步骤S311)。以此化学镀浴沉积方式在上述 种晶层结构中进行选择性沉积金属薄膜（步骤S313)，如金、银、铝、铜 等金属薄膜，其中镀浴时使用的溶液即含有所需镀浴的金属成份。
上述金属薄膜的制作为一应用于显示元件或其它半导体元件中的金属 导线或光学反射层薄膜，本发明的最佳实施例为拥有高反射率与低电阻值 的金属银。而于镀浴时使用的化学镀浴溶液亦含有该欲形成的金属薄膜的 成份。上述利用化学镀浴沉积（CBD)方式在经图案化的种晶层上进行成膜 步骤，此方式是一种低成本的薄膜成长方法，并能藉以形成多种型态、材 料的薄膜。
本发明所提供的半导体元件的金属层直接图案化制作方法是于半导体 元件中使用种晶层（催化层）图案化技术，搭配化学镀浴沉积制程制作薄 膜晶体管单层或多层结构，因化学镀浴沉积制程可选择性沉积于已图案化 的种晶（催化层）上，经较精准的材料成份控制，搭配适当之后处理，可得优异性质的薄膜结构，使种晶层或催化层在反应后续存，以作为多层沉 积的緩冲层，或者达最低残留量，以避免影响接口特性。
而本发明第二实施例如图4所示的流程，此制程是制作于基板上或是 半导体元件中的金属薄膜。
开始时，先备置如基板或半导体半成品的基础结构（步骤S401),涂 布（coating ) —层种晶层前驱物于该基础结构上（步骤S403 ),是将包含 有种晶层成份的前驱物（precursor)溶液成膜（filming)在基板或半导 体元件上，该涂布方式可为旋镀（spin-coating)、浸泡（dipping)、喷 墨、网印、转印方式进行。而上述的种晶的前驱物可为锡、拍、把、银等 单一或混合多种有机金属化合物。
之后以加热转印或一光源直接书写（direct writing)方式产生图案 (pattern)，其光源的较佳实施例为激光、单一或多波长的混合光线，并 以加热或该光源的能量同时进行活化前驱物表面，进而形成一种晶层（步 骤S405 ),在此是直接形成半导体元件中的导线、电极或反射层的结构， 并且除上述激光、单一或多波长的混合光线等光源外，亦可以非接触或机 械接触方式选才奪性地活化上述已经图案化的种晶层前驱物，借以提高之后 镀浴时的附着力。
其中，以光源能量进行活化形成种晶层图案的方式为 一种非接触方式 」泽区活化步骤，而以加热转印的加热活化方式即为 一种接触方式进行活化。
接着，移除该种晶层表面未活化区域的物质（步骤S407 ),再将上述 种晶层的结构置于一化学镀浴沉积溶液中（步骤S409 )，以化学镀浴沉积 方式在上述种晶层的结构中进行选择性沉积金属薄膜，较佳实施例为拥有 高反射率与低电阻值的金属银（步骤S411)。
图5所示为本发明的第三实施例。
开始亦先备置一为基板上或是半导体元件的基础结构（步骤S501)， 再涂布感旋光性种晶层前驱物于基础结构上（步骤S503 ),因为前驱物为感光物质，故可利用一光源进行曝光（步骤S505 ),借以定义与形成图案， 上述光源可为单波长或多波长混光的紫外光（UV)或激光等光源、或其它 对应该感旋光性物质的光源，之后再以溶剂移除曝光后不用的区域（步骤 S507 )。接着，以加热方式活化上述经曝光而移除不用的区域后的剩下（有 用的）区域，形成一图案化种晶层（步骤S509 ),再将此种晶层的结构置 于化学镀浴沉积溶液中进行化学镀浴沉积（步骤S511)，并以此化学镀浴 沉积方式在种晶层结构中进行选择性沉积金属薄膜，较佳实施例为拥有高 反射率与低电阻值的金属银（步骤S513)。
本发明第四实施例如图6所示的制程。
开始亦先备置一基板或是半导体半成品元件的基础结构（步骤S601), 以直接图案化技术在该基础结构上，以形成一层种晶层的前驱物（步骤 S603 )，此步骤可直接定义出半导体元件中的导线、电极或反射层的位置， 上述直接图案化技术包含以喷墨印刷（Ink-Jet printing)方式将种晶层 的前驱物材料直接喷印于基础结构上，其它方式尚包括有微触印刷 (Micro—contact printing)与;效光静电吸附纟内米4分末（成4分J;口4易、4白、 钯或银金属等）的方式进行直接图案化的步骤。接着，以加热方式活化上 述直接形成的图案化前驱物，形成种晶层（步骤S605 ),再将该种晶层的 结构置于一化学镀浴沉积溶液中进行化学镀浴沉积（步骤S607 )，镀浴时 使用的溶液即含有所需镀浴的金属成份，之后进行选择性沉积金属薄膜， 较佳实施例为拥有高反射率与低电阻值的金属银（步骤S609 )。
上述种晶层前驱物其材料可为锡、铂、钯、银等单一或混合多种有机 金属化合物。并且，上述纳米粉末的成份可为锡、铂、钯、银等金属。另 夕卜，各实施例中活化的步骤为提高之后镀浴时的附着力。
综合上述实施例，其中图案化的实施例如下： 1.利用一掩膜进行图形定义于基板或半导体半成品的基础结构上（包括 经一溶剂处理移去未活化区域达成）；或
142. 以一激光直才妄书写方法达成；或
3. 以一接触式热转印方式定义该种晶层前驱物图形于基板或半导体半成 品的基础结构上；或
4. 以一适当光源照射方式选择性定义该种晶层前驱物图形于基板或半导 体半成品的基础结构上（包括照射不同波长的光源达成图案化定义）；或
5. 以一喷墨印刷方式将种晶层先驱物直接定义图形；或
6. 以一微触印刷方式将种晶层先驱物直接定义图形于基板或半导体半成 品的基础结构上；或
7. 以一激光静电吸附步骤将种晶层前驱物直接定义图案于基板或半导体 半成品的基础结构上
下列更以多个实验结果说明本发明的金属层直接图案化制作方式的实 施例：
1. 本发明实施例所述的旋镀程序中，可将含种晶（催化剂）前驱物（辛 酸亚锡）的对二甲苯溶液涂布于玻璃基板上，经旋镀程序后，再经加热供干后， 径行在准分子激光下经掩膜进行择区活化与图案化；经激光照射后的基板， 置于对二曱苯溶液中洗去未活化区域。而后将此试片至于含银离子的化学镀 浴沉积中，经适当时间控制即可得到所需图案化的4艮金属薄膜，如图7所示， 其中标示A、B、C、D与E为上述图3所示的第一实施例中以化学镀浴沉积（CBD ) 技术制程制作出的图形化银薄膜，此例的厚度为150nm。
2. • 借由旋镀程序将含种晶（催化剂）前驱物（辛酸亚锡）的对二曱苯溶 液涂布于玻璃基板，旋镀后经加热烘干后，以热金属膜择区活化。活化后的 基板，置于对二曱苯溶液中洗去未活化区域。而后将此试片至于含银离子的 化学镀浴沉积中，经适当时间控制即可的到所需图案化的银金属薄膜。
图8是以第三实施例中所沉积的金属银薄膜分别与溅镀银（Sputter Ag )和溅镀铝（Sputter Al)以彩色滤光色度量测仪（SCI,型号为FILMTEX 3000 )所测得的不同波长下反射率。所量测的银反射率（图式显示为反射
15银）在可见光区平均高于溅镀铝的反射率而略低'减镀银的反射率。由此图 可以说明本发明所沉积的银薄膜亦可以应用于全反射式或半穿半反式显示 器的光学反射层上。
上述所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。 综上所述，本发明为一半导体元件的金属层直接图案化制作方法，其 中包括提供基板、图案化、活化等步骤，再以化学镀浴沉积方式在该基板 上进行选择性沉积一薄膜，其应用于大面积晶体管数组或大面积功能性薄 膜的沉积、制造。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此即拘限本发明的专利 范围，故举凡运用本发明说明书及图标内容所为的等效结构变化，均同理 包含于本发明的范围内。
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