[发明专利]可曝光成像的材料和相关的电子器件及方法

说明书

本发明的聚合材料可以用相对低的光暴露能量进行图案化并且是热力学稳定的、机械坚固的、抗水渗透的，并显示良好的与金属氧化物、金属、金属合金以及有机材料的粘附性。此外，其可以是溶液加工的(例如，通过旋涂)，并在固化形式中可以显示良好的化学(例如，溶剂和蚀刻剂)耐受性。

技术领域

对于使用金属氧化物作为半导体元件的电子器件的开发存在越来越多的兴趣。这些器件可以提供的优势如结构柔性(例如，可折叠性或可弯曲性)，可能低得多的制造成本，以及可能的大面积上低温环境制造过程。特别地，金属氧化物半导体如氧化铟镓锌(IGZO)能显示出高的载流子迁移率并且能在远低于硅所需温度的温度下加工。因此，金属氧化物半导体可用于实现新型器件如电子纸张、刚性或柔性(rigid or flexible)有机发光二极管(OLED)显示器、超高分辨率显示器、射频识别(RFID)技术、透明显示器和电路。

背景技术

使用金属氧化物的一个主要优势在于可能使用蒸汽相和溶液相沉积技术来沉积半导体以及其他制造这些器件所需的材料。但是，为了进一步实现金属氧化物半导体的加工优势，器件所有的有源元件应该是机械灵活的并优选地，器件的绝大多数元件，如果其不是通过溶液相沉积制造加工，则应该是与溶液相沉积兼容。

例如，已经开发了基于各种溶液加工或蒸汽沉积的金属氧化物半导体的薄膜晶体管(TFT)。但是，在TFT中的关键部件是在氧化半导体通道层附近的层，根据TFT器件的架构，其包括栅极介电层、蚀刻停止(etch-stop)和/或钝化层(见图1)。

就栅极介电层而言，其包括电子绝缘材料，该材料能产生在源电极和栅电极之间的栅极场。因此，栅极介电层的功能在于当向栅极(gate)施加电压时避免漏电流从通道流向栅电极。除了显现较低的栅极漏电性(gate leakage property)，良好的介电材料也需要是空气和水分稳定的，并应该是足够坚固的以承受通常的器件制造过程条件，其性质可以根据在TFT通道中使用的半导体类型调整。特别地，对于基于蒸汽沉积的金属氧化物半导体的TFT，介电材料必须能承受溅射条件和半导体的热退火，通常需要相对较高温度(～250-300℃)的过程

至于与通道接触的其他层，就蚀刻停止(ES)晶体管结构而言，用于蚀刻停止层的材料，首先并且最重要的是当通过光刻法界定源/漏电接触时，必须能避免氧化通道的损坏。ES材料必须显示出对金属氧化物层较强的粘附，并且应能承受热退火氧化物层所需的条件，而不影响(compromise)氧化物通道层的的电荷传输性。此外，在ES构架中，作为钝化层的第二层通常放置在金属氧化物/电极表面的顶部。因此，ES层，除了显示对氧化物通道层较强的粘附，还必须对钝化层强力粘附。此外，当平面化氧化物通道层的表面时，ES层应作为氧化物通道层的水分屏障。ES材料还必须能承受在其顶部发生的器件加工条件。在一种替代晶体管架构中，其已知为背通道蚀刻(BCE)结构，将氧化物半导体置于与钝化层直接接触。虽然，BCE结构要求钝化材料与氧化层而非与ES层直接的粘附，此钝化层应具有与那些用在ES架构中的层类似的性质。

虽然部分聚合物已经用作金属氧化物TFT的电介质，还未克服产生电流的聚合电介质的一些局限性。例如，极少聚合介电材料是充分可溶以成为溶液加工的，特别是通过不昂贵的印刷技术加工。在那些溶液可加工的材料中，其通常难以在之后的加工步骤中使用的条件下幸存，明显限制了其在器件制造中的应用。对于TFT器件制造，上层如半导体层、导体层和其他钝化层通过溶液相过程的沉积可能需要牺牲介电材料的完整性的溶剂、温度或沉积条件。类似地，绝大多数已知的溶液处理的介电材料不能幸存于蒸汽相沉积方法(例如，溅射)，其通常用于加工金属和金属氧化物。此外，目前可用的聚合介电材料通常不能实现高的表面平滑度，其对于稳定的TFT性能和操作是先决条件。

至于钝化材料，已经预期几种聚合材料用作ES层和钝化层。但是，仍然很难识别显示优良的热稳定性、可曝光成像性和良好的对无机(例如金属、金属合金和金属氧化物)和有机材料的粘附性，同时对于氧化物通道层具有化学保护的材料。特别地，当提供优良的可曝光成像性时，传统的光阻剂不能满足其他需要。