[发明专利]一种适用于柔性OTFT集成电路的金属互连结构及其制作方法

说明书

本发明涉及一种适用于柔性OTFT集成电路的金属互连结构及其制作方法，该金属互连结构的制作方法包括以下步骤：S1：制备柔性基底的下层金属连线；S2：在前步结构上沉积介质层；S3：在前步结构上制备上层金属连线；S4：制作过孔，连接上、下层金属连线：采用超声波金属焊接机，选择需要的区域施加机械振动，使作用区域中间介质层破碎，并使上、下层金属原子被激活，在界面处相互渗透，最终形成上、下层金属连线的固态连接，完成过孔，得到金属互连结构。本发明所述制作方法，过孔的制备成本低廉、工艺简单、适用于柔性有机器件的集成；同时超声波发生器易于电气控制，可制作出多种复杂的金属互连结构，且过孔区域金属连线间具有高的连接强度。

技术领域

本发明涉及有机半导体集成电路制造技术领域，特别是涉及一种适用于柔性OTFT集成电路的金属互连结构及其制作方法。

背景技术

柔性电子在过去的20年间受到了学术界和社会工业的广泛关注，柔性有机薄膜晶体管(OTFTs)是未来柔性电子显示器件的一个重要发展方向，特别是在最近5-10年间，有机电子学在多个应用领域取得了长足的进展，如有机场效应晶体管、有机太阳能电池、生物传感器、TFT阵列、有机发光二极管等。目前有机材料与器件已经由基础研究逐步走向产业化，在应用生产中具有制作工艺简单、可弯曲、多样和成本低等特性；

在集成电路中，除了前端工艺中的器件制作外，后端工艺中的金属互连结构制作也十分重要。如为了满足半导体元件数量增多要求，通常形成多层结构的半导体元件，而相邻层的半导体元件则通过金属互连结构实现电连接。基本的金属互连结构包括上、下层金属连线、中间介质层以及连接上下层金属连线的过孔。随着器件集成度需求的不断提高，集成电路中金属互连结构的性能成为影响集成电路可靠性的关键因素之一。但对于柔性有机薄膜晶体管器件的集成化，如何制作适用于柔性OTFT集成电路的金属互连结构依然存在诸多挑战。

与现有的非晶硅或多晶硅TFT相比，OTFT因其有源层为有机物，故具有以下特点：加工温度不可过高，一般在180℃以下，不仅为了适用于柔性基板，而且能显著降低制备功耗；工艺过程大大简化，成本大幅度降低，气相沉积和印刷打印两种方法都适合大面积加工；材料来源广泛，发展潜力大，同时环境友好。但是由于有机半导体化学稳定性和柔性基底的热稳定都较差，对后端金属互连工艺要求更为苛刻。

在传统无机半导体集成电路工艺中，金属互连结构中的过孔一般需要经过光刻、刻蚀、金属沉积、化学机械抛光等工艺。光刻的工序一般为：将光刻胶(PR)涂覆在需图案化的目标层上，然后，执行曝光工序改变部分区域的光刻胶的溶解度，之后执行显影工序形成暴露出介质层的光刻胶图案。以该光刻胶图案为掩膜进行刻蚀工序以将光刻胶图案转移至介质层上。洗去剩余的光刻胶，再在图案化的介质层上沉积金属。最后利用化学机械抛光去除多余金属，完成过孔。然而，由于有机半导体化学稳定性较差，对有机溶剂和某些化学物质十分敏感。因此，传统的过孔工艺对有机半导体而言，不具有普适性。

超声波金属焊接是一种特种技术，自1950年在美国被发明以来，已经在工业上得到了广泛的应用。超声波金属焊接原理是利用超声波频率(超过16kHz)的机械振动能量，连接同种金属或异种金属的一种特殊方法。在对金属进行超声波焊接时，在静压力作用之下，将弹性振动能量转变为工件界面间的摩擦功、形变能以及有限的温升，使金属原子激活并相互渗透，实现金属焊件的固态连接。其具有焊接压力小，范围可控，焊接速度快，焊点强度高，稳定性好等优点。且在焊接时，既不向工件输送电流，也不向工件施以高温热源。故其与柔性基底可以很好地兼容。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种适用于柔性OTFT集成电路的金属互连结构的制作方法，其过孔的制备成本低廉、工艺简单、适用于柔性有机器件的集成；同时超声波发生器易于电气控制，可制作出多种复杂的金属互连结构，且过孔区域金属连线间具有高的连接强度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种适用于柔性OTFT集成电路的金属互连结构的制作方法，包括以下步骤：

S1：制备柔性基底的下层金属连线；