專利名稱：通過印刷成形制造薄膜晶體管器件的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種器件的制造方法，特別是涉及但不僅涉及薄膜晶體管(TFT)的制造方法。
薄膜晶體管廣泛應用于包括有源矩陣液晶顯示器在內(nèi)的液晶顯示器和其它平板顯示器中，用以控制或探測顯示器中每個象素的狀態(tài)。美國專利US-A-5130829記載了一種普通的TFT結構，稱為下柵極式TFT(bottom gate TFT，BGTFT)。在這種結構中，柵極端子位于諸如鋁硅酸鹽玻璃的絕緣襯底上，并且覆蓋有例如氮化硅(SiN)的絕緣材料層以及例如本征氫化非晶硅(a-Si:H)和n+型摻雜氫化非晶硅的半導體材料層。然后，金屬的源極端子和漏極端子成形在a-Si:H層和部分n+型摻雜層上，也就是說在這些端子之間延伸的區(qū)域的那個部分被去除。
這種TFT結構通過不同材料的連續(xù)沉積層來形成。使用光刻法限定晶體管的源極端子和漏極端子以及溝道長度，可以制出基本上水平沉積的晶體管。沉積絕緣體層和半導體層之后，在襯底上涂上一層或多層金屬化層并用光聚合材料或正光刻膠覆蓋。該光刻膠包含有感光添加劑，該感光添加劑是作為溶解抑止物并且還能吸收一種或多種特定波長的光，例如紫外波段的光。一個帶有圖形的光掩模放置在襯底和紫外光源之間并且該光刻膠被照射，該圖形具有對紫外光透明和不透明的區(qū)域。在該襯底與光掩模圖形的透明區(qū)域對齊的那些部分上，紫外光在光刻膠上表面被吸收。該感光添加劑進行光化學作用使其不再作為溶解抑止物。另外，該紫外光將已曝光的光刻膠漂白使得光線能通過并且在光刻膠更深處內(nèi)引起反應。因而，該光化學反應以一種“從上至下(top-down)”的方式在整個光刻膠層進行。光掩模圖形內(nèi)的不透明區(qū)域使得部分光刻膠層不受紫外光影響，使得這些光化學反應不會出現(xiàn)。
在光刻膠層的已曝光部分，感光添加劑不再抑止溶解，使用顯影液去除該光刻膠層的已曝光部分并且該襯底可通過加熱而被固化(cured)。對應于光掩模圖形的不透明區(qū)域，這個過程在襯底上的一個或多個位置中留下了部分先刻膠層。
光刻膠的剩余部分被用作刻蝕過程的掩模，其中，金屬化層中的已曝光部分和下方的半導體層的對應部分被去除，以便限定出源極和漏極電極。但是，這需要在覆蓋在襯底上的層中刻蝕出多于一個的圖形，例如，源極和柵極端子的邊緣可以通過去除部分金屬化層和半導體層來限定，而溝道可使用另一個刻蝕過程來限定，在這個過程中去除一部分金屬化層之后部分地去除下方半導體層。這可使用兩個分別的光掩模和重復進行曝光、顯影和刻蝕步驟來實現(xiàn)。但是，這種方法是不經(jīng)濟的，因為它需要提供和去除兩個光刻膠層，并提高了制造過程的成本和復雜性。特別是，必須將第二光掩模和襯底精確對準。
在半導體器件的制造中使用的另一種可選方法使用了半色調(diào)或灰度色調(diào)的光掩模，其中使用了具有圖形的單個光掩模，該圖形具有透明、不透明和半色調(diào)或灰度色調(diào)區(qū)域。該半色調(diào)區(qū)域部分地削弱了通過它們的光線。如上文所描述的過程，位于光掩模透明區(qū)域之下的光刻膠的整個厚度被曝光并在顯影階段被去除，而光掩模的不透明區(qū)域擋住了到襯底其它部分的光，以整個厚度留下部分光刻膠。由于光刻膠和紫外光之間的反應以“從上至下”的方式進行，因此與半色調(diào)區(qū)域對齊的部分光刻膠層只是部分地曝光，也就是說，該光化學反應僅在光刻膠層的最上面部分出現(xiàn)。這樣在顯影之后就形成了比未曝光的光刻膠部分薄的光刻膠部分。因此，單次的曝光和顯影過程就在襯底上形成了具有兩個或多個不同厚度的光刻膠部分。
然后，以第一圖形刻蝕金屬化層和半導體層的已曝光部分，該第一圖形是由全厚度和已縮減厚度的光刻膠來限定，之后，可以使用光刻膠干法刻蝕(resist dry etching)步驟來統(tǒng)一減小剩余光刻膠部分的厚度。該減薄(thinning)過程徹底去除了用掩模的半色調(diào)部分限定的光刻膠部分，而留下了與掩模不透明區(qū)域對齊的那些部分中光刻膠層的已被減薄的部分。然后，在該襯底的新的曝光部分中刻蝕第二圖形。
本發(fā)明設法要提供一種可選擇的器件制備方法。
按照本發(fā)明的第一方面，提供一種器件的制備方法，該方法包括提供一層狀結構；在所述層狀結構的表面上形成第一圖形化層，以便對所述表面的第一區(qū)域進行掩模；在所述層狀結構的所述表面層上形成第二圖形化層，以便對所述表面的第二區(qū)域進行掩模并留下所述表面未掩模的第三區(qū)域；在所述第三區(qū)域刻蝕所述層狀結構；和，去除所述第二圖形化層并且在所述第二區(qū)域刻蝕所述層狀結構，或者去除所述第一圖形化層并且在所述第一區(qū)域刻蝕所述層狀結構，其中，所述第一或第二圖形化層中的至少一層是通過印刷形成的。
將圖形化層印刷到表面上可以理解為選擇性地施加圖形化層到表面，例如通過將其壓在表面上。
在一個優(yōu)選實施例中，所述第一和第二圖形化層都是通過印刷形成的。
所述第二圖形化層的印刷可以包括將所述第二圖形化層與至少一部分第一圖形化層重疊。所述第二圖形化層的印刷可以基本上緊隨著第一層的印刷而發(fā)生。該詞“緊隨”可以理解為在幾秒或幾十秒之內(nèi)?；蛘呖梢岳斫鉃橹灰堑谝粓D形化層已經(jīng)干燥了的時候。
該方法可包括印刷帶有第一厚度的所述第一圖形化層和印刷帶有第二不同厚度的所述第二圖形化層。該方法可包括使用第一墨來印刷所述第一圖形化層和使用第二墨來印刷所述第二圖形化層。所述第一和第二墨可以是不同的并且可以被稀釋到不同的濃度。
按照本發(fā)明的第二方面，提供一種根據(jù)該方法的薄膜晶體管的制造方法。該方法可進一步包括提供一襯底；在所述襯底上提供一圖形化的導電柵極區(qū)域；提供一絕緣層覆蓋在所述襯底和所述圖形化的導電柵極區(qū)域上；提供一第一半導體層覆蓋在所述絕緣層上；提供一第二半導體層覆蓋在所述第一半導體層上；和，提供一金屬化層覆蓋在所述第二半導體層上。
所述第一層的印刷包括限定出用于形成源極和漏極端子的區(qū)域。
按照本發(fā)明的第三方面，提供一種構造成去執(zhí)行該方法的裝置。
按照本發(fā)明的第四方面，提供一種用于制造薄膜晶體管的裝置，包括印刷裝置，所述印刷裝置被構造成在層狀結構上印刷第一圖形化層以及在層狀結構上印刷第二不同的圖形化層；刻蝕裝置，所述刻蝕裝置被構造成刻蝕所述層狀結構；和去除裝置，所述去除裝置構造成去除所述第一圖形化層而留下至少部分第二圖形化層。
一個層狀結構可以包含單層或多層。
現(xiàn)在，參考附圖以示例的方式描述本發(fā)明的具體實施方式
，其中

圖1是用于使用按照本發(fā)明的方法制造一器件的裝置示意圖2a、2b和2c圖示出在照相凹版膠印中的步驟；圖3是兩階段上墨過程；圖4a到圖4i是制造過程中不同階段的器件剖面圖；圖5a、5b和5c是制造過程不同階段中的器件平面圖。
參見圖1，用于制造例如薄膜晶體管的器件的裝置1包括印刷裝置2、用于支撐層狀結構4的裝置3、用于相對于層狀結構4移動印刷裝置2的裝置5、用于探測印刷裝置2相對于層狀結構4的位置的裝置6、和用于控制印刷裝置2和移動裝置5的裝置7，在該例子中，印刷裝置2為照相凹版膠印機，裝置3為剛性平臺，裝置5為電動機，裝置6為光學顯微鏡和數(shù)字相機，裝置7為編程的通用計算機。該裝置1還包括刻蝕裝置8，在該例子中為干法刻蝕機。該刻蝕裝置8還可包括用于去除印刷層的去除裝置。
在這個例子中，印刷裝置2設置成連續(xù)地印刷兩層圖形化層。在該例子中，使用了膠印方法并且每一層的印刷都通常包括三個步驟參見圖2a，第一步包括上墨。圖形攜帶裝置9在這里例子中是玻璃板形式的印刷模，它包括多個槽10，這些槽被設置成去限定圖形11。墨12涂在圖形攜帶裝置9的表面13，并且填充裝置14在圖形攜帶裝置9的表面13上方通過，以便用墨12填滿槽10并將槽10之間的區(qū)域15上的墨12清除掉，填充裝置14通常指刮墨刀并且在該例子中是一個金屬刮刀。
參見圖2b，第二步包括從圖形攜帶裝置9上轉印圖形。圖形轉印裝置16例如是圍繞一金屬滾筒固定的包含聚合物的圓筒形覆蓋層，圖形轉印裝置16被施加到圖形攜帶裝置9的表面13，在這個例子中是在圖形攜帶裝置9的表面13上滾壓，以便將每個槽10中的至少一些墨12帶出來。該圖形11被保持在圖形轉印裝置15上。
參見圖2c，第三步包括印刷圖形11。帶有墨12的圖形轉印裝置15被施加到層狀結構4的表面17，例如是在層狀結構4的表面17上滾壓。這樣，墨12就從圖形轉印裝置15轉移到了層狀結構4的表面17上。
優(yōu)選地，使用了照相凹版膠印，這是因為它具有能被設置成一個連續(xù)生產(chǎn)過程而提供高生產(chǎn)量的優(yōu)點。但是，也可以使用其它類型的印刷術，例如絲網(wǎng)印刷或噴墨印刷。
參見圖3，印刷裝置2包括用于兩個不同圖形111、112的兩個不同的圖形攜帶裝置91、92和兩個不同的圖形轉印裝置161、162。
第一和第二圖形攜帶裝置91、92包括各自的成組的槽101、102，槽101、102分別具有第一和第二槽深d1、d2。在這個例子中，第一和第二槽深d1、d2是1μm或10μm的數(shù)量級。
通過選擇槽深101、102，和/或不同的墨濃度、溶劑或成分，可以控制和改變施加到層狀結構的墨的厚度。
可以實現(xiàn)5μm數(shù)量級的線寬w1、w2和線間距s1、s2。
墨121、122對于濕法和/或干法刻蝕是抗蝕的，或者是在被刻蝕的材料上具有大致的選擇性(substantial selectivity)，以便來提供一種刻蝕掩模。優(yōu)選地，每個墨121、122在干燥狀態(tài)下具有1μm或10μm數(shù)量級的厚度。優(yōu)選地，為了快速地干燥，每個墨121、122可溶解于揮發(fā)溶劑中，以便允許連續(xù)地印刷多層。優(yōu)選地，每個墨121、122可溶解于不同的溶劑中。墨121、122優(yōu)選允許將圖形轉移到層狀結構的表面而不會產(chǎn)生圖形變形，這種變形例如是由于濕墨或干墨的不可預期和/或不可控制的流動而引起的。例如，該墨可以是一種樹脂/溶劑的混合?？蛇x擇地，常規(guī)的光刻膠或其組分可以用作墨121、122?？梢允褂铆h(huán)氧化胺物固化系統(tǒng)。本領域的技術人員將會理解，帶有這些特性的墨可以通過常規(guī)試驗和實驗來找到。
現(xiàn)在描述用于限定薄膜晶體管的源極、漏極和溝道端子的過程參見圖4a和5a，該層狀結構4包括襯底19。在這個例子中，襯底19是透明的和電絕緣的，并且是用鋁硅酸鹽玻璃形成的。但是也可以使用不透明的襯底。柵極端子20位于襯底19上，在這里例子中是以公知的方式沉積和圖形化鋁形成的。
在柵極端子20和襯底19上提供連續(xù)的覆蓋層21、22、23、24，這例如可使用化學氣相沉積(CVD)設備(未示出)和/或濺射設備(未示出)來提供。第一覆蓋層是柵極絕緣層21，在這個例子中是由氮化硅(S3N4)形成的并且具有300nm的厚度。第二覆蓋層是半導體層，在這個例子中是由未摻雜的氫化非晶硅(a-Si:H)形成并且具有200nm的厚度。第三覆蓋層是半導體層，在這個例子中是由摻雜磷(P)的n型氫化非晶硅(a-Si:H)形成，其摻雜濃度為5×1020cm-3，并且該層具有50nm的厚度。也可以使用其它的層厚度和摻雜濃度。第四覆蓋層是金屬化層24，在這個例子中是使用優(yōu)選通過濺射而沉積的鉬(Mo)形成?？蛇x擇地，它可由鉻(Cr)形成。該金屬化層24除了一層Mo或Cr之外還可包括一層鋁(Al)或鋁基合金。
該層狀結構4放置在支撐裝置3上(圖1)以備印刷。該控制裝置7(圖1)在探測裝置和移動裝置6、3(圖1)的幫助下將層狀結構4對準到印刷裝置2(圖1)。
參見圖4b和5b，第一圖形化層251、252被印刷到層狀結構4的表面26上，在這個例子中是通過在層狀結構4上滾壓第一轉印裝置161(圖3)來印刷的，以便對表面26的第一和第二區(qū)域271、272進行掩模。在這個例子中，第一圖形化層251、252包含有抗蝕刻的墨并且具有2μm的干厚度，即t1＝2μm。
參見圖4c和5c，第二圖形化層28被印刷到層狀結構4的表面26以及第一圖形化層251、252的表面29上，以便覆蓋表面26的第三區(qū)域30而留下表面26的未覆蓋的第四和第五區(qū)域311、312。在這個例子中，第二圖形化層30包含有抗蝕刻墨并且具有2μm的厚度，即t2＝1μm。
在這里例子中，第一圖形化層251、252的干厚度t1是第二圖形化層28的干厚度t2的兩倍，即，t1＝2×t2。但是，第一圖形化層251、252的干厚度t1可以相等或大于第二圖形化層28的干厚度t2。第一圖形化層251、252和第二圖形化層28各個層中所包含的抗蝕刻墨也可以是不同的。
帶有層251、252、30的層狀結構4被轉移到刻蝕裝置8(圖1)上以備刻蝕。
參見圖4d，使用第一干法刻蝕，例如使用CF4/O2或SF6/O2，刻蝕第四和第五區(qū)域311、312中的層狀結構4。刻蝕第四和第五區(qū)域311、312中的金屬化層24直至到達第二半導體層23，從而去除掉金屬化層24的第一和第二部分241、242而留下已被刻蝕的金屬化層24’。
參見圖4e，使用第二干法刻蝕，例如使用CF4/O2或SF6/O2，進一步刻蝕第四和第五區(qū)域311、312中的層狀結構4?？涛g第四和第五區(qū)域311、312中的第二和第一半導體層23、22直至到達絕緣層21，從而去除掉第二半導體層23的第一和第二部分231、232以及第一半導體層22的第一和第二部分221、222，而留下已被刻蝕的第二和第一半導體層23’、22’。
參見圖4f，使用第三干法刻蝕，例如使用O2，將第二圖形化層28去除以便露出表面26未覆蓋的第三區(qū)域30?？蛇x擇地，可以使用溶劑替代第三干法刻蝕來去除(通過溶解)第二圖形化層28，但是留下至少部分的第一圖形化層251、252。這在第一和第二圖形化層251、252、28包含可溶解于不同溶劑中的不同的墨時是優(yōu)選的。
參見圖4g，使用第四干法刻蝕，例如使用SF6/O2或CF4/O2，刻蝕第三區(qū)域30中的層狀結構4。刻蝕第三區(qū)域30中的已被刻蝕的金屬化層24’直至到達第二半導體層23，從而去除掉原金屬化層24的第三部分243而留下已被刻蝕的金屬化層24”。
參見圖4h，使用第五干法刻蝕，例如使用CF4/O2或SF6/O2，進一步刻蝕第三區(qū)域30中的層狀結構4?？涛g第三區(qū)域30中的第二半導體層23，從而去除掉第二半導體層23的第三部分233而留下已被刻蝕的第二半導體層23”。在第三區(qū)域30中的第一半導體層22被部分刻蝕，從而去除掉第一半導體層22的第三部分223而留下已被刻蝕的包括溝道31的第一半導體層22”。
參見圖4i，使用第六干法刻蝕，例如使用O2，將第一圖形化層251、252去除以便露出表面26未覆蓋的第一和第二區(qū)域271、272?？蛇x擇地，可以使用溶劑替代第三干法刻蝕來去除(通過溶解)第一圖形化層251、252。
該已被刻蝕的第二半導體層23”包括第一和第二區(qū)域321、322，它們分別形成為源極和漏極端子。
在這種方式中，使用簡單的制造過程成形出了源極和漏極端子321、322以及溝道32。該過程類似于使用半色調(diào)掩模過程，這是因為可以獲得與多厚度的光刻膠形狀相當?shù)牡葍r物。
在所描述的實施例種，第一和第二圖形化層都可以被印刷。但是可以設想，所述的印刷技術可以與公知的薄膜層形成方法例如平板印刷限定相結合。例如，第一圖形化層可以被印刷，而第二圖形化層可以利用沉積和圖形化技術而用常規(guī)的平板印刷限定來形成。
通過閱讀本說明書，其它的變化和變形對于本領域的技術人員來說是明顯的?？梢允褂闷渌挠∷⒀b置2，例如噴墨印刷機。這種變化和變形可以引入等同物和其它已經(jīng)在設計、制造和使用電子器件中采用的特征，這些電子器件包括薄膜晶體管和其組成部件，還可以引入在這里已經(jīng)描述的特征之外的和替代在這里已經(jīng)描述的特征的其它特征。
權利要求
1.一種器件的制造方法，該方法包括提供一層狀結構；在所述層狀結構的表面上形成第一圖形化層，以便對所述表面的第一區(qū)域進行掩模；在所述層狀結構的所述表面層上形成第二圖形化層，以便對所述表面的第二區(qū)域進行掩模并留下所述表面未掩模的第三區(qū)域；在所述第三區(qū)域刻蝕所述層狀結構；和去除所述第二圖形化層并且在所述第二區(qū)域刻蝕所述層狀結構，或者，去除所述第一圖形化層并且在所述第一區(qū)域刻蝕所述層狀結構，其中，所述第一或第二圖形化層中的至少一層是通過印刷形成的。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二圖形化層都是通過印刷形成的。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，所述第二圖形化層的所述印刷包括將所述第二圖形化層與至少一部分第一圖形化層重疊。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的方法，其中，所述第二圖形化層的所述印刷基本上緊隨著第一層的印刷而發(fā)生。
5.根據(jù)權利要求2、3或4中任一項所述的方法，包括印刷帶有第一厚度的所述第一圖形化層，和印刷帶有第二不同厚度的所述第二圖形化層。
6.根據(jù)權利要求2～5中任一項所述的方法，包括使用第一墨來印刷所述第一圖形化層，和使用第二墨來印刷所述第二圖形化層。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中，所述第一和第二墨是不同的。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的方法，其中，所述第一和第二墨被稀釋到不同的濃度。
9.一種根據(jù)前述任何權利要求的薄膜晶體管的制造方法。
10.根據(jù)前述任何權利要求所述的方法，進一步包括提供一襯底；在所述襯底上提供一圖形化的導電柵極區(qū)域；提供一絕緣層覆蓋在所述襯底和所述圖形化的導電柵極區(qū)域上；提供一第一半導體層覆蓋在所述絕緣層上；提供一第二半導體層覆蓋在所述第一半導體層上；提供一金屬化層覆蓋在所述第二半導體層上。
11.根據(jù)權利要求2～10中任一項所述的方法，其中，所述第一層的印刷包括限定出用于形成源極和漏極端子的區(qū)域。
12.一種構造成去執(zhí)行根據(jù)在前任何權利要求所述方法的裝置。
13.一種用于制造薄膜晶體管的裝置，包括印刷裝置，所述印刷裝置被構造成在層狀結構上印刷第一圖形化層以及在層狀結構上印刷第二不同的圖形化層；刻蝕裝置，所述刻蝕裝置被構造成刻蝕所述層狀結構；和去除裝置，構造成去除所述第一圖形化層而留下至少部分第二圖形化層，或者構造成去除所述第二圖形化層而留下至少部分第一圖形化層。
全文摘要
使用例如照相凹版膠印機的印刷裝置制造用于有源矩陣液晶顯示器的薄膜晶體管。在層狀結構(4)上形成第一個第二圖形化層(2文檔編號H01L21/336GK1732560SQ200380107541
公開日2006年2月8日 申請日期2003年12月11日 優(yōu)先權日2002年12月24日
發(fā)明者J·A·查普曼 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司