專利名稱：電子器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子器件，尤其是有機(jī)電子器件以及形成該器件的方法。
背景技術(shù)：
近來，半導(dǎo)電共扼聚合物薄膜晶體管(TFT)已經(jīng)在研究中，用于塑料基片上集成的廉價(jià)邏輯電路(C.Drury等人，APL 73，108(1998))和高分辨率有源矩陣顯示器中的光電集成器件和象素晶體管開關(guān)(H.Sirringhaus等人，Science 280，1741(1998)，A.Dodabalapur等人，Appl.Phys.Lett.73，142(1998))。在具有聚合物半導(dǎo)體和無機(jī)金屬電極以及柵電介質(zhì)層的測試器件構(gòu)造中，已經(jīng)說明了高性能TFT。已經(jīng)達(dá)到高達(dá)0.1cm2/Vs的載流子遷移率和106-108的ON-OFF(開-關(guān))電流比，其可與非晶硅TFT的性能相比(H.Sirringhaus等人，Advance in Solid State Physics 39，101(1999))。
聚合物半導(dǎo)體的一個優(yōu)點(diǎn)是它們本身可以經(jīng)歷簡單和低成本溶液處理。然而，全聚合物TFT器件和集成電路需要形成聚合物導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的橫向圖案的能力。已經(jīng)出現(xiàn)了各種圖案技術(shù)，如光刻(WO 99/10939A2)，絲網(wǎng)印刷(Z.Bao等人，Chem.Mat.9，1299(1997))，軟平版印刷(J.A.Rogers，Appl.Phys.Lett.75，1010(1999))，微鑄模(J.A.Rogers，Appl.Phys.Lett.72，2716(1998))，以及直接噴墨印刷(H.Sirringhaus等人，UK 0009911.9)。
許多直接印刷技術(shù)不能提供限定TFT的源電極和漏電極所需的圖案分辨率。為了獲得足夠的驅(qū)動電流和開關(guān)速度，需要小于10μm的溝道長度。在噴墨印刷的情況下，通過在包含不同表面自由能的區(qū)域的預(yù)構(gòu)圖基片上印刷，已經(jīng)克服了該分辨率問題(H.Sirringhaus等人，UK 0009915.0)。
在專利申請PCT/GB01/04421中，公開了一種方法，其允許通過結(jié)合直接寫印刷和壓印來制造聚合物TFT。該方法基于將包含尖凸出楔陣列的模板(master)壓在包含至少一個聚合物層和至少一個導(dǎo)電層的基片上，并微切割導(dǎo)電層以形成TFT的源電極和漏電極。該公開的方法還可以應(yīng)用于包含多于一個導(dǎo)電層的多層結(jié)構(gòu)，并允許形成垂直場效應(yīng)晶體管(FET)器件，其中在通過壓印步驟形成的垂直側(cè)壁上形成晶體管溝道，以及通過沉積的絕緣或半導(dǎo)電膜的厚度而不是通過高分辨率構(gòu)圖步驟來限定FET的溝道長度。該方法允許低成本地制造具有亞微米溝道長度的FET。
在專利申請PCT/GB01/04421中，還公開了一種用于限定自對準(zhǔn)柵電極的方法。該方法基于使用由壓印步驟產(chǎn)生的表面形狀分布(topographical profile)，該壓印步驟限定源和漏電極以限制柵電極的沉積。
在自對準(zhǔn)器件構(gòu)造中，自動調(diào)整柵電極的位置并與源電極和漏電極對準(zhǔn)。這對于許多電路應(yīng)用很有利，因?yàn)檫@減小了源-漏和柵電極之間的寄生電容。這對于印刷的器件尤其重要，其中沉積的導(dǎo)電電極和互連的寬度傾向于較大，即在20-100μm的數(shù)量級。此外，在如直接噴墨印刷的技術(shù)中滴劑放置的位置精確度通常不足以獲得小的重疊電容。通常，為了確保柵電極與有源溝道區(qū)域到處重疊，并允許滴劑放置的任何統(tǒng)計(jì)偏差，需要相對大的重疊。在自對準(zhǔn)器件中，柵電極被自動限制在源電極和漏電極之間的溝道區(qū)域，而不與導(dǎo)電源漏電極區(qū)域本身重疊，即重疊面積為約LW(L溝道長度，W溝道寬度)，而不是dW(d印刷柵極線的寬度)。這樣，顯著減小了寄生重疊電容。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于在多層結(jié)構(gòu)中形成電子器件的方法，包括將表面形狀分布壓印到基片中，該基片包括第一和第二凹入(凸出)區(qū)域以及將所述第一和第二區(qū)域分開的第三凸出(凹入)區(qū)域，包括在所述第一和第二區(qū)域中沉積導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料的溶液的附加步驟。該方法還可以包括在沉積所述導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料之前選擇性調(diào)節(jié)(modification)所述壓印基片的表面能，以減小所述第三區(qū)域中的所述導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料的溶液的變濕。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于在多層結(jié)構(gòu)中形成自對準(zhǔn)電子器件的方法，包括在第一層中限定表面形狀分布，在所述第一層上沉積至少一個附加、保形(conformal)層，有選擇地調(diào)節(jié)所述附加層的表面能，并在沉積與所述第一層中的表面形狀分布對齊的至少一個附加層的圖案。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于形成垂直溝道場效應(yīng)晶體管的方法，包括這樣的步驟，壓印包含至少一個聚合物層的基片，并將導(dǎo)電電極的一部分推入所述基片中，以形成垂直溝道晶體管的源電極和漏電極。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于通過壓印形成表面能圖案的方法，該方法用于指導(dǎo)用于形成場效應(yīng)晶體管器件的至少一層的材料沉積。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了如權(quán)利要求所述的方法和器件。
本發(fā)明的其它方面包括通過上述和其它方法形成的器件，以及集成電路、邏輯電路、顯示電路、傳感器件和/或包括一個或多個這種器件的存儲器器件電路。優(yōu)選在公共基片上形成所述器件。優(yōu)選在有機(jī)材料的公共層中形成所述器件。
本發(fā)明的優(yōu)選方面涉及這樣的方法，通過該方法可以使用固態(tài)壓印來制造聚合物晶體管器件和電路。


現(xiàn)在將參考附圖只作為實(shí)例來描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1是本發(fā)明的一個實(shí)施例的示意圖，其允許高分辨率地限定平面FET的源和漏電極；圖2是圖1的實(shí)施例的變形的示意圖，其中壓印模板具有尖凸出楔的形狀；圖3是具有與源電極和漏電極自對準(zhǔn)的柵電極的頂部柵極平面FET器件的示意圖；圖4是具有與源電極和漏電極自對準(zhǔn)的柵電極的底部柵極平面FET器件的示意圖；圖5是底部柵極(a)和頂部柵極(b)FET器件的示意圖，其中上層通過由在下層中沉積的電極產(chǎn)生的表面形狀分布自對準(zhǔn)；圖6示出了具有自對準(zhǔn)柵電極的垂直溝道FET的器件結(jié)構(gòu)；圖7示出了具有自對準(zhǔn)柵電極的垂直溝道FET的另一器件結(jié)構(gòu)；圖8示出了用于通過壓印限定表面能圖案的工藝；圖9示出了用于通過壓印限定表面能圖案的另一工藝；圖10示出了局部增加電介質(zhì)層的電容的各種工藝。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了使用壓印以限定FET器件的臨界溝道長度的示意圖?；?是撓性塑料基片，如聚(對苯二甲酸乙二酯)(PET)、聚醚砜(PES)、和聚萘二甲酸乙二酯(PEN)?？蛇x地，基片也可以是剛性基片，如覆有聚合物層的玻璃基片。通過將包含凸出細(xì)部(feature)陣列的壓印工具2壓到基片中，來壓印基片。在升高的溫度下進(jìn)行壓印步驟，該溫度優(yōu)選接近基片或基片上的最上層的玻璃轉(zhuǎn)變溫度。也可以通過將基片1處于其液相，來進(jìn)行壓印步驟。優(yōu)選，選擇聚合物層的厚度大于壓印工具的凸出細(xì)部的高度。如果聚合物層薄于模板的凸出細(xì)部的高度，需要注意減小壓印工具的損壞。在壓印步驟之后，將導(dǎo)電墨水8沉積在壓印溝槽中。可以以液滴的形式例如通過噴墨印刷、噴霧沉積(aerosol deposition)或噴灑涂覆，或以連續(xù)膜的形式例如通過葉片涂覆(blade coating)、旋轉(zhuǎn)涂覆或浸漬涂覆，來沉積墨水。通過毛細(xì)作用，將導(dǎo)電墨水的沉積限制在基片上的溝槽3、4中，該溝槽限定了FET的源電極和漏電極。在限定器件的溝道長度L的窄脊5的頂部上沒有發(fā)生沉積。
為了加強(qiáng)沉積的墨水在溝槽中的限制，有選擇地調(diào)節(jié)窄脊5的頂部上和基片的其它平坦區(qū)域中的表面，以提供在溝槽中的變濕表面和脊6的頂部上的低能量、去濕表面之間的表面能對比。這可以這樣來實(shí)現(xiàn)，首先例如通過使用具有高表面能的極性聚合物層作為基片的壓印表面層1，或通過將基片暴露于O2等離子體或UV/臭氧表面處理，以高能量、變濕狀態(tài)制備基片的整個表面。隨后，將基片與具有自組裝單層(SAM)7的平坦印花6相接觸，該自組裝單層可以與基片表面上的官能團(tuán)相接合。合適的SAM為例如辛基三氯硅烷(C8H17SiCl3)(OTS)或氟代烷基三氯硅烷(CnF2n+1CmF2mSiCl3)或等同甲氧基硅烷。由于基片上的表面形狀分布，將SAM有選擇地只轉(zhuǎn)移到基片的平坦區(qū)域中或脊5上，使這些表面區(qū)域不變濕，用于將要沉積墨水，而溝槽3、4的底部和側(cè)壁保持變濕。通過基片上的表面形狀分布實(shí)現(xiàn)的該選擇性表面調(diào)節(jié)提供了很強(qiáng)的限制力，用于沉積導(dǎo)電墨水。導(dǎo)電墨水的例子包括導(dǎo)電聚合物，例如摻有聚苯乙烯磺酸的聚乙烯二氧噻吩(PEDOT/PSS)，或用于在溶劑中調(diào)配的無機(jī)金屬的金屬納米顆粒或化學(xué)前體溶液的導(dǎo)電無機(jī)懸浮液。該表面調(diào)節(jié)方法將在下面被稱為“平坦印花方法”。
可選地，使用基片上的表面形狀分布的選擇性表面調(diào)節(jié)可以通過其它技術(shù)來限定，該技術(shù)例如以斜角的表面調(diào)節(jié)層的真空蒸發(fā)。如果不將基片保持與從源蒸發(fā)的原子或分子的聚焦束正交，而是一斜角，則基片的凹陷區(qū)域被表面的抬升部分遮蔽。表面調(diào)節(jié)材料只被蒸發(fā)到基片的抬升部分，而沒有被蒸發(fā)到凹陷部分?？梢詫⒁恍┍砻嬲{(diào)節(jié)材料沉積在將抬升區(qū)域與凹陷區(qū)域分開的基片的側(cè)壁上。
在以此方式形成源電極和漏電極9、10之后，通過沉積如區(qū)域規(guī)則型聚(3-己基噻吩)(P3HT)或聚(二辛基氟-共-并噻吩)(F8T2)的半導(dǎo)電材料層11以及如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)聚合物層的12，并通過印刷用于柵電極的導(dǎo)電材料的圖案，來完成器件。柵電極13可以由如PEDOT/PSS或無機(jī)金屬的導(dǎo)電聚合物形成。也可以構(gòu)圖有源半導(dǎo)體或介質(zhì)層，以例如形成器件的有源層島，以減小相鄰器件之間的串?dāng)_。
由脊5的寬度限定的器件的溝道長度優(yōu)選小于20μm，更優(yōu)選小于5μm，最優(yōu)選小于1μm。通過分辨率和聚合物基片的機(jī)械特性確定最小溝道長度，其中通過分辨率可以限定壓印工具上的凸出細(xì)部的圖案，所述機(jī)械特性確定在聚合物基片中壓印的柱的最大孔徑比。適合獲得具有良好孔徑比的窄脊的聚合物是PMMA。
可以使用溝槽3、4的深度來改變源漏電極的導(dǎo)電性。為了獲得半導(dǎo)電有源層的良好電荷注入，希望將溝槽3、4填充到溝槽的頂部，從而有效地平面化沉積導(dǎo)電電極之后的基片表面。為了制造低電阻源和漏電極，可以使用深溝槽，以允許將很厚的導(dǎo)電膜沉積到溝槽中。
壓印溝槽的形狀可以是任何形式，例如正方形(圖1)，或三角形溝槽(圖2)。在三角形溝槽的情況下，可以獲得很高分辨率的構(gòu)圖。此時(shí)，尖脊5的表面實(shí)質(zhì)上是任意小寬度的線。當(dāng)通過使該脊與平坦印花相接觸調(diào)節(jié)它的表面能時(shí)，只通過平坦表面的彈性形變和通過基片表面上的SAM分子的擴(kuò)散來限制限定晶體管的溝道長度的去濕表面區(qū)域的寬度。例如可以通過減小將平坦印花壓在基片上的壓力，并通過減小接觸時(shí)間或通過選擇在基片表面上具有小擴(kuò)散系數(shù)的SAM分子，來實(shí)現(xiàn)最小寬度。圖2中的方法允許容易制造具有亞微米溝道長度的器件。
上述方法可以類似地用于底部柵極器件(其中它是壓印的柵極絕緣體，而不是基片)。在此情況下，需要注意壓印溝槽的深度顯著小于柵電介質(zhì)的厚度，以防止柵電介質(zhì)的電短路。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開了用于形成具有自對準(zhǔn)柵電極的FET器件的方法。為了實(shí)現(xiàn)邏輯電路中的FET的快速開關(guān)，重要的是減小由于柵電極和源/漏電極之間的幾何重疊導(dǎo)致的寄生重疊電容。在傳統(tǒng)器件構(gòu)造中，只能通過減小柵電極的線寬和通過準(zhǔn)確地使柵電極與源/漏電極對齊，來減小重疊電容。當(dāng)使用印刷技術(shù)來限定電極時(shí)，這通常是一種挑戰(zhàn)。為了利用如噴墨印刷的技術(shù)獲得窄線寬，需要形成具有小液滴體積的液滴，并必須通過與先前沉積的圖案準(zhǔn)確對準(zhǔn)的表面能圖案來控制基片上的該液滴的散布。在自對準(zhǔn)器件中，柵電極自動地與先前限定的溝道對準(zhǔn)，并本身被限制到溝道區(qū)域，而不與金屬源/漏電極重疊。
本發(fā)明基于使用在第一層中產(chǎn)生的表面形狀表面分布以限定與在第一層中的表面形狀分布自對準(zhǔn)的上層中的表面能圖案。本發(fā)明的主要特征是在第一層上沉積一層或多層，而不全部平面化第一層中的表面形狀。在本發(fā)明的一個實(shí)施例(圖3)中，在第一步驟，以與圖1所述相似的方式限定源/漏電極的圖案。然而，在此情況下，溝槽沒有被完全填充，并表面表面形狀分布保留在溝槽17、18中沉積導(dǎo)電材料之后的表面上。
如此選擇半導(dǎo)電材料19和柵電介質(zhì)材料20的沉積條件，以例如保護(hù)該表面形狀分布，即需要保形覆層。在溶液沉積的情況下，這可以通過調(diào)節(jié)表面能、聚合物溶液的粘度和聚合物的分子量來實(shí)現(xiàn)?？蛇x地(在如并五苯的小分子量有機(jī)半導(dǎo)體的情況下)，可以通過真空沉積技術(shù)來保形地沉積各層。也可以使用如在表面上聚合物刷的生長的溶液自組裝技術(shù)。
如果使用在基片中的壓印凹陷限定源/漏電極，需要將柵電極限制到柵電介質(zhì)的表面上的變濕凸起上。這可以使用不同技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，在未變濕狀態(tài)下制備柵電介質(zhì)的表面，用于導(dǎo)電柵電極的涂墨。然后通過使基片的表面與平坦印花相接觸來層壓它，該平坦印花包含能夠與表面上的官能團(tuán)相接合并具有包含如羧基酸團(tuán)的極性團(tuán)的尾部的如SAM的表面調(diào)節(jié)材料。與印花相反，然后將脊21的頂部變濕，用于導(dǎo)電柵極材料的涂墨，同時(shí)溝槽的底部保持未變濕，并可以實(shí)現(xiàn)在脊21的頂部上的柵極墨水液滴的自對準(zhǔn)限制。
可選地，在中間步驟，將低表面能聚合物25/26印刷到柵電介質(zhì)的表面上的溝槽中。為了幫助將該聚合物限制在溝槽中，可以通過使用去濕表面調(diào)節(jié)層24的上述技術(shù)有選擇地調(diào)節(jié)柵電介質(zhì)的表面。在疏水聚合物的沉積之后，例如通過低能量O2等離子體或UV/臭氧暴露，將基片的表面變濕。在該步驟期間，脊21的表面再次變濕。如果疏水聚合物是諸如特氟綸AF的含氟聚合物，在變濕處理期間疏水聚合物的表面保持低能量。在最后步驟，然后將柵電極印刷并以自對準(zhǔn)的方式限制到窄脊21?？蛇x地，可以使用疏水聚合物25/26的表面形狀分布來有選擇地調(diào)節(jié)疏水聚合物25/26的表面，以在處理之后再次變成疏水，該處理給脊提供變濕特性。這可以通過上述平坦印花方法來實(shí)現(xiàn)。
圖4示出了具有自對準(zhǔn)柵電極的底部柵極FET器件的可選器件構(gòu)造。在此情況下，首先使用壓印的表面形狀分布和SAM層29在基片上限定柵電極，該SAM層使基片的平坦部分變濕而溝槽的底部和側(cè)壁保持未變濕。這樣，實(shí)現(xiàn)了將柵電極限制到通過壓印步驟限定的脊。在這之后為介質(zhì)層31的保形、未平面化沉積，該介質(zhì)層的表面反映了在基片中壓印的表面形狀分布。然后將介質(zhì)的表面制備為變濕(例如通過將基片暴露到O2等離子體處理或通過使用為源/漏電極的導(dǎo)電墨水變濕的介質(zhì)聚合物如在PEDOT/PSS情況下為聚乙烯苯酚)。隨后，通過使平坦印花與介質(zhì)的表面接觸，有選擇地調(diào)節(jié)表面。該印花包含自組裝單層32，該單層使平坦表面區(qū)域34未變濕。這樣，可以將用于源-漏電極35、36的墨水沉積限制到壓印溝槽。壓印脊限定了器件的溝道。該溝道與下面的柵電極自對準(zhǔn)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，可以通過將材料構(gòu)圖沉積在基片本身上而不需要壓印步驟，來產(chǎn)生將上層中的圖案與下層中的圖案自對準(zhǔn)所需的表面形狀分布。在一個實(shí)施例中，例如通過如在UK 0009915.0中公開的表面能圖案39的幫助下，在基片上限定電極的第一圖案(在圖5(a)中底部-柵極結(jié)構(gòu)中的柵極以及在圖5(b)中頂部-柵極結(jié)構(gòu)中的源/漏極)。電極材料的厚度優(yōu)選大于50nm，最優(yōu)選大于150nm。優(yōu)選以這種方式來沉積材料，其中厚度在電極的區(qū)域上均勻，并且厚度分布在電極的邊緣附近突變。隨后，以這種方式在基片上保形沉積介質(zhì)41和半導(dǎo)電46材料的層，其中由第一電極圖案產(chǎn)生的表面形狀分布保留在表面上用于第二組電極(在圖5(a)中的源/漏電極44/45以及在圖5(b)中的柵電極40)的自對準(zhǔn)沉積。在沉積第二組電極之前，通過使基片與包含SAM的平坦印花相接觸，有選擇地調(diào)節(jié)基片的表面，該SAM被有選擇地轉(zhuǎn)移到基片并降低了表面能。在一些情況下，可能需要沉積機(jī)械支撐層42，以避免平坦印花和基片之間在電極區(qū)域的接觸。如果凸出細(xì)部之間的距離超過臨界距離，該接觸將由印花的下垂來形成，所述臨界距離取決于凸起的高度和印花的剛性。如果利用與第一組電極相似的表面形狀要求，在第一組電極的級別上沉積機(jī)械支撐細(xì)部，也可以防止下垂。
對于上述平坦壓印方法的可選選擇性表面調(diào)節(jié)技術(shù)如下。在將要有選擇地調(diào)節(jié)的波狀表面上，通過例如但不限于旋轉(zhuǎn)涂覆的技術(shù)來沉積平面化犧牲連續(xù)層。合適的平面化聚合物溶液是AccuFlo，可以從Honeywell商業(yè)上獲得。然后將基片暴露于蝕刻步驟，例如暴露于O2等離子體蝕刻步驟，直到再次暴露下面的基片層的抬升部分的表面，同時(shí)鋸齒狀區(qū)域保持被犧牲層保護(hù)。然后例如通過將基片暴露于自組裝分子的蒸汽，調(diào)節(jié)表面層的表面能。在該步驟期間，表面的鋸齒狀部分被犧牲層保護(hù)。然后以這樣的方式除去犧牲層，其中在調(diào)節(jié)部分中的表面能保持不變。例如可以通過在溶劑中清洗基片來除去犧牲層，在溶劑中犧牲層可溶解，而表面層不可溶解。這樣，可以實(shí)現(xiàn)選擇性表面能構(gòu)圖，而不需要使波狀表面與平坦印花物理接觸。
可選地，可以通過暴露于等離子體例如CF4等離子體，來改變基片或隨后沉積的層的表面能。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開了用于垂直溝道場效應(yīng)晶體管的新穎構(gòu)造以及制造該器件的方法。
在垂直TFT(參見例如，A.Saitoh，Jpn.J.Appl.Phys.36，668(1997))中，通過沉積的層之一的厚度來限定溝道長度，與在平面TFT情況下的高分辨率構(gòu)圖步驟不同。在一個可能的構(gòu)造中，首先沉積臺面型結(jié)構(gòu)，包括由薄介質(zhì)層分開的源和漏電極層，該介質(zhì)層的厚度確定TFT的溝道長度。然后通過合適的方法如化學(xué)蝕刻工藝來形成垂直側(cè)壁。在側(cè)壁上沉積半導(dǎo)電和絕緣層，之后沉積柵電極。使用無機(jī)材料制造垂直TFT。它們是有用的，因?yàn)樗鼈冊试S形成亞微米溝道長度而不需要昂貴的光刻工具，而是提供增加的電路速度和驅(qū)動電流。
制造垂直聚合物TFT是困難的，這主要是由于與形成垂直側(cè)壁有關(guān)的問題。由于普通有機(jī)溶劑中聚合物的高溶度以及缺乏各向異性蝕刻機(jī)制，用于形成側(cè)壁的化學(xué)蝕刻方法引起問題，所述各向異性蝕刻機(jī)制即在無機(jī)半導(dǎo)體情況下各向異性蝕刻機(jī)制使蝕刻在一個結(jié)晶方向比其它方向進(jìn)行的更快，允許形成限定很好的刻面。如反應(yīng)離子蝕刻的更具有方向性的物理蝕刻方法在等離子體暴露時(shí)經(jīng)歷電功能聚合物的惡化。
在UK PCT/GB01/04421中說明了一種方法，通過該方法，可以通過利用尖凸出楔微切割聚合物多層結(jié)構(gòu)來限定垂直溝道場效應(yīng)晶體管，以限定在聚合物多層結(jié)構(gòu)中暴露多層結(jié)構(gòu)中的各層的截面的垂直側(cè)壁。該方法基于形成微切割溝槽，其中在壓印步驟期間，材料輸送發(fā)生在基片的平面中的側(cè)面。各層被微切割，并當(dāng)模板插入基片時(shí)通過塑性流動被推到側(cè)面。
在用于形成垂直場效應(yīng)器件的本方法中，在壓印步驟期間的材料輸送主要與基片正交，而不是側(cè)面。在本發(fā)明的一個實(shí)施例(圖6)中，利用包含具有尖邊緣的凸出細(xì)部陣列的工具56，壓印基片54上的導(dǎo)電層55。基片54優(yōu)選是撓性電絕緣基片如PET、PEN或PES，或是包括至少一個電絕緣的撓性聚合物層的剛性基片。尖邊緣的曲率半徑優(yōu)選小于100μm，更優(yōu)選小于10μm。優(yōu)選，凸出細(xì)部具有矩形形狀，盡管也可以是其它凸出形狀。在壓印步驟期間，將導(dǎo)電層55的區(qū)域57推入基片，將區(qū)域57與剩余導(dǎo)電區(qū)域58和59電隔離。這樣，限定了器件的源電極和漏電極。然后用半導(dǎo)電材料60和柵電介質(zhì)61的層保形地覆蓋該結(jié)構(gòu)。最后，沉積柵電極63。優(yōu)選，柵電極與源漏電極自對準(zhǔn)。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，利用表面能阻擋物62的幫助，將柵電極的沉積限制到壓印的溝槽，使用平坦壓印方法將該阻擋物選擇地沉積在基片的平坦區(qū)域中。重要的是溝槽中柵電極的厚度充足以允許晶體管溝道沿晶體管溝道的整個長度積聚。
在該結(jié)構(gòu)中，通過壓印溝槽的深度來限定溝道長度。這可以這樣來控制，在將模板壓印到它的最大深度進(jìn)入基片的情況下，利用壓印模板上的凸起的高度，或者在只將模板部分壓印到基片中即小于最大深度的情況下，利用壓印壓力、時(shí)間和溫度。該方法允許方便限定亞微米溝道長度。
在圖6所示的器件結(jié)構(gòu)中，在壓印溝槽的所有側(cè)壁上形成垂直溝道。對于給定表面積的器件，可以通過增加側(cè)壁的長度，例如通過以螺旋形狀在壓印工具上形成凸起，最大化晶體管電流。
在圖6所示的器件結(jié)構(gòu)中，在柵電極63和源/漏電極58/59之間的重疊電容非常小，而在柵電極和源/漏電極57之間的重疊電容非常大。當(dāng)器件用于例如在邏輯電路或在有源矩陣顯示器中的快速開關(guān)時(shí)，應(yīng)該以這樣的方式連接電極，其中優(yōu)化開關(guān)性能。例如在有源矩陣顯示器配置中，其中在象素電極和柵電極之間的任何重疊電容由于在切換柵極電壓時(shí)在象素電極上出現(xiàn)反沖(kick-back)電壓是不希望的，電極58或59應(yīng)該連接到象素電極，而電極57應(yīng)該連接到數(shù)據(jù)尋址線。
圖7示出了可選器件結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)類似于圖6的結(jié)構(gòu)，但是此時(shí)，半導(dǎo)電材料65是壓印的基片的一部分。在半導(dǎo)電層的頂部，導(dǎo)電層66被粗糙地構(gòu)圖。半導(dǎo)電層的厚度需要與壓印到基片的深度一樣大，以確保從半導(dǎo)電材料完全形成源/漏電極69和68之間的垂直側(cè)壁。通過沉積柵電介質(zhì)71和柵電極73完成該器件。可以使用表面能阻擋物72來幫助將柵電極限制到壓印溝槽。
圖7中的器件配置的一個有吸引力特征是在壓印步驟期間可以沿向下材料輸送的方向，即沿器件中電流的方向?qū)?zhǔn)半導(dǎo)電聚合物的鏈條(chain)。這導(dǎo)致提高了場效應(yīng)遷移率和器件性能。
圖7和6中的結(jié)構(gòu)與UK PCT/GB01/04421相比的主要優(yōu)勢在于在前者的情況下，可以容易獲得在溝道中從源和漏電極的有效載流子注入，因?yàn)榘雽?dǎo)電層和源電極及漏電極在很大區(qū)域上接觸。在UKPCT/GB01/04421中描述的器件構(gòu)造中，至少一個掩埋導(dǎo)電電極只與半導(dǎo)電層在橫截的垂直區(qū)域接觸，該區(qū)域的一邊由掩埋金屬電極的小厚度確定。這可能引起增加寄生源漏接觸電阻，特別是在這樣的情況下，其中半導(dǎo)電材料的電離勢與導(dǎo)電源和漏電極的費(fèi)米能級相比，對于基于空穴導(dǎo)電的器件較大或?qū)τ诨陔娮訉?dǎo)電的器件較小。
在凹陷區(qū)域與導(dǎo)電層的電接觸可以通過打開凹陷區(qū)域中的通孔互連來形成。在凹陷區(qū)域的寬度對于打開通孔互連而不產(chǎn)生與區(qū)域58、59中的導(dǎo)電層電短路的風(fēng)險(xiǎn)太窄的情況下，例如限定凹陷區(qū)域的壓印工具上的凸出楔可能被延伸超過導(dǎo)電層。隨后，可以在距區(qū)域58、59的安全距離，將導(dǎo)電材料的溶液沉積到凹陷溝槽中，溶液被通過毛細(xì)作用輸送通過溝槽并接觸凹陷區(qū)域中的導(dǎo)電材料57。
對于圖6和7所示的器件的可選構(gòu)造是，使用基片的凹陷區(qū)域作為浮橋電極。在此情況下，以這種方式設(shè)置壓印步驟，其中壓印工具將導(dǎo)電層的部分推到基片中，并這樣中斷了在導(dǎo)電層58的第一(未凹陷)區(qū)域和導(dǎo)電層的凹陷區(qū)域之間以及在導(dǎo)電層58的第一(未凹陷)區(qū)域和導(dǎo)電層59的第二(未凹陷)區(qū)域之間的導(dǎo)電性。然后使用導(dǎo)電層的第一和第二區(qū)域作為晶體管的源-漏電極，使用凹陷區(qū)域作為晶體管的溝道中的浮橋電極。浮橋電極縮短了晶體管的溝道長度。器件的有源半導(dǎo)電溝道區(qū)域只包括沿由壓印步驟限定的兩個垂直側(cè)壁形成的兩個垂直溝道。
該器件構(gòu)造不需要與導(dǎo)電層的凹陷部分接觸。它還導(dǎo)致在柵電極和源以及漏電極之間的非常小的重疊電容。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面公開了一種方法，利用該方法，使用壓印來限定用于基片上的導(dǎo)電電極的高分辨率溶液沉積的表面能圖案。
在UK 0009915.0中，公開了一種通用方法，用于通過從溶液沉積到基片上高分辨率構(gòu)圖液體半導(dǎo)電或?qū)щ姴牧?，該基片被?gòu)圖具有高和低表面的區(qū)域。溶液可以通過如浸漬涂覆、葉片涂覆或噴墨涂覆的技術(shù)沉積，并被從低表面/界面能的區(qū)域除去，并有選擇地沉積在基片上的高表面/界面能的區(qū)域中。通過寬范圍的試驗(yàn)技術(shù)，例如通過UK 0116174.4的熱轉(zhuǎn)移印刷，預(yù)限定表面能圖案。
在本發(fā)明中，公開了特定技術(shù)，以限定基于將表面結(jié)構(gòu)壓印到犧牲聚合物層中的表面能圖案。
在本發(fā)明的該方面的一個實(shí)施例中，疏水聚合物層76沉積在親水基片上(圖8)。該疏水聚合物的例子可以是厚度為50nm的聚酰亞胺層。疏水聚合物也可以具有例如通過機(jī)械研磨或通過暴露于線性偏振光加強(qiáng)的對準(zhǔn)的分子結(jié)構(gòu)，以用作對準(zhǔn)層用于隨后沉積的聚合物層。在第二步驟，在頂部沉積犧牲聚合物層77。犧牲聚合物的例子是厚度為500nm的聚乙烯苯酚、酚醛樹脂、或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。然后通過將包含凸出細(xì)部陣列的壓印工具壓入基片，來壓印犧牲聚合物層。在隨后的步驟，通過蝕刻步驟如O2等離子體蝕刻步驟和/或更具有方向性的反應(yīng)離子蝕刻步驟，將壓印圖案轉(zhuǎn)移到疏水聚合物層中，在由壓印工具上的凸出細(xì)部限定的區(qū)域暴露親水基片的表面。在壓印區(qū)域暴露基片的表面之后的很短時(shí)間內(nèi)，停止蝕刻工藝。由于壓印和未壓印區(qū)域之間的厚度差，一些犧牲聚合物保留在未壓印區(qū)域，在蝕刻期間保護(hù)疏水聚合物的表面。在例如通過在犧牲聚合物可溶解的溶劑中清洗基片除去犧牲聚合物層之后，可以使用產(chǎn)生的表面能圖案用于源-漏電極或柵電極和具有窄線寬的互連的高分辨率限定。例如，在該表面能圖案上制造晶體管器件的工藝可以如在UK0009915.0中所詳述。
在另一個實(shí)施例中，直接壓印疏水聚合物，而在頂部沒有犧牲聚合物77。同樣在此情況下，使用如等離子體蝕刻的蝕刻除去保留在壓印區(qū)域中的疏水聚合物的剩余的材料，并暴露基片表面。在此情況下，將疏水聚合物的表面暴露于蝕刻介質(zhì)，并需要注意，蝕刻工藝在疏水基片的表面和暴露基片的表面之間保持大的接觸角度差。
在可選實(shí)施例中，也可以通過親水聚合物如PVP或聚乙烯醇將表面能圖案限定到疏水基片如PET上?？梢砸陨鲜鱿嗤姆绞綐?gòu)圖親水聚合物。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例(圖9)中，如PVP、PMMA或酚醛樹脂的犧牲聚合物被沉積到基片82上，然后被壓印以產(chǎn)生不同厚度的區(qū)域。然后使用如濕蝕刻或優(yōu)選地等離子體蝕刻步驟的蝕刻步驟以在壓印區(qū)域暴露基片表面。然后通過將基片暴露于包含反應(yīng)團(tuán)的分子蒸汽，在暴露的基片區(qū)域中沉積自組裝單層，該反應(yīng)團(tuán)能夠與在基片表面上存在的官能團(tuán)反應(yīng)并在表面上形成自組裝單層(SAM)。例如，在如玻璃烷基氯硅烷的親水基片的情況下，例如辛基三氯硅烷(OTS)、烷基甲氧基硅烷或氟代烷基氯硅烷接合到表面上的羥基團(tuán)并使表面疏水。在暴露于自組裝分子之前，基片也可以被處理，以增加表面上的官能團(tuán)的數(shù)目。該處理可以是化學(xué)處理或等離子體處理的形式。如果通過O2等離子體蝕刻進(jìn)行犧牲層的蝕刻，基片的暴露區(qū)域自動留有大量羥基團(tuán)。
在基片表面調(diào)節(jié)步驟之后，通過在良好溶劑中清洗犧牲聚合物層來除去它。需要注意，完全從基片除去犧牲聚合物，并在基片上沒有任何剩余，這將減小在調(diào)節(jié)的SAM和基片的露出區(qū)域之間表面能的差別。這在高表面能基片的情況下尤其重要，該基片易于被較低能量的聚合物薄層涂覆。這可以通過合適選擇犧牲聚合物來實(shí)現(xiàn)，例如在如玻璃的親水基片的情況下，如PVP的極性聚合物是合適的犧牲聚合物。隨后，如上所述完成器件。
用于通過壓印來限定表面能圖案的該工藝不僅可以用于構(gòu)圖基片級別上的源和漏電極。它可以用于減小互連線的線寬，或以有源層島的形式構(gòu)圖半導(dǎo)電層。它還可以用于器件的高級，例如制造底部柵極結(jié)構(gòu)中的源-漏電極或具有由表面能圖案限定的窄線寬的互連和柵極線。在此情況下，需要注意避免在壓印步驟期間損傷下面的層，以及蝕刻時(shí)間需要謹(jǐn)慎控制，因?yàn)橄旅娴木酆衔飳油ǔ２惶峁┳詣游g刻停止層。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面公開了一種方法，通過該方法，可以使用電介質(zhì)層的厚度的局部改變來局部增加電介質(zhì)層的電容。該方法有用的是，局部增加在晶體管的有源區(qū)域中或在具體電容器的區(qū)域中的柵電介質(zhì)的電容，同時(shí)在剩余區(qū)域中，電介質(zhì)層的電容保持在低值。這最小化了在不需要高電容的區(qū)域中的任何寄生電容。在圖10A中，通過在基片90上沉積源-漏電極92來制造頂部柵極晶體管，該基片還可以包括表面能圖案93，以改善分辨率。然后沉積半導(dǎo)電有源材料93和柵電介質(zhì)94的層。在沉積之后，柵電介質(zhì)的厚度至少在器件的區(qū)域中實(shí)質(zhì)上均勻。然后，壓印柵電介質(zhì)94，以減小它在晶體管的有源溝道上的區(qū)域中的厚度。為了實(shí)現(xiàn)最優(yōu)低寄生源-漏到柵極重疊電容，壓印工具需要與源漏電極對準(zhǔn)，以及其中介質(zhì)層厚度減小的區(qū)域的寬度應(yīng)該只略大于并通常盡可能接近源電極和漏電極之間的溝道的長度。隨后，沉積導(dǎo)電柵電極95的圖案。與例如圖5B示出的自對準(zhǔn)方案不同的是，在柵電介質(zhì)電容局部增加的情況下，柵電極不需要被限制在柵電介質(zhì)94的目標(biāo)區(qū)域。即使沒有限制柵電極沉積，重疊電容也較低。
也可以使用類似的方法來制造隔離電容器，例如用于顯示器中的象素電容器。在圖10B中，除了在有源溝道區(qū)域中的電容外，在與TFT的漏電極92和接地總線98線相連接的象素電極97的區(qū)域中，電容也得到增強(qiáng)。該電容器在有源矩陣顯示器中是有用的，用于減小反沖電壓缺陷。
在圖10C中示出了用于底部柵極TFT的相關(guān)方案。在此情況下，首先在基片上產(chǎn)生表面形狀分布99。通過例如但不限于直接寫入沉積、光刻構(gòu)圖或壓印等技術(shù)產(chǎn)生表面形狀分布。表面形狀分布是這樣的，在晶體管的有源區(qū)域中，表面形狀圖案凸起。然后，在有源溝道區(qū)域的凸出區(qū)域和相鄰的凹陷區(qū)域上沉積柵電極圖案100。然后通過沉積柵電介質(zhì)101，構(gòu)圖的源和漏電極102(可以通過表面能圖案103的幫助)和半導(dǎo)電層104，完成器件。柵電極需要以這樣的方式沉積，其中有效地平面化該結(jié)構(gòu)。可以例如通過調(diào)整旋轉(zhuǎn)涂覆柵電介質(zhì)的配方或通過使用葉片涂覆技術(shù)，來沉積平面化柵電介質(zhì)層的表面的柵電介質(zhì)。
該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于，柵電極不需要被限制在有源溝道區(qū)域(即表面形狀分布的抬升部分)，并仍可以獲得小重疊電容。這允許使用大寬度的柵電極，其有利于其中需要高導(dǎo)電性的柵電極的應(yīng)用。
用于局部增加電介質(zhì)層的電容的器件結(jié)構(gòu)僅是示例性的，該結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于包括底部和頂部柵極構(gòu)造的不同器件結(jié)構(gòu)的范圍。
在所有上述技術(shù)中，優(yōu)選在升高的溫度下進(jìn)行壓印步驟。壓印的基片既可以處于固相，也可以處于液相。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，在略低于將要壓印的基片或?qū)拥牟ＡмD(zhuǎn)變溫度Tg的固相下進(jìn)行壓印步驟。后一溫度通常已知，并可以在例如Polymer Handbook(聚合物手冊)(Eds.，J.Brandrup，H.Immergut，E.A.Grulke，John Wiley& Sons.，紐約，1999)中找到，或可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)熱分析方法容易地確定。優(yōu)選在從Tg之下約50℃到之上約50℃的溫度范圍內(nèi)，更優(yōu)選從所述轉(zhuǎn)變溫度之下約40℃到之上約40℃的溫度范圍內(nèi)，進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的壓印工藝。最優(yōu)選在Tg之下約25℃到之上約25℃之間的溫度范圍內(nèi)。對于半結(jié)晶聚合物，在大約玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg和熔點(diǎn)溫度Tm之間的溫度范圍內(nèi)，進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的微結(jié)構(gòu)方法。后一溫度通常已知，并可以在例如polymer Handbook中找到，或可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)熱分析方法容易地確定。優(yōu)選是從Tg之下約50℃到Tm之下1℃的溫度范圍內(nèi)，更優(yōu)選從Tg之下約25℃到Tm之下2℃的溫度范圍內(nèi)，進(jìn)行微結(jié)構(gòu)工藝。最優(yōu)選在Tg到Tm之下約5℃之間的溫度范圍內(nèi)。其它處理參數(shù)如施加在模板上的負(fù)載和施加的時(shí)間段比較不關(guān)鍵，并可以被容易地調(diào)整以確保實(shí)現(xiàn)穿過一層或多層的模板的希望的穿透。
優(yōu)選使用約1kg/mm2的負(fù)載，在150℃(PVP)、100℃(聚苯乙烯)、105℃(PMMA)下，進(jìn)行長達(dá)60分鐘的壓印。也已經(jīng)示出了其它處理?xiàng)l件以產(chǎn)生滿意的結(jié)果。隨后，在除去壓力和模板之前將樣品冷卻到室溫。
該工藝的一個其它重要特征是將要壓印的基片或模板可以與軟彈性材料接觸，通過該材料以均勻的方式轉(zhuǎn)移壓印期間的壓力，從而在基片上獲得均勻深度的微溝槽。
微切割工具在其上具有微切割凸起。這些適合地采取尖凸出細(xì)部例如脊，鋸齒型結(jié)構(gòu)，釘狀等形式。這些微切割工具的制造工藝和材料對于微切割工藝不是關(guān)鍵。然而，構(gòu)成工具材料應(yīng)該足夠硬，以及凸起足夠尖，從而工具能夠切透層。在工具切割通過多層結(jié)構(gòu)的上層時(shí)，凸出細(xì)部的高度h應(yīng)該超過該層或?qū)⒁懈畹膶拥暮穸萪。這些凸出細(xì)部的特征尺寸例如凸出細(xì)部高度h優(yōu)選在1mm和1nm之間的范圍。更優(yōu)選這些特征尺寸在約100μm和5nm之間，最優(yōu)選在10μm和約10nm之間。為了提供合適的銳度，這些細(xì)部的凸出邊緣的曲率半徑優(yōu)選小于500nm，更優(yōu)選小于100nm，以及最優(yōu)選小于10nm。
尖凸出細(xì)部可以是簡單的幾何形狀(例如線形脊)或更復(fù)雜，例如互相交叉的細(xì)部。合適幾何形狀的例子包括圓錐形或金字塔形凸起的陣列，以及線形凸起的陣列。一種有用的配置是線形并相互平行的凸起。
壓印工具適合包括至少一個切割邊緣，但是優(yōu)選包括多個邊緣。后者允許在一個壓印/微切割步驟中制造多個器件。凸出邊緣可以是相同的幾何形狀或可以相互不同。例如，根據(jù)本發(fā)明的微切割工具可以包括線形邊緣的陣列，通過該陣列例如可以在一個步驟中切割聚合物基片上的預(yù)構(gòu)造的導(dǎo)電層，從而形成例如用于電子器件如薄膜晶體管的電極陣列。
在另一個實(shí)例中，壓印模板可以是平面或柱面形狀，或可以具有任何最適合于將要制造的器件和器件配置以及制造工藝的幾何形狀。柱面形狀的微切割工具尤其有用，因?yàn)樗鼈冊试S在卷帶式(reel-to-reel)工藝中壓印連續(xù)撓性基片。相比于標(biāo)準(zhǔn)批處理，卷帶式制造可以提供更高產(chǎn)量，以及更低成本的能力。在本文中，尤其重要的是優(yōu)選在固態(tài)下進(jìn)行壓印，其中在收回壓印工具之后，壓印的溝槽保持它們的形狀。如果在液態(tài)下進(jìn)行壓印，需要在除去微切割工具之前降低基片溫度，這將難以通過旋轉(zhuǎn)的柱面微切割工具來實(shí)現(xiàn)。撓性工具可以被構(gòu)造為撓性塑料結(jié)構(gòu)，或可以是另一材料的撓性片，例如薄(例如20微米厚)的硅片。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的大區(qū)域壓印工具可以例如通過結(jié)合包括相同或不同離隙(relief)結(jié)構(gòu)的多個壓印工具來制造。柱面形狀的壓印工具可以通過首先形成平面工具并隨后將其成卷或彎曲來制造。
適合的模板可以通過各種現(xiàn)有技術(shù)公知的方法來制造，該方法包括但不限于各向異性蝕刻技術(shù)，光刻方法，電鍍，電成形等。
微切割工具可以通過首先通過各向異性蝕刻技術(shù)在例如硅晶片中形成尖狀細(xì)部制造。該微形狀晶片可以用作工具本身，或隨后使該晶片的復(fù)制品用作工具。如果晶片被成形為希望工具的負(fù)片(negative)，則可以將工具模制在晶片上。如果晶片是希望工具的正版，則形成了晶片的第一復(fù)制品，并然后將工具形成為該第一復(fù)制品的復(fù)制品。該復(fù)制品適合于由例如熱塑料或熱固性聚合物的材料構(gòu)成。這具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，可以在原始模板例如硅晶片中蝕刻出尖溝槽，其通常是比蝕刻尖脊更直接的工藝。該原始材料的聚合物復(fù)制品應(yīng)該足夠硬并能夠切透將要構(gòu)造的層。因此，用于復(fù)制品制造的聚合物具有優(yōu)選大于25℃，更優(yōu)選大于110℃并最優(yōu)選大于150℃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度。后面的溫度通常眾所周知，并可以在例如Polymer handbook(Eds.，J.Brandrup，H.Immergut，E.A.Grulke，John Wiley & Sons.，紐約，1999)中找到。優(yōu)選，使用高玻璃轉(zhuǎn)變、熱固性樹脂來制造復(fù)制的微切割工具，例如氰酸酯樹脂(例如，4，4’亞乙基二苯基二氰酸酯和低聚(e-亞甲基-1，5-亞苯基氰酸酯)，或環(huán)氧樹脂如四官能的四縮水甘油基二氨基二苯基甲烷)。后者可以與芳族硬化劑如4，4’二氨基二苯基砜，DDS混合。為了制造復(fù)制品，通過例如冷卻、熱或光化學(xué)交聯(lián)，與模板結(jié)構(gòu)接觸地澆鑄、注入或反應(yīng)模制并固化如上所述的聚合物熔融物、溶液或預(yù)聚合物液體。例如通過使用合適的表面處理使原始模板表面成為疏水性的，從而使它具有非粘附性，所述表面處理如利用自組裝單層的化學(xué)改變(例如，利用例如十八烷基三氯硅烷、全氟癸基三氯硅烷和烯丙基三甲基硅氧烷，從氣相硅烷基化)。可選地，可以在原始模板的表面上采用剝離涂層或化學(xué)劑如硅油。也可以將該涂層施加到工具的切割表面。
如上所述，可以再次使用原始模板結(jié)構(gòu)的該聚合物復(fù)制品來制造第二、第三或更高代的復(fù)制品(“子模板”)，其具有與原始模板相同的離隙結(jié)構(gòu)或它的負(fù)片。關(guān)鍵是最終的微切割工具包括尖凸出邊緣，如尖脊。為了通過例如壓印、注入或反應(yīng)模制來制造該“子模板”，隨后其可以用于復(fù)制最終的微切割工具，優(yōu)選采用表現(xiàn)出好的非粘附性的聚合物材料，例如全氟化的聚合物、聚烯烴、聚苯乙烯或硅樹脂橡膠(例如聚二甲基硅氧烷)。顯然，該子模板可以被彎曲或成卷或成形為依賴于將要制造的器件和器件結(jié)構(gòu)的最希望的任何幾何形狀，以形成柱面形狀微切割工具或更復(fù)雜幾何形狀的微切割工具。例如，可以使用撓性、聚合物材料，例如聚二甲基硅氧烷或聚烯烴，用于子模板制造。
通過首先在聚苯乙烯，PS(不規(guī)則聚苯乙烯，Mw≈105kg mol-1，Tg≈100℃；Aldrich)中形成負(fù)片復(fù)制品，來制備根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的子模板。為此，在180℃下，利用包括尖溝槽(高度h≈10mm，周期Λ＝500mm，邊緣角α＝70°；MikroMasch，Narva mnt.13，10151，Tallinn，Estonia)的硅模板，在其上施加300g mm-2的額定壓力保持5分鐘，來壓印PS顆粒(參見，Stutzmann，N.Tervoort，T.A.，Bastiaansen，C.W.M.Feldman，K.& Smith，P.Adv.Mater.12，577(2000))。隨后，通過在大氣中室溫下將預(yù)聚合的液體施加到這些壓印的PS膜上并將其固化24小時(shí)，制造根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例第二代聚二甲基硅氧烷(Sylgard硅樹脂彈性體184；Dow CorningCorporation)復(fù)制品。通過首先在110℃下熔化氰酸酯樹脂PrimasetPT15(Lonza)持續(xù)30分鐘、將該熔融物質(zhì)澆鑄在構(gòu)造的PDMS膜上、在170℃下使其固化4小時(shí)、并隨后在200℃下固化24小時(shí)，形成第三代熱固樹脂復(fù)制品，并最終將PDMS復(fù)制品從固化的、表面構(gòu)造的熱固樹脂除去，來制造最終的微切割工具。
為了使用微切割制造復(fù)雜的集成電路，可以制造具有任意楔圖案的微切割工具，其能夠限定任意復(fù)雜電路的臨界器件尺寸。如果通過各向異性蝕刻結(jié)晶晶片來限定該復(fù)雜模板，需要使用如角補(bǔ)償(cornercompensation)的復(fù)雜蝕刻技術(shù)(參見，van Kampen，R.P.和Wolffenbuttel，R.F.J.Micromech.Microeng.5，91(1995)，Scheibe，C.和Obermeier，E.J.Micromech.Microeng.5，109(1995)，Enoksson，P.J.Micromech.Microeng.7，141(1997))，以確保用于切割多層疊層的特定層的工具的所有凸出楔具有相同的高度。
可選地，微切割工具具有非常簡單的楔圖案，例如平行的線形楔的陣列。在此情況下，所有臨界器件尺寸需要被布圖在規(guī)則柵格上。然而，還可以通過適當(dāng)限定將要切割的層的粗糙圖案，并通過在規(guī)則間隔的器件之間沉積適當(dāng)?shù)幕ミB，來限定任意復(fù)雜性的電路。該工藝尤其適合于基于直接印刷和微切割的結(jié)合的卷帶式工藝。在第一步驟中，通過如噴墨印刷的技術(shù)寫入具有合適互連的源漏電極的規(guī)則陣列。然后，通過微切割限定源-漏電極之間的溝道間隙。有源矩陣顯示器是該TFT規(guī)則陣列尤其有用的實(shí)例。
有利的是，在施加壓力步驟期間將微切割工具保持在與多層結(jié)構(gòu)相同的溫度下，例如在5℃內(nèi)?？蛇x地，它們可以在不同的溫度，從而在施加壓力步驟期間微切割工具的溫度與多層結(jié)構(gòu)的溫度差大于5℃。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，導(dǎo)電材料是導(dǎo)電聚合物，例如PEDOT/PSS或聚苯胺(PANI)。然而，這里所述的工藝和器件并不限于利用溶液處理聚合物制造的器件。在電路或顯示器裝置(如下)中的一些TFT的導(dǎo)電電極和/或互連可以由無機(jī)導(dǎo)體構(gòu)成，該無機(jī)導(dǎo)體可以通過印刷膠狀懸浮物或通過在預(yù)構(gòu)圖基片上電鍍來沉積。在不是所有的層從溶液沉積的器件中，可以用如真空沉積導(dǎo)體的難溶導(dǎo)電材料代替器件的一個或多個PEDOT/PSS部分。
對于半導(dǎo)電層，可以使用任何可處理的共軛聚合或寡聚材料的溶液，其顯示出超過10-3cm2/Vs，優(yōu)選超過10-2cm2/Vs的足夠場效應(yīng)遷移率。合適的材料是區(qū)域規(guī)則型聚3己基噻吩(P3HT)或F8T2。為了回顧，參見例如，H.E.Katz，J.Mater.Chem.7，369(1997)，或Z.Bao，Advanced Materials 12，227(2000)。其它的可能性包括小共扼分子，可溶解側(cè)鏈(J.G.Laquindanum等人的J.Am.Chem.Soc.120，664(1998))、從溶液自組裝的半導(dǎo)電有機(jī)-無機(jī)雜化材料(C.R.Kagan等人的Science 286，946(1999))、或如CdSe納米顆粒的溶液沉積的無機(jī)半導(dǎo)體(B.A.Ridley等人的Science 286，746(1999))。半導(dǎo)電材料也可以是真空沉積的有機(jī)半導(dǎo)體如并五苯。半導(dǎo)電材料的厚度優(yōu)選小于200nm，更優(yōu)選小于50nm。
半導(dǎo)電材料也可以是無機(jī)半導(dǎo)體如通過真空或等離子體沉積技術(shù)沉積的薄膜硅。
柵電介質(zhì)優(yōu)選是溶液處理的聚合物層，如PVP，或PMMA?？蛇x地，柵電介質(zhì)可以是氣相沉積的無機(jī)介質(zhì)，例如SiO2或Si3N4或BaTiO3。柵電介質(zhì)的厚度優(yōu)選小于2μm，更優(yōu)選小于500nm。
優(yōu)選，通過直接印刷和溶液處理技術(shù)如噴墨印刷、軟平版印刷(J.A.Rogers等人，Appl.Phys.Lett.75，1010(1999)；S.Brittain等人Physics World May 1998，p.31)、絲網(wǎng)印刷(Z.Bao等人，Chem.Mat.9，1299(1997))以及光刻構(gòu)圖(參見，WO 99/10939)、平印、旋涂、葉片涂覆或滴涂覆、掩蔽涂覆、凸凹涂覆、噴涂、擠壓法或鍍覆，沉積所有的材料。噴墨印刷被認(rèn)為尤其適合于具有良好對齊的大面積構(gòu)圖，尤其用于撓性塑料基片。
然而，一些材料也可以通過氣相或其它適合的方法來沉積。
可以在任何基片材料如玻璃或Perspex，或撓性塑料基片如聚醚砜上，制造器件。該材料優(yōu)選為薄片的形式，優(yōu)選是聚合物材料，并是透明和/或撓性的。在剛性材料如玻璃的情況下，優(yōu)選用一層厚度通常為500nm到1μm的聚合物覆蓋基片，以防止損壞壓印工具，如果將壓印工具壓到剛性基片的表面上，這種損壞將發(fā)生。
盡管優(yōu)選通過溶液處理和印刷技術(shù)來沉積和構(gòu)圖器件和電路的所有層和部件，也可以通過真空沉積技術(shù)沉積和/或通過光刻工藝構(gòu)圖一個或多個部件如半導(dǎo)電層。
當(dāng)通過連續(xù)溶液沉積和印刷步驟來沉積聚合物多層結(jié)構(gòu)時(shí)，層順序的完整性依賴于聚合物材料和正交溶劑的交替沉積，以形成很好的受控界面。具體地，重要的是，在半導(dǎo)電和柵電介質(zhì)聚合物之間的有源界面是突變的，并在任何情況下這樣選擇用于沉積多層結(jié)構(gòu)的溶劑順序，以使前一層在用于沉積下一層的溶劑中的溶解度足夠小。從溶液形成多層結(jié)構(gòu)的技術(shù)在PCT/GB00/04934中已公開。
如上所述制造的如TFT的器件可以是更加復(fù)雜電路或器件的一部分，其中一個或多個這樣的器件可以互相或與其它器件集成在一起。應(yīng)用的實(shí)例包括邏輯電路和用于顯示的有源矩陣電路或存儲器器件，或用戶限定的門陣列電路。
也可以例如通過直接噴墨印刷構(gòu)圖器件的任何半導(dǎo)電或電介質(zhì)層。具體地，可以將半導(dǎo)電層構(gòu)圖為有源層島，以減小在邏輯電路或有源矩陣顯示器中的相鄰晶體管之間的串?dāng)_和泄漏電流。
本發(fā)明并不限于上述實(shí)例。本發(fā)明的各個方面包括這里所述思想的所有新穎和/或創(chuàng)造性的方面，以及這里所述特征的所有新穎和/或創(chuàng)造性的結(jié)合。
本申請人注意這樣的實(shí)事，本發(fā)明以含蓄的或明確的或其任何綜合的方式包括這里公開的任何特征或特征的結(jié)合，而不限于上述設(shè)定的任何限定的范圍。鑒于上述說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯而易見的是，可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種用于在多層結(jié)構(gòu)中形成電子器件的方法，包括以下步驟在橫向延伸的第一層中限定表面形狀分布；在所述第一層上沉積至少一個非平面化層，以使所述或每個非平面化層的表面的表面形狀分布與所述橫向延伸的第一層的表面形狀分布一致；以及在所述最上非平面化層上沉積至少一個附加層的圖案，從而通過所述非平面化層的所述表面形狀分布的形狀限定所述附加層的橫向位置，并由此所述附加層與在所述第一層中的所述表面形狀分布橫向?qū)?zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中從溶液沉積所述附加層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中在沉積所述附加層的所述步驟之前，所述方法還包括進(jìn)行表面調(diào)節(jié)處理的步驟，該處理對所述非平面化層的相對凸出區(qū)域和所述非平面化層的相對凹入?yún)^(qū)域的效果不同，以在所述非平面化層的相對凸出區(qū)域和相對凹入?yún)^(qū)域之間產(chǎn)生表面能對比。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述表面調(diào)節(jié)處理包括選擇性地沉積調(diào)節(jié)所述基片的表面能的表面調(diào)節(jié)材料。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的方法，其中所述基片包括撓性塑料基片，例如聚(對苯二甲酸乙二醇酯)(PET)、聚醚砜(PES)、或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4的方法，其中進(jìn)行所述表面調(diào)節(jié)處理的所述步驟包括通過將所述表面與載有表面調(diào)節(jié)材料的平坦壓模相接觸，層壓所述基片的表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述表面調(diào)節(jié)材料是自組裝單層(SAM)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的方法，其中所述SAM能夠接合到所述表面上的功能基，并具有包含一個極性基的尾部。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的方法，其中通過真空沉積技術(shù)沉積所述非平面化層。
10.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的方法，其中從溶液沉積所述非平面化層。
11.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，還包括將機(jī)械支撐層施加到所述非平面化層的表面的步驟，該步驟用于在進(jìn)行表面調(diào)節(jié)處理的所述步驟期間保持所述平坦壓模與所述非平面化層的相對凹入?yún)^(qū)域分開。
12.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的方法，其中通過壓印所述第一層來形成所述第一層中的所述表面形狀分布。
13.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的方法，其中所述方法還包括，在沉積至少一個非平面化層的所述步驟之前，在所述第一層中的所述表面形狀分布的至少一個凹入?yún)^(qū)域中沉積導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料的溶液的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料的溶液部分填充在所述第一層中的所述表面形狀分布的至少一個凹入?yún)^(qū)域。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14的方法，其中在所述表面形狀分布上沉積導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料的所述步驟之前，所述方法還包括進(jìn)行表面調(diào)節(jié)處理的步驟，該處理對所述第一層的相對凸出區(qū)域和所述第一層的相對凹入?yún)^(qū)域的效果不同，以在所述第一層的相對凸出區(qū)域和相對凹入?yún)^(qū)域之間產(chǎn)生表面能對比。
16.根據(jù)權(quán)利要求13、14或15的方法，其中在所述表面形狀分布上沉積所述導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料的所述步驟顛倒在所述表面形狀分布的相對凸出區(qū)域和相對凹入?yún)^(qū)域之間的表面能對比，從而在所述沉積步驟之前具有相對高的表面能的區(qū)域在所述沉積步驟之后具有相對低的表面能。
17.根據(jù)權(quán)利要求13至16中任意一項(xiàng)的方法，其中在所述第一層中的所述表面形狀分布的區(qū)域上沉積的所述導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料形成所述電子器件的一個或多個功能部件。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中所述電子器件的所述一個或多個功能部件是所述電子器件的電極。
19.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的方法，其中在沉積至少一個附加層的所述步驟之前，所述方法還包括將表面調(diào)節(jié)層施加到所述最上非平面化層的相對凸出區(qū)域或相對凹入?yún)^(qū)域的一個，從而將所述附加層限制到所述最上非平面化層的相對凸出區(qū)域或相對凹入?yún)^(qū)域的另一個。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中在施加表面調(diào)節(jié)層的所述步驟之前，在所述非平面化層的相對凸出區(qū)域或相對凹入?yún)^(qū)域的一個上有選擇地進(jìn)行表面處理步驟。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20的方法，其中所述表面處理步驟包括將所述附加非平面化層變濕以用于沉積所述附加層的步驟。
22.根據(jù)權(quán)利要求19、20或21的方法，其中所述表面調(diào)節(jié)層是低表面能的聚合物。
23.根據(jù)權(quán)利要求3或當(dāng)從屬于權(quán)利要求3時(shí)權(quán)利要求4至22中任意一項(xiàng)的方法，其中進(jìn)行表面調(diào)節(jié)處理的所述步驟包括以斜角在所述基片上沉積表面調(diào)節(jié)材料，從而將所述表面調(diào)節(jié)材料沉積在所述基片的所述凸出部分上，并在沉積所述表面調(diào)節(jié)材料期間通過所述凸出部分遮蔽所述凹入部分。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中所述低表面能的聚合物是含氟聚合物。
25.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的方法，其中所述附加層形成所述電子器件的電功能部件。
26.根據(jù)權(quán)利要求19至24中任意一項(xiàng)的方法，其中根據(jù)所述表面調(diào)節(jié)層的表面形狀分布調(diào)節(jié)所述表面調(diào)節(jié)層的表面能。
27.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任意一項(xiàng)的方法，其中所述方法還包括在沉積至少一個非平面化層的所述步驟之前，在所述第一層中的所述表面形狀分布的至少一個凸出區(qū)域上沉積導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中在所述表面形狀分布上沉積導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料的所述步驟之前，所述方法還包括進(jìn)行表面調(diào)節(jié)處理的步驟，該處理對所述第一層的相對凸出區(qū)域和所述第一層的相對凹入?yún)^(qū)域的效果不同，以在所述第一層的相對凸出區(qū)域和相對凹入?yún)^(qū)域之間產(chǎn)生表面能對比。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或28的方法，其中在所述表面形狀分布上沉積導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料的所述步驟顛倒在所述表面形狀分布的相對凸出區(qū)域和相對凹入?yún)^(qū)域之間的表面能對比。
30.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中在所述第一層中的所述表面形狀分布的區(qū)域上沉積的所述導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料形成所述電子器件的一個或多個電極。
31.根據(jù)權(quán)利要求1到11中任意一項(xiàng)的方法，其中限定表面形狀分布的所述步驟包括在第一層上沉積導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料。
32.根據(jù)權(quán)利要求16到31中任意一項(xiàng)的方法，其中在所述第一層上沉積的所述導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料包括所述電子器件的一個功能部件。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中所述功能部件是所述電子器件的柵電極。
34.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的方法，其中在所述非平面化層上沉積的所述至少一個附加層的所述圖案包括所述電子器件的至少一個功能部件。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中所述至少一個功能部件包括所述電子器件的源和漏電極。
36.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中所述至少一個功能部件包括所述電子器件的源和漏電極。
37.根據(jù)權(quán)利要求1至31中任意一項(xiàng)的方法，其中在所述非平面化層上沉積的所述至少一個附加層的所述圖案包括所述電子器件的一個功能部件。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中所述功能部件是所述電子器件的柵電極。
39.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的方法，其中所述電子器件是晶體管。
40.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的方法，其中沉積至少一個非平面化層的所述步驟包括沉積第一非平面化層和第二非平面化層。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其中所述第一非平面化層是半導(dǎo)體層。
42.根據(jù)權(quán)利要求40或41的方法，其中所述第二非平面化層是電介質(zhì)層。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中所述介質(zhì)層是柵電介質(zhì)層。
44.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的方法，其中所述附加層與所述第一層中的所述表面形狀分布橫向?qū)?zhǔn)，從而所述附加層的邊緣和將所述附加層限制到其上的所述第一層中的所述表面形狀分布的邊界之間的橫向重疊小于10μm。
45.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的方法，其中所述附加層與所述第一層中的所述表面形狀分布橫向?qū)?zhǔn)，從而所述附加層的邊緣和將所述附加層限制到其上的所述第一層中的所述表面形狀分布的邊界之間的橫向重疊小于5μm。
46.根據(jù)以上權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的方法，其中所述附加層與所述第一層中的所述表面形狀分布橫向?qū)?zhǔn)，從而所述附加層的邊緣和將所述附加層限制到其上的所述第一層中的所述表面形狀分布的邊界之間的橫向重疊小于1μm。
47.根據(jù)權(quán)利要求3或當(dāng)從屬于權(quán)利要求3時(shí)權(quán)利要求4至46中任意一項(xiàng)的方法，其中對具有包括至少一個相對凸出區(qū)域和至少一個相對凹入?yún)^(qū)域的表面形狀分布的表面進(jìn)行表面調(diào)節(jié)工藝的所述步驟，包括在所述表面形狀分布上沉積平面化犧牲層；蝕刻所述犧牲層的表面，以暴露所述表面的所述相對凸出區(qū)域，而使所述相對凹入?yún)^(qū)域被所述犧牲層覆蓋，從而限定具有基本平面的上表面的層；對所述表面層進(jìn)行表面能調(diào)節(jié)工藝；以及除去所述犧牲層的所述保留區(qū)域，以暴露所述凹入?yún)^(qū)域。
48.根據(jù)權(quán)利要求47的方法，其中通過旋涂來沉積所述平面化犧牲層。
49.根據(jù)權(quán)利要求47或48的方法，其中通過聚合物溶液沉積所述平面化犧牲層。
50.根據(jù)權(quán)利要求49的方法，其中所述聚合物溶液是包含硅氧烷的有機(jī)基聚合物溶液。
51.根據(jù)權(quán)利要求47至50中任意一項(xiàng)的方法，其中所述蝕刻步驟包括氧氣等離子體蝕刻步驟。
52.根據(jù)權(quán)利要求47至51中任意一項(xiàng)的方法，其中對所述表面層進(jìn)行表面能調(diào)節(jié)處理的所述步驟包括將所述表面層暴露于自組裝分子的蒸汽中。
53.根據(jù)權(quán)利要求47至52中任意一項(xiàng)的方法，其中除去所述犧牲層的所述保留區(qū)域的所述步驟包括在溶劑中清洗所述基片，其中所述犧牲層是可溶的，而所述表面層是不可溶的。
全文摘要
一種用于在多層結(jié)構(gòu)中形成電子器件的方法，包括以下步驟在橫向延伸的第一層中限定表面形狀分布；在所述第一層上沉積至少一個非平面化層，以使所述或每個非平面化層的表面的所述表面形狀分布與所述橫向延伸的第一層的表面形狀分布一致；以及在所述最上非平面化層上沉積至少一個附加層的圖案，從而通過所述非平面化層的所述表面形狀分布的形狀限定所述附加層的橫向位置，并由此所述附加層與在所述第一層中的所述表面形狀分布橫向?qū)?zhǔn)。
文檔編號H01L51/40GK1745487SQ200380109431
公開日2006年3月8日 申請日期2003年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月14日
發(fā)明者托馬斯·M.·布朗, 漢寧·司瑞英豪司 申請人:造型邏輯有限公司