專利名稱：形成薄膜晶體管和相關(guān)系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成薄膜晶體管和相關(guān)系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
薄膜晶體管(TFTs)使用在許多利用半導(dǎo)體裝置的應(yīng)用中，例如在顯示器例如平板顯示器、其他顯示器和類似的中使用的各種微電子電路。其中一個挑戰(zhàn)那些設(shè)計和制作薄膜晶體管的人的難題是制造TFTs的低成本方法和由此導(dǎo)致的低成本TFT結(jié)構(gòu)。
有許多方法可以減低TFT的開發(fā)成本。例如，一個方法是注重制造過程本身并嘗試使用流水線或者另外地減少與制造TFTs相關(guān)的復(fù)雜性。也就是說，有多種制作TFTs的方法，由于包括的處理步驟的優(yōu)點，這些方法實施起來昂貴或技術(shù)上復(fù)雜(附帶的是制作的成本升高)或者兩者都是。另外，還可以注意用來制造TFTs的材料的類型。例如，一些支撐TFT結(jié)構(gòu)的襯底典型地可以比其他的襯底要貴。這是因為襯底的某些類型與其他的類型相比，可以通過較為便宜的方式處理。然而，使用這些襯底類型的時候，在TFT的制造過程中，對于這種材料和采用的處理步驟，也會達到一個平衡。
低成本的TFT制造過程和導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)依然是一個挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述了形成薄膜晶體管和相關(guān)系統(tǒng)的方法。
在一個實施例中，描述了一種使用低溫形成過程的在襯底上面形成源極/漏極(source/drain)材料的方法。使用低溫形成過程在所述源極/漏極材料上面形成通道層。使用低溫形成過程在所述通道層上面形成柵絕緣層。使用低溫形成過程在所述柵絕緣層上面形成柵極。所使用的低溫形成過程是控制在不超過大約200℃的溫度。
在另一個實施例中，描述了一種使用至少一個低溫形成過程在襯底上面形成源極/漏極材料的方法，以便給TFT提供源極和漏極。通道層通過使用低溫形成過程形成在所述襯底上面。該通道層包括與源極/漏極材料不同的材料，并包括非晶硅。要給獨立的TFTs限定通道的通道層的部分暴露在激光下，該激光足以使該部分再結(jié)晶。柵絕緣層通過使用低溫形成過程形成在所述襯底上面。柵極通過使用低溫形成過程形成在所述襯底上面。所使用的低溫形成過程控制在不超過大約200℃的溫度下。
仍是另一個實施例中，薄膜晶體管包括塑料襯底和由所述襯底支撐的一對低溫形成的源極/漏極區(qū)域。覆蓋沉積的低溫形成的通道層提供在所述襯底上面，并包括與源極/漏極材料不同的材料。通道層給TFT限定了通道區(qū)域。覆蓋沉積的低溫形成的柵絕緣層提供在所述通道層上面，并且低溫形成的柵極設(shè)置在所述通道區(qū)域的上面。


圖1是根據(jù)一個實施例的處理中的襯底的剖視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，圖1的襯底處于圖1示出的處理步驟的下一個處理步驟的視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，圖1的襯底處于圖2示出的處理步驟的下一個處理步驟的視圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，圖1的襯底處于圖3示出的處理步驟的下一個處理步驟的視圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，圖1的襯底處于圖4示出的處理步驟的下一個處理步驟的視圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，圖1的襯底處于圖5示出的處理步驟的下一個處理步驟的視圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，圖1的襯底處于圖6示出的處理步驟的下一個處理步驟的視圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，圖1的襯底處于圖7示出的處理步驟的下一個處理步驟的視圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的襯底和相關(guān)的TFT的剖視圖。
具體實施例方式
下面描述的方法和由此導(dǎo)致的系統(tǒng)的實施例提供了低成本高制造性的TFTs。通過由此導(dǎo)致的TFT結(jié)構(gòu)的實施例而獲得的成本效益，在一定程度上，與該TFT本身的一些性能特性作出了平衡。然而，這種平衡仍然給TFTs提供了可在各種電子工業(yè)上使用的合理質(zhì)量。
在此描述的實施例中使用了低溫處理工藝。在一個實施例中，“低溫”是要包括一般低于或至少不高于采用的襯底的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)換溫度的溫度。這并不是說，在一些實施例中該溫度在短時間內(nèi)不能偶然超過所述玻璃態(tài)轉(zhuǎn)換溫度。然而，在這些實施例中，這種溫度偶然不應(yīng)該負面影響所述襯底或者另外地給所述襯底帶來不好影響。
在某些實施例中，柔性和/或塑料襯底例如柔性塑料襯底，用來支撐所述TFT結(jié)構(gòu)。由于在不同的塑料襯底之間玻璃態(tài)轉(zhuǎn)換溫度是變化的，對于許多合適的塑料，低溫處理的一個合理的限制溫度是不高于大約200℃。然而，應(yīng)該理解，較高的限制溫度由選擇的襯底材料決定。
參照圖1，一般地用10代表處理中的襯底，根據(jù)在此描述的實施例，所述襯底可以包括任何合適的在其上可以形成TFT結(jié)構(gòu)的襯底。合適的襯底材料非限制地包括硅、玻璃、聚酰亞胺、Kapton、Mylar以及各種其他聚合或塑料的材料。在一些實施例中，襯底材料選擇成是柔性的。柔性襯底的例子包括多種塑料襯底材料。在一些實施例中，使用滾動條式(roll-to-roll)處理技術(shù)來處理這種柔性襯底，其中所述襯底以卷形提供，隨后卷開并以裝配線類型的方法處理。
在一些實施例中，對合適襯底材料的選擇可以由一個或多個以下因素驅(qū)使希望選擇一種柔性材料、希望選擇一種依照低溫處理技術(shù)可以處理的材料、希望選擇透明的材料(例如以允許背面照明)。
在形成TFT結(jié)構(gòu)之前，襯底10可以以典型的用于所采用的襯底材料類型的方式清潔。
參照圖2，導(dǎo)電材料12、14形成在襯底上面。在本實施例中，所述導(dǎo)電材料的形成是通過使用低溫形成過程而進行的。也可以使用任何合適的過程和任何合適的材料，例如鋁或一些其他的金屬或金屬合金。材料12、14的形成是可選的，這種材料當作隨后形成的源極/漏極區(qū)域的接觸墊。如果導(dǎo)電材料12、14沒有形成，那么接觸墊可以在后面的過程中形成。
關(guān)于導(dǎo)電材料12、14是如何形成的例子可以參考下面。
在導(dǎo)電材料的沉積之前，可以在襯底上面形成一個掩模層，該掩模層要形成敞開窗口的圖樣，該窗口是導(dǎo)電材料沉積的地方和要限定TFTs的源極和漏極的地方。所述掩模層可以包括任何合適的材料，例如是光掩模，該光掩模隨后例如通過激光而形成圖樣以打開所述窗口。所述窗口也可以用例如壓印和取出的技術(shù)機械地打開。例如，使用刻印或沖壓處理可以在源極和漏極區(qū)域上面形成通道圖樣。該過程包括在整個襯底上面施加軟的模板材料例如PMMA，然后使用預(yù)制的模具，在源極/漏極區(qū)域上面形成壓印以有效地移動PMMA并在所述S/D區(qū)域形成空位。然后典型地可以使用氧反應(yīng)離子蝕刻來清潔源極/漏極區(qū)域?qū)⒁纬稍谄渖系谋砻?。在壓印或沖壓步驟后，金屬可以噴射，蒸發(fā)，或另外地形成在整個襯底的上面并進入源極/漏極區(qū)域上的空位中。接著，模板材料(例如PMMA)可以取出以剩下S/D金屬接觸。這個過程可以在低溫下進行，并且沒有任何的光刻步驟和沒有任何的蝕刻(干的或濕的)以限定金屬的特性。
作為另一個關(guān)于導(dǎo)電材料12、14是如何形成在襯底上面的例子，這種材料可以通過使用噴墨微印技術(shù)形成在襯底的上面。在工業(yè)中正進行大量的工作去探索導(dǎo)電材料的噴墨微印。已知的是，導(dǎo)電有機材料例如PEDOT通過使用噴墨處理可以準確地沉積。而且，正在進行工作去開發(fā)用于有機LED制造的噴墨沉積工具。另外，大量的工作集中在懸浮在流體中的金屬的和半導(dǎo)電的微細粒子的噴墨沉積。這方面的工作已經(jīng)顯示出，可以噴墨沉積材料例如CdSe以及提供金屬的和半導(dǎo)電的特性的精確布置。對于在本文中討論的特定應(yīng)用，通過以快速的低成本的滾動條式次序使用噴墨噴頭陣列，人可以用金屬的或半導(dǎo)電的微細粒子的懸浮液去使源極/漏極區(qū)域形成圖樣。
在這個過程中，利用烘烤室和一個或多個烘烤結(jié)構(gòu)的結(jié)合，可以有效地施加導(dǎo)電材料，所述烘烤室接收將要沉積的材料，所述一個或多個烘烤結(jié)構(gòu)例如烘烤阻抗器(resistor)使所述材料核化以便使其從所述烘烤室排出。使用這些技術(shù)，可以獲得非常精確的沉積。
導(dǎo)電材料也可以由噴射形成或另外地在整個襯底上面形成所述材料(例如沒有掩模層)，然后激光熔化或另外地將所述材料移除以形成希望的導(dǎo)電材料12、14，從而限定用于隨后形成的源極和漏極的接觸墊，該源極和漏極用于要形成的TFTs。
參照圖3，源極/漏極材料16、18形成在襯底上面。在本例子中，源極/漏極材料16、18分別形成在導(dǎo)電材料12、14上面并與該導(dǎo)電材料電連通。可以使用任何合適的技術(shù)和材料來形成源極/漏極材料16、18。如圖所示的源極/漏極材料16、18的形成分別提供了源極/漏極支柱20、22，每個支柱包括多層導(dǎo)電材料。雖然在圖中僅示出了兩層獨立層，但是形成額外的層以給形成的TFTs提供源極和漏極也是可以理解的。
例如，當一個掩模層在之前使用了，同一個掩模層還可以使用以允許源極/漏極材料16、18形成在襯底上面。這可以通過以下實現(xiàn)例如，使用低溫CVD過程以將摻雜的(doped)硅或多晶硅沉積在襯底上面。
另一個例子是，其中沒有在之前使用掩模層來選擇性地形成導(dǎo)電材料12、14，源極/漏極材料16、18可以形成在整個襯底上面，然后形成圖樣以提供如圖3所示的結(jié)果結(jié)構(gòu)。可以使用任何合適的技術(shù)來產(chǎn)生圖樣。例如，可以通過使用壓印和取出技術(shù)例如前述的那些來產(chǎn)生圖樣?；蛘撸梢允褂眉す馊刍瘉懋a(chǎn)生圖樣。
可選地，可以在源極/漏極支柱20、22之間的襯底上面形成絕緣層。該層可以使用任何合適的技術(shù)來形成。但是一個示例性的技術(shù)可以包括微印在源極/漏極支柱之間的襯底上面的層。
參照圖4，通道層24分別形成在襯底和源極/漏極20、22上面。
在一個實施例中，通道層通過使用低溫技術(shù)而形成，所述層覆蓋地沉積在整個襯底上面。例如，低溫CVD或噴射技術(shù)可以用來形成所述通道層。在一個實施例中，通道層由非晶硅或a-Si形成。使用低溫形成技術(shù)典型地導(dǎo)致了較低質(zhì)量的通道層。然而，要記得，使用在此描述的所述形成技術(shù)的一個優(yōu)點是保持所希望的低的總制作成本。
作為上述a-Si通道層的一個替換，在一個實施例中該通道層可以由有機材料例如并五苯形成。也可以使用任何合適的有機材料。在這個例子中，并五苯通道層的形成通過使用低溫形成技術(shù)來進行，所述低溫形成技術(shù)包括蒸發(fā)、旋涂和浸漬涂敷。另外，當有機材料用于所述通道層的時候，這種材料可以形成在金屬源極/漏極墊(即導(dǎo)材料12、14)上面并將其覆蓋，而不需要任何摻雜的區(qū)域(即源極/漏極材料16、18)。
當通道層由a-Si形成的時候，位于所述柵極下面的區(qū)域可以通過使用激光再結(jié)晶技術(shù)而選擇地再結(jié)晶以便提供多晶硅。a-Si的激光再結(jié)晶(同樣指“連續(xù)橫向結(jié)晶”或者“SLS”)基本上包括使用由激光提供的能量去發(fā)熱并局部的熔化膜層或表面，以便使其固化成均勻的結(jié)構(gòu)。
參照圖5，使用SLS來使區(qū)域26選擇地再結(jié)晶，以便在所述通道中提供多晶硅。將a-Si再結(jié)晶希望地通過提高所述通道的遷移率而改變了源極和漏極之間的材料的電特性。關(guān)于SLS的更多背景，讀者可以參考以下資料R.Sposilli，J.Im，Applied Physics A 67，第273-276頁(1998)；M.Crowder，P.Carey等人的，IEEE ElectronDevice Letters 19[8]，(1998)；和Sposilli等人的，Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.452，956-957，1997.
當通道層是由有機材料例如并五苯形成的時候，就不使用激光再結(jié)晶了。
作為重要的參考，考慮下面的描述。使用a-Si然后接著激光再結(jié)晶可形成n-通道裝置的TFTs，也就是主要的載體是電子。使用有機材料例如并五苯用于通道層會形成p-通道裝置的TFTs。相應(yīng)地，在同一個處理流程中結(jié)合兩種材料類型可以提供n-和p-類型的互補裝置。
參見圖6，柵絕緣層28形成在襯底上面。在舉例說明和描述的實施例中，柵絕緣層28是通過使用合適的低溫過程而覆蓋地沉積在整個襯底上面。低溫過程的例子包括增強等離子CVD或PECVD和噴射。合適的沉積過程在Stasiak等人的“High Quality DepositedGate Oxide MOSFETs and the Importance of SurfacePreparation”，IEEE Electron Device Letters，Vol.10，No.6，1989中描述了。
任何合適的材料可以用于柵絕緣層，這樣的示例包括各種氧化物(例如SiO2)，氮化物，氮氧化物和類似的，雖然更希望使用氧化物材料。在利用有機材料用于通道層的實施例中，柵絕緣層可以由材料例如絕緣聚合物如聚乙烯苯酚(polyvinylphebol)、聚碳酸脂和類似的形成。
要注意的是柵絕緣層的形成步驟是覆蓋沉積，在本例子中，柵絕緣層是沒有形成圖樣的。因此，在一些例子中，由于源極/漏極支柱20、22的形成，所以不需要形成圖樣。從將制造過程的費用保持得所希望的低的觀點看，這是有利的。另外，所描述的TFTs的形成可以通過使用典型的添加過程而進行。這可以幫助降低制造成本，同時減少例如使用減去過程而會發(fā)生的破壞下面的層的概率。另外，在絕大部分的實施例中，可以避免使用濕化學(xué)處理，這有助于保證不僅下面的層的完整性，還有襯底的完整性。
參照圖7，柵極30形成在襯底上面，特別是在通道區(qū)域上面并與源極/漏極支柱20、22的部分分別重疊。柵極30可以使用任何技術(shù)而形成。
形成柵極的合適的技術(shù)的例子可以參考下面。
在柵極材料的沉積之前，掩模層可以形成在襯底的上面并形成窗口的圖樣，柵極材料將沉積在該窗口處。掩模層可以包括任何合適的材料，例如隨后通過使用如激光以打開窗口形成圖樣的光掩模。該窗口還可以通過使用例如壓印技術(shù)而機械地打開。在該窗口開好了后，柵極材料可以通過例如噴射、蒸發(fā)或其他合適的能夠保持在低溫處理的技術(shù)來沉積。一旦沉積后，掩模層和沒有用來形成柵極的額外的柵極材料可以移除。注意的是這是一個添加的過程。
作為另一個關(guān)于柵極材料是如何形成在襯底上面的例子，這種材料可以使用噴墨微印技術(shù)來形成在襯底上面。這里，通過使用噴墨技術(shù)導(dǎo)電材料有效地以精確的圖樣形式施加。典型地噴墨技術(shù)使用了烘烤室和一個或多個烘烤結(jié)構(gòu)的結(jié)合，所述烘烤室接收將要沉積的材料，所述一個或多個烘烤結(jié)構(gòu)例如烘烤阻抗器使所述材料核化以便使其從所述烘烤室排出。利用這些技術(shù)可以獲得非常精確的沉積。要注意的是這也是一個添加的過程。
柵極材料同樣可以由噴射形成或另外地將該材料形成在整個襯底上面(例如沒有掩模層)，然后激光熔化或另外地將該材料移除以形成所希望的柵極30。另外，壓印和取出技術(shù)可以用來形成所述柵極。
任何合適的材料例如鋁或一些其他類型的金屬或金屬合金可以用于所述柵極。其他合適用作柵極的材料包括導(dǎo)電聚合物，例如PEDOT(聚(3，4-二氧噻吩乙烯))(poly(3，4-ethylendioxythiophene))或聚苯胺(polyaniline)。這些材料在噴墨微印過程中可以非常好地操作。
參照圖8，在形成柵極后，鈍化層32可以形成在襯底上面。任何合適的材料可以用來形成鈍化層。例如，低溫過程可以在襯底上面形成標準的絕緣層?；蛘?，塑料或聚合物的層壓板可以施加在襯底上面以鈍化該襯底。
緊接著鈍化，如果需要的話可以在接觸墊的上面形成通道圖樣。這可以通過例如激光熔化而完成。
希望能夠認識和理解，上述的過程是針對形成頂部柵極的TFTs的，但是類似的技術(shù)也可以用來形成底部柵極的TFTs。
參照圖9，示出了示范性的底部柵極的TFT。適當?shù)厥褂昧伺c上述實施例的類似附圖標記來指代類似的部分，不同之處在于使用了前綴“a”。
在這個例子中，提供了襯底10a，柵極30a形成在其上。該柵極可以使用任何上面描述的技術(shù)來形成，例如添加或減去技術(shù)。柵絕緣層28a形成在襯底上面，并希望地覆蓋沉積在整個襯底上面。通道層24a類似地形成或另外地覆蓋沉積在所述襯底的上面。當通道層由a-Si形成的時候，激光再結(jié)晶步驟可以緊接著通道層的形成。當有機材料用于通道層的時候，不需要使用激光再結(jié)晶。源極/漏極支柱20a、22a分別形成在所述襯底上面。任何上面提到的技術(shù)都可以用來形成源極/漏極支柱。隨后，鈍化層32a形成在襯底上面。
在低成本、低溫度的TFT形成過程方面，各種描述的實施例使不同類型的襯底材料可以使用。通過主要地使用添加過程，各種描述的實施例可以有效地減少處理步驟的數(shù)目。這使得TFTs可以直接設(shè)置在制品上，它們與所述制品結(jié)合使用。
雖然已經(jīng)用文字針對結(jié)構(gòu)特征和/或方法步驟描述了發(fā)明內(nèi)容，但是應(yīng)該理解，附上的權(quán)利要求并不限于描述的特定特征或步驟。而是，特定的特征和步驟是實施本公開內(nèi)容的示范性形式。
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管(TFT)的形成方法，包括使用低溫形成過程在襯底(10)上面形成源極/漏極材料(16，18)；使用低溫形成過程在所述源極/漏極材料(16，18)上面形成通道層(24)；使用低溫形成過程在所述通道層(24)上面形成柵絕緣層(28)；和使用低溫形成過程在所述柵絕緣層(28)上面形成柵極(30)；所述低溫形成過程控制在不超過200℃的溫度下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述通道層(24)的動作包括在所述源極/漏極材料(16，18)的上面形成非晶硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，還包括在形成所述通道層(24)后，將所述通道層的部分暴露在激光下，該激光足以使該部分再結(jié)晶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述通道層(24)的動作包括在所述源極/漏極材料(16，18)的上面形成有機材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述有機材料包括并五苯。
6.一種薄膜晶體管(TFT)，包括塑料襯底(10)；一對由所述襯底(10)支撐的低溫形成的源極/漏極區(qū)域(16；18)；低溫形成的通道層(24)，該通道層覆蓋地沉積在所述襯底(10)的上面，并包括與所述源極/漏極材料(16，18)不同的材料，所述通道層(24)為所述TFT限定了通道區(qū)域；低溫形成的柵絕緣層(28)，其覆蓋地沉積在所述通道層(24)的上面；和低溫形成的柵極(30)，其設(shè)置在所述通道區(qū)域上面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的TFT，其特征在于，所述襯底包括柔性襯底。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的TFT，其特征在于，所述襯底包括透明襯底。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的TFT，其特征在于，所述襯底包括柔性的透明的襯底。
10.一種包含如權(quán)利要求6所述的TFT的電子裝置。
全文摘要
描述了形成薄膜晶體管和相關(guān)系統(tǒng)的方法。在一個實施例中，描述了一種使用低溫形成過程在襯底(10)上面形成源極/漏極材料(16，18)的方法。使用低溫形成過程在所述襯底上面形成通道層(24)。使用低溫形成過程在所述襯底上面形成閘口絕緣層(28)。使用低溫形成過程在所述襯底上面形成閘口(30)。所使用的低溫形成過程是控制在不超過200℃的溫度下。
文檔編號H01L21/336GK1754271SQ200480005270
公開日2006年3月29日 申請日期2004年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月28日
發(fā)明者P·彼得森, J·斯塔西亞克 申請人:惠普開發(fā)有限公司