專利名稱：用于密封薄膜晶體管的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于制造和密封薄膜晶體管的方法。
背景技術：
當薄膜晶體管的半導體層暴露于某種環(huán)境中(例如，濕法處理過程中的溶劑)時，薄膜晶體管(TFT)的性能很可能被退化。因此，為了保護TFT半導體尋求適合的密封材料。特別，關注保護或密封有機半導體。有機薄膜晶體管(OTFT)(亦即，具有有機半導體的TFT)得到關注，作為能夠圍繞低成本電子設備為中心的各種應用的技術。該觀點是有機半導體可以被人工合成，以引入用于各種器件所必需的電性能。這些器件也可以被構造為允許低成本、卷帶處理，該卷帶處理對于晶體硅微電子來說當前是不可能的。但是，有機半導體材料通常是不能容忍濕法處理的。因此用于有機TFT的處理方法被限制。
為保護或密封半導體材料的先前成果可能導致半導體性能降低，特別對于有機半導體。為了防止它們的性能退化，例如，保形的涂敷已被應用于有機半導體器件，但是該涂敷一般降低器件性能或引起故障。許多已知方法還需要不止一個處理步驟。例如，某些方法包括用密封劑密封整個TFT，然后使用光刻術，包括將光刻膠涂敷到該區(qū)域，以保持、刻蝕掉不被該光刻膠保護的區(qū)域，以及選擇性地除去光刻膠。其它已知方法包括涂敷光敏材料的薄膜層(例如，光敏的聚乙烯醇)到半導體層，將該光敏材料暴露于紫外光，然后除去未曝光的光敏材料。

發(fā)明內容
鑒于上述因素，我們認識到需要一種快速的、容易的和較少損壞的密封TFT半導體層的方法，以對環(huán)境提供阻擋層和允許進一步處理，包括將在器件的頂上進行的濕法處理。簡要地，在一個方面，本發(fā)明提供一種用于密封薄膜晶體管的方法。該方法包括(a)提供一種包括柵電極、柵介質、源電極和漏電極以及半導體層的薄膜晶體管；以及(b)通過孔眼掩模(aperture mask)的圖形，在半導體層的至少一部分上蒸氣淀積密封材料。
在另一方面，本發(fā)明提供一種制造薄膜晶體管的方法，該方法包括以下步驟(a)提供一襯底；(b)通過孔眼掩模的圖形，在襯底上淀積柵電極材料；(c)通過孔眼掩模的圖形，在柵電極材料上淀積柵介質；(d)通過孔眼掩模的圖形，鄰近于柵介質淀積半導體層；(e)通過孔眼掩模的圖形，鄰近半導體層淀積源電極和漏電極；以及(f)通過孔眼掩模的圖形在半導體層的至少一部分上蒸氣淀積密封材料。優(yōu)選，制造薄膜晶體管的該方法的步驟按列出的順序來執(zhí)行。步驟(b)至(e)的每個可以是蒸氣淀積，以及該淀積步驟可以按所敘述的順序來執(zhí)行。
在再一方面，本發(fā)明提供一種薄膜晶體管，包括襯底、柵電極、柵介質、源電極和漏電極、半導體層以及半導體層的至少一部分上的蒸氣淀積的密封層。
密封層使器件與其它電子元件絕緣，以及使器件與環(huán)境雜質例如濕氣和水隔離。有利地，可以借助于所述的孔眼掩模，在一個步驟中淀積并構圖密封材料。迄今為止，僅僅可以通過多個步驟來淀積構圖的密封材料。而且，據發(fā)現上述方法提供具有增加的耐溶劑性和耐刮擦的TFT。令人驚訝地，根據本發(fā)明的方法制造的OTFT顯示出幾乎不減小的性能。
此外，整個TFT，包括密封劑層，可以使用孔眼掩模技術來制造。對于標準的孔眼掩模工序，本發(fā)明的方法可以僅僅增加一個附加處理步驟。此外，整個TFT可以在永遠不中止真空的條件下制造。
因此，本發(fā)明的方法滿足快速、容易和較少損壞的密封TFT半導體層的方法的技術需要。


圖1描繪了本發(fā)明的密封薄膜晶體管。
具體實施例方式
薄膜晶體管(TFT)，通常包括柵電極、柵電極上的柵介質、鄰近柵介質的源電極和漏電極，以及鄰近柵介質和鄰近源電極和漏電極的半導體層(例如，參見S.M.Sze，Physics of Semiconductor Devices，2ndedition，John Wiley and Sons，page 492，New York(1981))。這些元件可以以各種結構組裝。
柵電極TFT的柵電極可以是任意有用的導電材料。例如，柵電極可以包括摻雜的硅或金屬，如，鋁、銅、鉻、金、銀、鎳、鈀、鉑、鉭和鈦，以及透明的導電氧化物，如氧化銦錫。導電聚合物也可以被使用，例如聚苯胺或聚(3，4-乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)(PEDOTPSS)。此外，這些材料的合金、組合物和多層可能是有用的。在某些TFT中，相同的材料可以提供柵電極功能和也可以提供襯底的支撐功能。例如，摻雜硅可以用作柵電極并支撐TFT。
柵介質柵介質通常被設置在柵電極上。柵介質使柵電極與TFT器件的平衡(balance)電絕緣。它可以被淀積在TFT上作為分離層，或通過氧化(包括陽極氧化)柵極材料形成在柵極上，以形成柵介質。柵介質優(yōu)選具有約超過2的相對介電常數(更優(yōu)選，約超過5)。柵介質的介電常數可以較高，例如，80至100以上。柵介質的有用材料可以包括，例如，有機或無機電絕緣材料。
無機材料可以用作器件中的溶膠介質(sole dielectric)?？捎糜跂沤橘|的有機材料的特定例子包括聚合的材料，如聚偏1，1-二氟乙烯(PVDF)、氰基纖維素(cyanocelluloses)、聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂等。在2003年5月8日申請的另案待審的申請USSN10/434,377中描述了其它有用的有機材料，在此將其引入作為參考。無機帽蓋層可以包括別的聚合柵介質的外層。
可用于柵介質的無機材料的具體例子包括碳鍶鹽(strontiate)、鉭酸鹽、鈦酸鹽、鋯酸鹽、氧化鋁、硅氧化物、氧化鉭、氧化鈦、硅氮化物、鈦酸鋇、鈦酸鍶鋇(barium strontium titanate)和鋯酸鈦酸鋇(barium zirconate titanate)。此外，這些材料的合金、組合物和多層可以用于柵介質。
柵介質的優(yōu)選無機材料包括氧化鋁、硅氧化物和硅氮化物。
源電極和漏電極源電極和漏電極通過柵介質與柵電極隔開，而半導體層可以在源電極和漏電極之上或之下。源電極和漏電極可以是任意有用的導電材料。包括如上所述的用于柵電極的那些材料的大部分的有用材料，例如，鋁、鋇、鈣、鉻、銅、金、銀、鎳、鈀、鉑、鈦、透明的導電氧化物如氧化銦錫、聚苯胺、PEDOTPSS、其它導電聚合物、其合金其組合物以及其多層。作為公知技術，這些材料的一些適用于n-型半導體材料以及其它材料適用于p-型半導體材料。
半導體半導體層可以包括有機或無機半導體材料。有用的無機半導體材料包括非晶硅、碲、氧化鋅、硒化鋅、硫化鋅、硫化鎘以及硒化鎘(優(yōu)選，非晶硅)。有用的有機半導體材料包括并苯和其替代的衍生物。并苯的特定例子包括并三苯、萘、并四苯、并五苯和替代的并五苯(優(yōu)選并五苯或替代的并五苯，包括氟化的并五苯)。其它例子包括半導電的聚合物、二萘嵌苯、富勒烯(fullerene)、酞菁、低噻吩(oligothiophene)、聚噻吩、聚苯基偏乙烯(polyphonylvinylenes)、聚乙炔、金屬酞菁(metallophthalocyanines)和替代的衍生物。在2003年7月15日申請的另案待審的申請USSN10/620027中描述了有用的二-(2-acenyl)乙炔半導體材料，在此將其引入作為參考。
并苯的替代衍生物包括用至少一個電子-捐贈(donating)基團、鹵原子或其組合物替代的并苯、或用至少一個電子-捐贈基團、鹵原子或其組合物選擇地替代的苯并-成環(huán)的(annellated)并苯或聚苯并-成環(huán)的并苯。該電子-捐贈基團選自具有1至24個碳原子的烷基、烷氧基或硫代烷氧(thioalkoxy)基團。烷基的優(yōu)選例子是甲基、乙基、n-丙基、異丙基、正丁基、仲丁基、正戊基、正己基、n-庚基、2-甲已基、2-乙己基、n-辛基、n-壬基、n-癸酸、n-十二烷基、n-十八烷基、3，5，5-三甲己基(trimethylhexyl)。在2002年9月27日申請的另案待審的申請USSN10/256489和USSN10/256616中教導了替代的并五苯及其制造方法，在此將其引入作為參考。
苯并-成環(huán)的和聚苯并-成環(huán)的并苯的更多細節(jié)可以在已有技術中發(fā)現，例如，NIST Special Publication 922″Polycyclic AromaticHydrocarbon Structure Index″U.S.Govt.Printing Office，by Sander andWise(1997)。
密封劑根據本發(fā)明制造的TFT包括密封層。密封層的有用材料包括可以被蒸氣淀積和具有半導體層的至少10倍電阻率的材料(優(yōu)選至少100倍)。通常，密封層具有至少1×106ohm-em的電阻率。密封層被設置在半導體層的至少一部分上(優(yōu)選，密封材料還至少覆蓋源電極和漏電極的一部分；更優(yōu)選，密封材料覆蓋TFT的有源部分)。密封層可以包括有機或無機材料的任何一種，或兩種都包括。
可用于密封層的有機材料的特定例子包括可以被蒸氣淀積的聚合材料，如，聚偏1，1-二氟乙烯(PVDF)、聚苯乙烯、聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂等。可用于密封層的無機材料的具體例子包括碳鍶鹽(strontiate)、鉭酸鹽、鈦酸鹽、鋯酸鹽、氧化鋁、硅氧化物、氧化鉭、氧化鈦、硅氮化物、鈦酸鋇、鈦酸鍶鋇和鋯酸鈦酸鋇。此外，這些材料的合金、組合物以及多層可以用于密封材料。
優(yōu)選，密封材料是金屬氧化物、金屬氮化物、硅氧化物、硅氮化物或聚對二甲苯基(parylene)。聚對二甲苯基是用來描述聚-p-二甲苯的分類的普通術語，由具有下列結構的二聚物獲得 其中X是H或鹵素。聚對二甲苯基涂層通常通過淀積工藝由它們的各種二聚物涂敷，其中二聚物被蒸發(fā)、熱分解(亦即，分為單體蒸氣形式)并提供給淀積室。淀積工藝是公知技術，例如美國專利號5,536,319中所述。
在此使用的“聚對二甲苯基”包括所有聚對二甲苯基涂層，例如。
以及替代的聚對二甲苯基。
對于某些實施例，透明的密封材料是優(yōu)選的。例如，金屬氧化物的密封層可以為諸如光發(fā)射體和光探測器的器件提供合符需要的透明度。
根據本發(fā)明制造的TFT可以包括密封材料的多個層，以提供很好的阻擋性能。例如，根據本發(fā)明制造的TFT可以選擇性地包括在密封材料的頂上的金屬層。通常，金屬提供優(yōu)異的阻擋性能。但是，如果金屬被直接放置在器件上，TFT將短路。因此，密封層必須在金屬層和TFT之間。用于金屬層的適合材料包括，例如，鋁、鉻、金、銀、鎳、鈀、鉑、鉭、鋅、錫、銦和鈦。
據估計在密封材料的頂上可以層疊附加的有源層，可能包括增加的器件。在疊層的頂上也可以用密封材料密封這些層疊的器件。因此可以使用本發(fā)明的方法制造被密封材料分開的器件的多個層。
襯底根據本發(fā)明制造的TFT可以被設置在襯底上。在制造、測試和/或使用過程中該襯底典型地支撐TFT。例如，一個襯底可以被選擇用于測試或篩選各個實施例，同時其它襯底被選擇用于商用實施例。選擇性地，襯底可以提供用于TFT的電功能。有用的襯底材料包括有機和無機材料。例如，襯底可以包括無機玻璃、陶瓷箔、聚合材料(例如，丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酰胺、聚碳酸脂、聚酰亞胺、聚酮、聚(氧代1，4-亞苯氧基(phenyleneoxy)-1，4-亞苯基羰基(phenylenecarbonyl)-1，4-亞苯基)(有時稱為聚(醚醚酮)或PEEK)、聚降冰片烯、聚亞苯基氧化物(polyphenyleneoxide)、聚(乙烯萘基二羧酸(ethylenenaphthalenedicarboxylate))(PEN)、聚(對苯二甲酸乙二酯)(PET)、聚(亞苯基硫化物)(PPS))、填充的聚合材料(例如，纖維-增強的塑料(FRP))、纖維狀材料，如紙和紡織品和涂敷的或未涂覆的金屬箔。
在本發(fā)明的某些實施例中使用柔性襯底。這些材料允許輥軋?zhí)幚?，可以是連續(xù)的，提供超過平坦和/或剛性襯底規(guī)模經濟和制造經濟。所選的柔性襯底優(yōu)選能夠圍繞約小于50cm直徑(優(yōu)選，約小于25cm直徑；更優(yōu)選，約小于10；最優(yōu)選約小于5cm)的柱體周邊纏繞，不變形或破裂。用來圍繞特定柱體纏繞本發(fā)明的柔性襯底的壓力一般地是低的，如通過無人幫助的手(亦即，沒有桿、機器、液壓裝置等的輔助)。優(yōu)選的柔性襯底可以在它自己上輥軋。
制造薄膜電極(亦即，柵電極、源電極和漏電極)可以通過任意有用的方法提供，例如，電鍍、噴墨印刷或汽相淀積(例如，熱蒸發(fā)或濺射)。優(yōu)選，通過汽相淀積提供薄膜電極。半導體層可以通過任意有用的方法提供，例如溶液淀積、旋涂、印刷技術或汽相淀積(優(yōu)選，通過汽相淀積)。密封材料可以通過汽相淀積并使用孔眼掩模構圖來提供。
薄膜電極和半導體的圖形可以通過已知的方法來完成，如孔眼掩模、加法光刻、減法光刻、印刷、微接觸印刷和圖形涂敷(優(yōu)選，通過孔眼掩模)。密封材料的圖形可以使用孔眼掩模來完成。
在本發(fā)明的某些實施例中，通過一個或多個孔眼掩模的圖形蒸氣淀積柵電極、柵介質、半導體層、源電極和漏電極以及密封材料。對于元件層的淀積，可以使用包括一個或多個孔眼掩模的多個圖形。單個層可以通過一個或多個孔眼掩模上的相同或不同的圖形來淀積?？籽垩谀Ｄ軌虻矸e希望的材料和同時用希望的圖形形成材料。由此，在淀積之前或之后不需要分開的構圖步驟。
優(yōu)選，TFT層或部件通過由聚合物材料如聚酰亞胺或聚酯形成的孔眼掩模的圖形來淀積。聚合物孔眼掩模一般具有約5微米和約50微米之間的厚度。用于孔眼掩模的聚合材料的使用提供超過其它材料的優(yōu)點，包括易于孔眼掩模的制造、降低孔眼掩模的成本以及其它優(yōu)點。但是，非聚合材料，如硅、金屬或結晶材料可以被使用。由于折皺或永久性彎曲的意外形成，聚合物孔眼掩模是柔性的以及通常很少被損壞。此外，聚合物孔眼掩模很少損壞現有的淀積層。此外，某些聚合物掩?？梢杂盟崆逑?。
通過一個或多個孔眼掩?？梢缘矸e兩個或更多的TFT層或部件，或每個TFT層或部件可以通過一個孔眼掩模淀積。淀積孔的布置和形狀取決于由用戶預想的TFT和電路布局經歷各種變化。一個或多個淀積孔可以形成為具有約小于1000微米的寬度(優(yōu)選，約小于50微米；更優(yōu)選，約小于20微米；更加優(yōu)選，約小于10微米；最優(yōu)選，約小于5微米)。通過形成具有在這些范圍內的寬度的淀積孔，可以減小TFT或電路元件的尺寸。而且，兩個淀積孔之間的距離(間距)可以約小于1000微米(優(yōu)選，約小于50微米；更優(yōu)選，約小于20微米；最優(yōu)選約小于10微米)，以減小各個TFT或電路元件的尺寸。當制造、使用、重使用或重定位孔眼掩模時，部件之間的距離，如孔之間的距離或子圖形之間的距離可以再重現在約1.0％的范圍內(優(yōu)選，約0.5％，更優(yōu)選約0.1％)。
激光燒蝕技術可以用來在聚合物孔眼掩模中限定淀積孔的圖形。由此，由聚合膜形成的孔眼掩?？梢栽试S使用可以較便宜、較不復雜的制造工藝，和/或比與諸如硅掩?；蚪饘傺谀５钠渌籽垩谀ＭǔＰ枰哪切┘夹g相比更精確。而且，因為激光燒蝕技術可以用來產生圖形，圖形的寬度可以被制成更加大于常規(guī)圖形。例如，激光燒蝕技術可以便于圖形的形成，以便圖形的寬度約大于1厘米、約大于25厘米、約大于100厘米、甚至約大于500厘米。這些大的掩模，可以是網的寬度，且是非常長的(例如，輥的長度)，然后可以用于淀積工序，以產生分布在大的表面積上和被大距離分開的TFT或電路元件。
另外，如果孔眼掩模由硅晶片形成，那么可以使用反應離子刻蝕或激光燒蝕產生孔的圖形。金屬掩膜可以通過各種技術來制造，包括，例如常規(guī)加工、微機械加工、金剛石加工、等離子體或反應離子刻蝕以及放電加工(EDM)或電火花腐蝕加工。
TFT層或部件也可以通過掩模組的一個或多個分開的孔眼掩模來淀積。掩模組包括供淀積工藝用的大量孔眼掩模。掩模組可以包括許多孔眼掩模，例如，取決于將在淀積工序中產生的TFT或電路元件。掩模形成“組”，其中每個掩模可以對應于TFT或集成電路內的TFT或電路元件的特定層或組。每個孔眼掩?？梢杂玫矸e孔的圖形來形成，該淀積孔的圖形限定TFT或電路的層的至少一部分。
掩模組中的每個孔眼掩模優(yōu)選包括聚合物。然后激光燒蝕技術可以用來形成如上所述的一個或多個淀積孔。
淀積臺可以用于執(zhí)行汽相淀積工序，其中材料被蒸發(fā)并通過孔眼掩模淀積在襯底上。淀積臺一般是真空室。在接近襯底放置孔眼掩模之后，通過淀積單元蒸發(fā)將被淀積的材料。淀積單元可以包括材料的舟(boat)，該材料被加熱以蒸發(fā)該材料。蒸發(fā)的材料通過孔眼掩模的孔(多個孔)淀積在襯底上，以在襯底上限定TFT或電路層的至少一部分。在淀積時，材料形成被孔眼掩模限定的圖形。當在真空室中蒸氣淀積本發(fā)明的TFT的每個層(亦即，柵電極、柵介質、半導體、源電極和漏電極以及密封材料)時，可以整體制造TFT而不中止真空。
當柔性孔眼掩模被制得足夠地大時，例如，包括具有大尺寸的圖形，可能產生下陷問題。具體，當這種柔性的孔眼掩模被接近淀積襯底放置時，由于柔性孔眼掩模上的萬有引力，柔性孔眼掩模可能下陷。當孔眼掩模位于淀積襯底下面時，該問題通常最明顯。而且，由于柔性孔眼掩模被制得越來越大，下陷問題可以復合。
各種技術可用來解決下陷問題或別的方法控制淀積工序過程中孔眼掩模中的下陷。例如，柔性孔眼掩?？梢跃哂锌梢钥蓜拥卣掣降降矸e襯底的表面的第一側面，以便于在淀積工序過程中孔眼掩模和淀積襯底之間的最緊密接觸。具體，第一側面可以包括在淀積工序之后可以被除去的壓敏粘結劑。
控制下陷的另一方法是使用磁力。例如，孔眼掩?？梢园ň酆衔锖痛判圆牧?。磁性材料可以被涂敷或層疊在聚合物上，或可以滲透到聚合物中。例如，磁性顆粒可以被分散在用來形成孔眼掩模的聚合材料內。當使用磁力時，在淀積臺內可以施加磁場，以控制孔眼掩模中的下陷的方式吸引或排斥磁性材料。
控制下陷的另一方法是使用靜電?？籽垩谀？梢园ū混o電地涂敷或處理的聚合物。電荷可以被應用于孔眼掩模、淀積襯底或兩種，以控制孔眼掩模中的下陷的方式提高靜電引力。
控制下陷的另一方法是拉伸孔眼掩模。拉伸單元可以被實現，以拉伸孔眼掩模至足以減小、消除或別的方式控制下陷的量。因為掩模被緊密地拉伸，因此可以減小下陷。為了控制下陷，使用拉伸，孔眼掩模必須具有可接受的彈性系數。
附加地，拉伸聚合孔眼掩模的原理也可以用來正確地對準用于淀積工序的孔眼掩模。
TFT和電路制造的另一挑戰(zhàn)使用孔眼掩模淀積技術，涉及在淀積襯底上使孔眼掩模與淀積層對準的困難。而且，因為淀積越來越多TFT或電路層，對準問題可以被復合。
因此孔眼掩?？梢园ň哂袑蔬吘壍难谀Ｒr底。淀積孔的圖形可以相對于對準邊緣被限定在掩模襯底中，以便掩模襯底的邊緣的空間定位對準用于淀積工序的圖形。如果掩模組中的每個掩模形成有相同的定位邊緣，那么在連續(xù)的淀積過程中該掩?？梢韵鄬τ诘矸e層被容易地對準。
該淀積襯底可以包括定位邊緣，該定位邊緣基本上對應于孔眼掩模的定位邊緣。以此方式，孔眼掩模的邊緣和淀積襯底的邊緣的空間定位相對于用于淀積工序的淀積襯底正確地對準與淀積孔相關的圖形。此外，如上所述，如果掩模組中的每個掩模具有相似的定位邊緣，那么在連續(xù)的淀積中容易實現每個掩模相對于淀積層的定位。
孔眼掩模圖形也可以形成在一個或多個柔性膜的延伸網中。通過在網中形成的孔眼掩模圖形可以連續(xù)地淀積材料，以限定TFT或電路的層或元件。淀積襯底也可以由延伸的網形成，以及淀積襯底網可以通過一系列淀積臺饋送。每個淀積臺可以具有用孔眼掩模圖形形成的其自己的延伸網。
優(yōu)選，柔性掩模是足夠柔軟的，以便它可以被纏繞，從而形成輥，而不損壞。柔性掩模也可以是可拉伸的(例如，在交叉-網方向上、向下-網方向或兩這方向都可拉伸)，以便它可以被拉伸，從而實現精確的定位。柔性掩?？梢杂梢粋€或多個各式各樣的聚合物構成，例如，聚酰亞胺、聚酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸脂等。優(yōu)選，柔性掩模包括聚酰亞胺。柔性膜的網一般至少約3cm的寬度，以及約小于200微米的厚度(優(yōu)選，約小于30微米；更優(yōu)選約小于10微米)。
激光燒蝕技術可以用來在柔性薄膜的網中限定淀積孔圖形?？籽垩谀D形具有多種形狀和尺寸。柔性材料的網中形成的每個孔眼掩?？梢韵薅ù罅繄D形。不同的圖形可以限定TFT或電路的不同層，或不同的圖形可以限定相同TFT或電路層的不同部分。
在其它情況中，不同的圖形可以基本上是相同的。然后每個不同的圖形可以用來產生用于不同TFT或電路的基本上相似的淀積層。例如，在直排網工序中，淀積襯底的網可以垂直通過孔眼掩模。在每次淀積之后，淀積襯底的網可以直排移動，用于下一淀積。因此，第一圖形可用于在淀積襯底的網上淀積一個層，然后第二圖形可以用于類似的淀積工序，使淀積襯底的網進一步向下。在淀積襯底的不同部分上或在一個或多個不同的淀積襯底上也可以再使用包含圖形的孔眼掩模的每個部分。
直排孔眼掩模淀積技術可以通過例如滑動用孔眼掩模圖形形成的聚合薄膜經過淀積襯底來進行。聚合薄膜的網中的第一圖形可以與淀積襯底對準，以及可以執(zhí)行淀積工序，以根據第一圖形在淀積襯底上淀積材料。然后，聚合薄膜的網可以被移動，以便第二圖形與淀積襯底對準，以及可以執(zhí)行第二淀積工序。對于聚合薄膜的網中形成的大量圖形，該工序可以被重復。通過在不同的淀積襯底或相同襯底的不同部分上重復上述步驟，可以再使用聚合薄膜的孔眼掩模圖形。
直排孔眼掩模儲淀積技術也可以使用淀積襯底來進行，該襯底包括網。亦即，孔眼掩模和淀積襯底都可以包括網。該網可以由例如聚合材料制成。另外，淀積襯底網可以包括運載一系列分立襯底的運輸網?？籽垩谀＞W中的第一圖形可以與用于第一淀積工序的淀積襯底網對準。然后，孔眼掩模網和淀積襯底的任何一個或兩者都可以被移動，以便孔眼掩模網中的第二圖形與淀積襯底網對準并執(zhí)行第二淀積工序。如果孔眼掩模網中每個孔眼掩模圖形是基本上類似的，那么該技術可用于沿淀積襯底網在大量連續(xù)的位置中淀積相似的淀積層。
在2002年2月14日申請的另案待審的申請10/076003、10/076005和10/076174中可以發(fā)現關于孔眼掩模的更多細節(jié)，在此將其引入作為參考。
可選的層本發(fā)明還提供一種薄膜晶體管，包括在所述的有機半導體和柵介質之間布置的表面處理層。該表面處理層可以選自非氟化的聚合物層、自-組裝的單層、硅氧烷聚合物層。該表面處理層提供具有超過巳知器件的一個或多個改進的OTFT，包括諸如閾值電壓、亞閾值斜率、導通/截止比率和電荷-載流子遷移率的性能改進。此外，該表面處理層可以獲得至少一種性能的大改進，如電荷-載流子遷移率，同時保持其它OTFT性能在所希望的范圍內。由本發(fā)明提供的器件性能的改進能夠通過復雜電路的較簡單的處理條件來產生，該復雜電路與沒有表面處理層制造的OTFT相比具有更高的工作速度。該表面處理層也能夠制造較大的電路元件，具有可比得上有非常小特征的器件的性能。具有大特征尺寸的器件可能是價格低廉的，因為它們不需要昂貴的精確構圖方法。
表面處理層可以包括在柵介質和半導體層之間插入的基本上非氟化的聚合層(“聚合層”)。在此使用的“基本上非氟化”意味著具有氟取代基的聚合層中的碳約小于5％(優(yōu)選，約小于1％；更優(yōu)選0％)。該聚合層可以增加一種或多種性能，如閾值電壓、亞閾值斜率、導通/截止比率和電荷-載流子遷移率。
聚合層適用的材料包括由單體的前體衍生的聚合物、單體和包括芳香-官能段(例如，芳香熱固性聚合物，如聚亞芳基(polyarylene))的低聚物；以及由開環(huán)聚合衍生的聚合物(例如，直鏈或分支C1-C18烷基-替代的降冰片烯，三烷氧基甲硅烷基(trialkoxysilyl)-替代的降冰片烯、5-降冰片烯-2-羧酸的酯、2-膦?；?5-降冰片烯的酯，1，4-環(huán)辛二烯以及二環(huán)戊二烯)。
聚合層也可以包括具有根據該化學式的互聚單元的聚合物
在互聚單元的約50至100％的量中，根據該化學式的互聚單元的0至約50％ 其中當R1和X不同時，每個R1和R2包括獨立地選自氫、C1-C20脂肪族、氯、溴基、羧基、酰氧基、腈、氨基、烷氧基、碳環(huán)氧基、芳氧基、氯化的脂肪族、溴化的脂肪族、C6-C20芳基、C7-C20芳基烷基(arylalkyl)、羥基的基團以及其組合物，該組合物可以包含一種或多種異質原子和一種或多種官能團；以及每個X獨立地包括能鍵合到柵介質的官能團(例如，-PO3H2、-OPO3H2和三甲氧基甲硅烷(trimethoxysilyl)。此外，至少兩個R1，R2和/或X基團的任意組合可以在一起形成環(huán)狀的或多環(huán)的脂肪族、芳香烴或多環(huán)的芳基。
具有化學式I和選擇性地化學式II的互聚單元的材料的具體例子包括同聚物，諸如聚苯乙烯、聚(1-己烯)、聚(甲基丙烯酸甲酯(methylmethacrylate))、聚(苊烯)、聚(乙烯萘)、聚(丁二烯)、聚(醋酸乙烯酯)和由α-甲基苯乙烯、4-叔-丁基苯乙烯、2-甲基苯乙烯、3-甲基苯乙烯和4-甲基苯乙烯衍生的那些材料。在這種同聚物例子中，根據化學式II聚合層包括0％的互聚單元。
聚合層通常具有約小于400埃(的厚度(優(yōu)選，約小于200；更優(yōu)選，約小于100)以及至少約5(優(yōu)選，至少約10)。它可以通過汽相淀積設置在柵介質上。
根據本發(fā)明制造的TFT也可以選擇性地包括在柵介質和半導體層之間插入的自組裝單層。在此使用的術語“自組裝單層”或“SAM”指約5至約30厚度的數量級的單分子層。SAM是柵介質和SAM的前體之間反應的產物。SAM前體典型地包括具有該化學式的組合物X-Y-Zn其中X是H或CH3；Y是線性或枝狀的C5-C50脂肪族或環(huán)狀的脂肪族連接基團，或線性的或枝狀的C8-C50基團，包括芳基和C3-C44脂肪族或環(huán)狀的脂肪族連接基團；Z選自-PO3H2、-OPO3H2、苯并三唑基(benzotriazoylyl)(-C6H4N3)、羰基氧基苯三唑(carbonyloxybenzotriazole)(-OC(＝O)C6H4N3)、氧苯三唑(oxybenzotriazole)(-O-C6H4N3)、氨苯三唑(aminobenzotriazole)(-NH-C6H4N3)、-CONHOH、-COOH、-OH、-SH、-COSH、-COSeH、-C5H4N、-SeH、-SO3H、異腈(-NC)，氯二甲基甲硅烷基(chlorodimethylsilyl)(-SiCl(CH3)2)、二氯甲基甲硅烷基(dichloromethylsilyl)(-SiCl2CH3)、氨基和磷酰基；以及n是1，2或3，假如當Z是-SiCl(CH3)2或-SiCl2CH3時，n是1。
適合的SAM前體包括，例如，1-膦?；镣?phosphonooctane)、1-膦酰基己烷(phospbonohexane)、1-膦?；?2-乙基己烷(ethylhexane)、1-膦?；?2，4，4-三甲基戊烷(trimethylpentane)、和1-膦?；?3，5，5-三甲基己烷(trimethylhexane)以及1-膦酰基-3，7，11，15-四甲基十六烷(tetramethylhexadecane)。
SAM前體可以通過巳知的方法設置在柵介質上，例如，通過諸如噴射、旋轉、浸漬、凹版印刷、微接觸、噴墨印刷、壓印、轉印或汽相淀積的涂敷處理。單層前體允許與柵介質表面相互作用。相互作用或反應可以是瞬時的或可以需要時間，無論在哪種情況下，增加溫度可以減小需要的時間。當SAM前體的溶液被設置在柵介質層上時，通過與所涉及的材料相容的方法除去該溶劑，例如通過加熱。在有機半導體的淀積之前，任意過剩的SAM前體一般被漂洗掉。
SAM添加到TFT可以提供超過缺少SAM的器件的性能改進，諸如閾值電壓、亞閾值斜率、導通/截止比率、電荷-載流子遷移率等性能。
在OTFT中，表面處理層也可以包括在柵介質和有機半導體層之間插入的、具有約小于400厚度基本上是硅氧烷的聚合層(硅氧烷聚合層″)。硅氧烷聚合層包括基本上非氟化的聚合物，具有根據該化學式的互聚單元 其中每個R3獨立地包括選自氫、C1-C20脂肪族、C4-C20脂環(huán)族、芳烷基或芳基的基團及其組合物，其組合物可以包含一種或多種異質原子和/或一種或多種官能團。在此使用的“異質原子”意味著非碳原子如O、P、S、N和Si以及“基本上非氟化”意味著具有氟取代基的聚合層中的碳約小于5％(優(yōu)選，約小于1％；更優(yōu)選0％)。
硅氧烷聚合層具有約400埃()的最大厚度，更優(yōu)選約小于200，最優(yōu)選約小于100。硅氧烷聚合層通常具有至少約5的厚度，更優(yōu)選至少約10。該厚度可以通過巳知方法來決定，例如，橢圓光度法。
用于R3基團的特定選擇包括，例如，甲基、苯基，2-苯乙基、C2-C18脂族基團，以及包括但是不限于羥基、乙烯基、5-己烯基、氫、氯、3-(甲基)烯酰氧基丙基(acryloxypropyl)、3-巰丙基(mercaptopropyl)、3-環(huán)氧丙氧基丙基(glycidoxypropyl)、2-(3，4-環(huán)氧環(huán)己基(epoxycyclohexyl)乙基、3-氨丙基(aminopropyl)、3-乙酸基丙基(acetoxypropyl)、3-氯丙基(chloropropyl)、3-羧丙基(carboxypropyl)、3-氰丙基(cyanopropyl)、氯苯基(chlorophenyl)、C1-C62-二烷基膦酰基(dialkylphosphono)乙基的含半族官能團。
硅氧烷聚合層的有用聚合材料的例子包括聚(聚二甲基硅氧烷)、聚(聚二甲基硅氧烷-共-聯苯硅氧烷(diphenylsiloxane))、聚(甲苯基硅氧烷(methylphenylsiloxane)-共-聯苯硅氧烷)和聚(聚二甲基硅氧烷-共-甲苯基硅氧烷)。
在本發(fā)明的實踐有用的硅氧烷聚合物可以通過為所屬領域的技術人員所熟知的大量方法的任意一種來制備，包括，例如，陰離子、冷凝、或開環(huán)聚合?？捎糜诒景l(fā)明的硅氧烷聚合物也可以用官能端基團或官能側基團的引入來制備。這些材料可以通過官能單體、官能引發(fā)劑、或功能鏈終止劑的使用來完成，例如，具有氯三烷氧基硅烷(chlorotrialkoxysilane)的陰離子聚合的聚二有機硅氧烷(polydiorganosiloxane)的終止。它們也可以通過現有硅氧烷聚合物的改進來制備，例如，烯化的官能聚二有機硅氧烷與甲硅烷如三氯硅烷的反應。
盡管本發(fā)明強調線性聚二有機硅氧烷的使用，其中硅氧烷聚合物中的每個單元由雙官能前體衍生而來，但是采用引入少量的硅氧烷單元的聚硅氧烷也被認為在本發(fā)明的范圍內，該硅氧烷單元由三官能或四官能的前體衍生而來。三官能-和四官能-衍生的硅氧烷單元的數目不應該超過聚合物中的硅氧烷單元的總平均數的約10％，優(yōu)選約5％以下。
集成電路為了形成集成電路(IC)，多個TFT可以被互連。集成電路包括但是不局限于，例如，環(huán)形振蕩器、射頻識別(RFID)電路、邏輯元件、放大器和時鐘。因此，根據本發(fā)明的方法制造的密封TFT可以通過巳知技術的方法互連到其它TFT，以形成IC。密封的TFT也可以用于各種電子物品，例如RFID標記、用于顯示的背板(例如，供個人電腦、單元電話或手持裝置用)、智能卡、存儲裝置等。根據本發(fā)明的方法制造的密封TFT特別適合用于顯示的背板使用，因為密封層提供對顯示器中經常使用的液體的阻擋。
典型地，當使用孔眼掩模技術制造TFT IC時，通過連接兩個或更多導電TFT層(例如，柵電極層和源電極和漏電極層)上的較短線段制造長的導電線，以便克服與用模板印刷圖形相關的限制。在許多應用中，特別顯示背板(例如，用于液晶或有機發(fā)光二極管(OLED)有源矩陣顯示器)，希望用絕緣材料覆蓋除像素電極之外的所有電路。該絕緣材料通過使它們與顯示介質(例如，液晶或OLED)電絕緣減小TFT和導電線的可見度。但是，使用孔眼掩模技術淀積絕緣材料，覆蓋除像素電極之外的所有事物是不可能的，因為像素電極彼此被斷續(xù)的隔離。意外地，使用孔眼掩模技術可以僅僅用柵介質層和TFT密封層使導電線和TFT與顯示介質完全絕緣。例如，通過使用與第二絕緣層(例如，柵絕緣層)一致的密封層可以應用本發(fā)明，以用絕緣材料完全地覆蓋集成電路的選擇部分。
因此，使用本發(fā)明的方法可以密封未被密封的TFT，未被密封的TFT是IC的一部分。而且，如上所述的相同教導可以用于密封IC的元件(例如，引線或互連)。
例子通過以下例子進一步說明本發(fā)明的目的和優(yōu)點，但是這些例子中所述的特定材料和其數量以及其它條件和細節(jié)不應該被認為過度地限制本發(fā)明。
密封的有機薄膜晶體管(OTFT)的制造基本上如2002年2月14日申請的另案待審的申請10/076003中所述制造四個2英寸×2英寸KaptonTM聚酰亞胺孔眼掩模。該孔眼掩模被設計成能提供具有20微米的溝道長度和30微米線寬的TFT。
由Precision Glass和Optics(Santa Ana，CA)購買兩英寸正方形浮化玻璃載片。玻璃載片22被放置在濃鹽酸中約一分鐘。然后從酸除去載片，用去離子水漂洗，并用氮氣吹干。然后使用TX1009 TexWipeTM(ITW Texwipe，Upper Saddle River，NJ)用異丙醇擦掉干載片。然后該載片被放置在100℃加熱板上兩分鐘。然后在該載片上放置第一孔眼掩模并使用小的手夾具適當的保持。該載片被裝載到用于淀積的第一真空室中。
在真空室中，在2×10-6乇的壓力下，通過電子束蒸發(fā)Ti(以每秒3的速度，通過石英晶體微量天平測量時達到20的厚度)，在玻璃載片22上通過孔眼掩模淀積鈦/金(Ti/Au)柵極層24，然后在相同的真空室中和相同壓力下熱蒸發(fā)Au(以每秒5的速度，達到600的厚度)。從真空室除去所得的樣品。從該樣品除去第一孔眼掩模。然后使用顯微鏡并用夾具適當的保持，在樣品上對準第二孔眼掩模。樣品被回裝載到第一真空室中。
通過電子束蒸發(fā)，以每秒3的速度，達到2000的厚度，在柵層24上通過第二孔眼掩模淀積氧化鋁介質層26。在該淀積過程中，小的水儲蓄器被打開到真空室，以允許壓力保持約5×10-5乇。再從真空室除去該樣品，以及除去第二孔眼掩模。通過在介質層26上涂敷幾ml甲苯中0.1wt的聚(α-甲基苯乙烯)(平均分子量，Mw，680,000g/mol)溶液，然后以500rpm旋轉該樣品20秒和以1500rpm旋轉40秒。然后在120℃下，在烤箱中烘焙該處理樣品30分鐘。然后使用顯微鏡并用夾具適當的保持，在樣品上對準第三孔眼掩模。樣品被回裝載到用于半導體淀積的第一真空室中。
在300℃的最高溫度下，在96％氮氣和4％氫氣的恒流下，在減小的壓力下，在3-區(qū)熔爐(Thermolyne 79500管式爐，BarnsteadThermolyne，Dubuque，IA)中提純并五苯(Aldrich化學公司，Milwaukee，WI)。通過在真空(約10-6乇)下的升華，在聚合物表面-修正層27上，以每秒0.5的速度，通過第三孔眼掩模淀積該提純的并五苯，當通過原子力顯微鏡臺階高度圖像測量時達到300的厚度，以提供并五苯半導體層28。從真空室除去該樣品。從該樣品除去第三孔眼掩模。然后使用顯微鏡并用夾具適當的保持，在樣品上對準第四孔眼掩模。樣品被回裝載到第二真空室中。
通過熱蒸發(fā)(在2×10-6乇的真空中)通過第四孔眼掩模，以每秒5的速度淀積金(Au)源30和漏電極32層，以提供具有600厚度的層。從真空室除去該樣品。從該樣品除去第四孔眼掩模。然后使用顯微鏡并用夾具適當的保持，在樣品上重新對準第二孔眼掩模。該樣品被回裝載到第一真空室中。
通過電子束蒸發(fā)，在2×10-5乇的壓力下，以每秒3的速度，通過第二孔眼掩模淀積氧化鋁，以提供具有2000厚度的密封劑層34。從第一真空室除去該樣品，以及第二孔眼掩模被除去。
用于密封OTFT的性能測試的方法使用，例如，如S.M.Sze，Physics of Semiconductor Devices，page442，John Wiley & Sons，New York，1981中所示的技術，在空氣中，在室溫下測試晶體管性能。使用半導體參數分析器(來自Hewlett-Packard的Model 4145A，Palo Alto，CA)來獲得該結果。對于-40V的恒定源-漏偏壓，漏電流(Id)的平方根被繪制為從+10V至-40V的柵-源偏壓(Vg)的函數。使用柵介質、溝道寬度和溝道長度的比電容，由曲線的直線部分計算飽和場效應遷移率。該直線部分的x-軸外延作為閾值電壓(Vth)。此外，作為Vg的函數繪制的Id產生一曲線，其中沿包含Vt的部分曲線向下繪制直線部分。該線的斜率的倒數是亞閾值斜率(S)。“導通-截止”比率被取作Id-Vg曲線的最小和最大漏電流值之間的差值。
例1根據如上所述的方法制造和性能測試密封的晶體管OTFT1。表1列出超過二十二天的OTFT1的性能特性。
表1

例2-3根據如上所述的方法制造密封晶體管OTFT2和OTFT3，暴露于各種環(huán)境，然后性能測試。用以下變化如上所述執(zhí)行性能測試對于-30V的恒定源-漏偏壓(Vd)，漏電流(Id)的平方根被繪制為從+10V至-30V的柵-源偏壓(Vg)。在表2中列出了該測試結果。
然后用丙酮洗滌OTFT2約1分鐘。然后用氮氣吹干OTFT2并再次進行性能測試。在表2中列出了該測試結果。OTFT3被暴露于蒸汽約1分鐘，用氮氣吹干，然后再次進行性能測試。在表2中也示出了該結果。
表2

對于所屬領域的技術人員來說，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的條件下，本發(fā)明的各種改進和改變將是顯而易見的。應當理解本發(fā)明不打算被在此闡述的說明性實施例和例子過度地限制，以及例如僅僅在本發(fā)明的范圍內提出這種例子和實施例，本發(fā)明的范圍僅僅被如下所述的權利要求限制。
權利要求
1.一種用于密封薄膜晶體管的方法，該方法包括以下步驟(a)提供一種包括柵電極、柵介質、源電極和漏電極以及半導體層的薄膜晶體管；以及(b)通過孔眼掩模的圖形，在所述半導體層的至少一部分上蒸氣淀積密封材料。
2.根據權利要求1的方法，其中所述密封材料在所述半導體層的至少一部分上形成預選圖形。
3.根據權利要求1的方法，其中所述密封材料具有所述半導體層的至少10倍的電阻率。
4.根據權利要求1的方法，其中所述密封材料具有所述半導體層的至少100倍的電阻率。
5.根據權利要求1的方法，其中所述密封材料具有至少1×106ohm-cm的電阻率。
6.根據權利要求1的方法，其中所述密封材料是金屬氧化物、金屬氮化物、硅氧化物、硅氮化物或聚合物。
7.根據權利要求6的方法，其中所述聚合物是聚對二甲苯基。
8.根據權利要求1的方法，其中所述密封材料是透明的。
9.根據權利要求1的方法，其中所述半導體層是有機半導體。
10.根據權利要求9的方法，其中所述有機半導體包括并五苯或替代的并五苯。
11.根據權利要求1的方法，其中所述孔眼掩模是聚合的孔眼掩模。
12.根據權利要求9的方法，其中所述薄膜晶體管還包括在所述介質層和所述半導體層之間插入的表面處理層。
13.根據權利要求1的方法，還包括通過所述孔眼掩模的所述圖形在所述密封材料上蒸氣淀積金屬層的步驟。
14.根據權利要求1的方法，還包括將所述薄膜晶體管互連到至少一個其它薄膜晶體管以形成集成電路的步驟。
15.根據權利要求1的方法，其中所述薄膜晶體管是集成電路的一部分。
16.根據權利要求15的方法，其中所述密封材料覆蓋所述集成電路的至少一部分。
17.根據權利要求16的方法，其中所述密封材料至少覆蓋所述集成電路的導電線的一部分。
18.一種制造薄膜晶體管的方法，包括以下步驟(a)提供襯底；(b)通過孔眼掩模的圖形，在所述襯底上淀積柵電極材料；(c)通過孔眼掩模的圖形，在所述柵電極材料上淀積柵介質；(d)通過孔眼掩模的圖形，鄰近所述柵介質淀積半導體層；(e)通過孔眼掩模的圖形，鄰接所述半導體層淀積源電極和漏電極；以及(f)通過孔眼掩模的圖形在所述半導體層的至少一部分上蒸氣淀積密封材料。
19.根據權利要求18的方法，其中所述淀積步驟(b)至(e)的至少一個是在真空下的蒸氣淀積步驟。
20.根據權利要求19的方法，其中所述淀積步驟(b)至(e)的所有步驟是在真空下的蒸氣淀積步驟。
21.根據權利要求20的方法，其中該方法全部在不中止真空的條件下進行。
22.根據權利要求18的方法，其中按列出的排序執(zhí)行該步驟。
23.根據權利要求18的方法，其中所述密封材料具有所述半導體層的至少10倍的電阻率。
24.根據權利要求23的方法，其中所述密封材料是透明的。
25.根據權利要求18的方法，其中所述半導體層是有機半導體。
26.根據權利要求25的方法，其中所述有機半導體層包括并五苯或替代的并五苯。
27.根據權利要求18的方法，其中通過形成有淀積孔的圖形的單個孔眼掩模淀積所述的柵電極材料、柵介質、半導體層、源電極和漏電極以及密封材料。
28.根據權利要求18的方法，其中通過掩模組的分開孔眼掩模分別淀積所述的柵電極材料、柵介質、半導體層、源電極和漏電極以及密封材料。
29.根據權利要求18的方法，還包括在所述介質層和所述半導體層之間淀積表面處理層的步驟。
30.一種晶體管，包括襯底、柵電極、柵介質、源電極和漏電極、半導體層，以及所述半導體層的至少一部分上的蒸氣淀積的密封層。
全文摘要
一種用于密封薄膜晶體管的方法，包括，提供一種包括柵電極、柵介質、源電極和漏電極以及半導體層的薄膜晶體管；以及通過孔眼掩模的圖形，在所述半導體層的至少一部分上蒸氣淀積密封材料。
文檔編號H01L21/336GK1839491SQ200480023862
公開日2006年9月27日 申請日期2004年6月10日 優(yōu)先權日2003年8月18日
發(fā)明者道恩·V·梅雷斯, 托米·W·凱利, 邁克爾·A·阿斯, 保羅·F·博德, 史蒂文·D·泰斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司