专利名称：印刷式自对准上闸极薄膜晶体管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种印刷式(printed)自对准(self-aligned)上闸极(top-gate)薄 膜晶体管(Thin Film Transistor, TFT)，含金属墨水可被用以打印闸极金属。在 一实施例中，含金属(metal-containing)墨水包含金属纳米粒子。本发明在印 出该金属墨水后需要微温、非高温或激光活化处理。冃豕仪不在传统的上闸极TFT制程中，首先，通过将闸极材料图案化来确保闸极 对齐于源极/汲极区域，并且用其作为掺杂物注入及/或活化的屏蔽。这种方 法遇到的问题视闸极金属的选择而定，因为闸极金属需要能够反射紫外光激 光辐射(如Al)或是可与活化作用中的热掺杂物共处于高于600 °C的温度(如掺 杂的(doped)聚硅分子(poly-silicon)或Mo、 Pd或W的耐热金属)。由于打印制程相对于光微影(photolithography)有着高生产力的优点，因 此传统打印技术(如喷墨打印)可有益于制造电子装置。然而，由于墨滴的体 积并不小，因此高分辨率的打印技术通常受限于打印线宽(约lOpm或更大)。因此，需要发展能形成小线宽(例如小于10 pm)结构的TFT的制程(如 使用打印技术的闸极)，及/或不受限于特定闸极材料(如铝、耐热金属或掺杂 的聚硅分子)的制程。发明内容本发明的目的是提供一种形成TFT的方法，包含下列步骤形成半导体 薄膜层；将掺杂的玻璃图案打印在半导体薄膜层上，掺杂的玻璃图案中的间 隙(gap)定义TFT的沟道区域(channel region);将闸电极(gate electrode)形成于 沟道区域上或上方，闸电极包含闸极介电薄膜(gate dielectric film)以及位于闸 极介电薄膜上之闸极导体(gate conductor);以及将掺杂物(dopant)从掺杂的玻璃图案扩散至半导体薄膜层内。本发明的另一目的是提供一种TFT，包含半导体薄膜层；位于半导体薄膜层上的掺杂的玻璃图案的至少一部分，其中掺杂的玻璃图案的至少两部 分定义位于TFT的沟道区域上方的间隙; 一闸电极位于半导体薄膜层的沟道 区域上或上方，该闸电极包含闸极介电薄膜以及位于闸极介电薄膜上的闸极 导体；以及半导体薄膜层内的位于沟道区域两侧的含有掺杂物的区域。本发明的又一目的是提供一种形成薄膜结构的方法，包含下列步骤形 成半导体薄膜层；将掺杂的玻璃图案打印在半导体薄膜层上，掺杂的玻璃图 案中的间隙定义TFT的沟道区域；以及将掺杂物从掺杂的玻璃图案扩散至半 导体薄膜层内。本发明的再一目的是提供一种薄膜结构，包含半导体薄膜层；位于半 导体薄膜层上的掺杂的玻璃图案的至少一部分，其中掺杂的玻璃图案的至少 两部分定义位于TFT的沟道区域上方的间隙；以及半导体薄膜层内的位于沟 道区域两侧的含有掺杂物的区域。因为两线之间的间隔主要由墨水位置的精确度加上打印装置的载物台 的寻址能力及精确度来决定，因此两线之间的间隔可能小于喷墨印列的最小 线宽。因此，首先打印一源极/汲极图案，以定义接着沉积的闸极金属的位置， 致使能制造具有沟道宽度小于10|am的高效能印刷式上闸极TFT。本发明涉及在各种基材上制造TFT及其电路，基材包含，但不受限于， 玻璃(如石英)片或条、塑料及/或金属箔、片或板、硅晶圆等不同基材的制程， 全都可能含有一或多个缓冲层(如硅及/或铝氧化物)。相关应用包含，但不受 限于，显示器、无线电装置或感应器等。
图1A-E显示制造印刷式自对准上闸极装置于不同阶段的处理流程剖面 图，显示第一掺杂物驱使技术。图2A-E显示另一处理流程剖面图，包含掺杂玻璃打印后闸极氧化物的 形成。图3A-C显示在闸极介电质形成以及进一步处理的过程中，减少从掺杂 玻璃过度扩散可能性的流程剖面图。图4A-D显示蚀刻掺杂玻璃图案以及形成源极/汲极接点及互连点的流 程剖面图，使用金属闸极作为屏蔽。图5A-E显示形成源极/汲极接点及互连点的另一处理流程剖面图。图6A-C显示当蚀刻掺杂玻璃图案及形成源极/汲极接点及丌.连点的时 候，位于金属闸极上方的介电质当作屏蔽的另一流程剖面图。图7A-D显示使用印刷式内层介电质作为蚀刻掺杂玻璃的屏蔽，以及暴 露掺杂聚硅源极/汲极区域用以接着形成接点/互连点的另--流程剖面图。图8A-D显示使用内层介电质当作非选择性蚀刻掺杂玻璃的屏蔽，以及 暴露掺杂聚硅源极/汲极区域用以接着形成接点/互连点的另一流程剖面图。雜魏放自对准的上闸极TFT中的印刷式耐热金属或铝闸极的发展遇到显著的 挑战。本发明通过下列制程来克服上述挑战，首先在一层制作图案，定义源 极/汲极区域，接着活化掺杂物(例如借助高温下退火或是激光活化作川)，接 着沉积闸极金属前驱物墨水。在一较佳实施例中，由于接着需要非高温或激 光活化处理的步骤，含银或金的单纯贵金属墨水可被用以打印闸极金属。本 发明的TFT可在十亿赫兹(GHz)的频率基准下运作，且具有下列优点(1) 狭窄的沟道宽度、(2)自对准但一小部分重叠于闸极的源极及汲极终端，及/ 或(3)高载子机动性。通过较佳实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而 并非以上述所揭露的较佳实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目 的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排在本发明权利要求所要求保护 的范围之内。因此，本发明权利要求所要求保护的范围应该根据上述的说明 作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排参考。为了方便简洁起见，本文中的"耦接于"(coupledto)、"连接于"(connected to)以及"与...沟通"(in communication with)指的是直接或非直接地耦接 (coupling)、连接(connection)或沟通(communication)，除非文中明白指出其它 含义。本发明中，"沉积"(deposit)延伸为所有形式的沉积，包含全体沉积、 涂覆以及打印，除非文中明白指出其它含义。再者，相对特定材料，"实质 上包含"(consisiting essentially of)不会排除故意加入的掺杂物，掺杂物可能给 予加入掺杂物(或从材料形成的组件或结构)的材料特定需要的(以及可能相 当不同的)物性及/或电性。"(聚)硅烷"((poly)silane)指的是化合物或化合物的 混合，实质上包含(l)硅及/或锗以及(2)氢，而且(聚)硅垸显著地包含具有至少 15个硅及/或锗原子的形式。这类的形式可能包含一或多个环(cyclic ring)。 "(环)硅烷"((cyclo)silane)指的是化合物或化合物的混和，实质上包含(l)硅及 域锗以及(2)氢，而且(环)硅烷可能含有一个或多个环且少于15个硅及/或锗 原子。"异(环)硅烷，，(hetero(cyclo)silane)指的是化合物或化合物的混和，实质 上包含(l)硅及/或锗、(2)氢以及(3)—或多个如B、 P、 As或Sb之类的掺杂物 原子，可被传统碳化氢、硅垸或适当的取代基所替代，且异(环)硅垸可能包 含一个或多个环。并且，结构或物体的"主表面"是至少一部分由结构或物 体的最大轴定义的表面(例如，如果结构是球状，且其半径大于其厚度，径 向表面为结构的主表面；然而，结构成方形、矩形或椭圆形之处，结构的主 要表面是由两个最大轴， 一般是长度和宽度，所定义)。以化学式(AHz)k表示的环硅烷化合物，其中A为硅，z为1或2(较佳为 2)以及k为3至lj 12(较佳为4到8)，其详细制备方法可由申请中的美国专利 申请号10/789,317(申请日2004年2月27日)得知。异(环)硅垸化合物、掺
杂的硅烷中介物、其制备方法以及用以决定及/或控制前驱物以及主动层(active film)的掺杂程度的技术由申请中的美国专利申请号10/950，373(申请 日2004年9月24日)、10/949,013(申请日2004年9月24日)以及 10/956,714(申请日2004年10月1日)详细描述，而且包含以化学式(AHz)n(DR、以及(AnHz)m(DR、m)q表示的化合物。其中，(AHz)n(DR、的II为2至U 12， m为1或2， A为Si或Ge， z为1或2， D为Sb、 As、 P或B， R1为垸基(alkyl)、芳香族烃基(aryl)、芳香族垸基(aralkyl)或AR23，其中R2 为氢、垸基、芳香族羟基、芳香族烷基或AyH^(其中y为1到4的整数)。 (AnHz)m(DR、m)q中的n为3到12的整数，z为(n-q)到(2n+2-q), m为1到3 的整数，A为Si或Ge， D可为Sb、 As、 P或B， q为1或2， R1可为氢、 烷基、芳香族羟基、芳香族烷基或AR23，其中W为氢、烷基、芳香族羟基、 芳香族垸基或ApH2p+1(^p ^4)。低聚硅烷与聚硅垸化合物揭露于美国临时申 请号60/850,094(申请日2006年10月6日)以及60/905，403(申请日2007 年3月5曰)，且包含聚硅垸H-[(AHRMc-AmR、-2)q]-H，其中A为Si或Ge， R与R'为氢、-八1)1^+111\(其中R2为氢或垸基)或垸基，但是如果q=0且A为 硅，则R不为苯基(phenyl);如果q=0，则(n+b》10;如果n=0，则q^2;如 果n邦且q邻，贝lj(n+q)^2; m值为4到6，低聚硅垸或聚硅烷实质上包含(i) 氢、(ii)硅及/或锗，其分子量为450到2300克/摩尔，其具有小于2.5的多重 分散指数(polydispersion index)。进行固化(curing)以形成非结晶氢化的半导体 后，接着退火(annealing)及/或充分地照射使其至少一部分结晶及/或减少非结 晶氢化半导体的氢含量(hydrogen content),形成具有不大于0.1 atM碳含量的 薄膜。一般而言，液态半导体墨水进一步包含溶剂，但并非总是必需，溶剂以 环垸羟(cycloalkane)为佳。因此，当使用实质上包含IVA族元素的墨水(例如 以硅烷为主的前驱物，如硅或掺杂的硅)，形成半导体层30的步骤可能进一 步包含沉积后干燥液态前驱物墨水的步骤。可参阅申请中美国专利申请号10/616，147(申请日2003年7月8号)、10/789,317(申请日2004年2月27 号)以及10〃89,274(申请日2004年2月27号)。沉积后(且至少些许干燥后)，半导体层通过加热而固化，可参阅申请中 美国专利申请号10/789，274(申请日2004年2月27号)以及10/949,013(申 请日2004年9月24号)，而形成非结晶氢化(掺杂)硅(a-Si:H)层。当半导体 层由(环)硅烷及/或异(环)硅烷所形成，固化/加热步骤可移除不需要的前驱物 /墨水副产品，例如易挥发的含碳材料，或是降低a-Si:H层的含氢量(如果半 导体层形成后，使用激光来结晶，特别有益处)。当半导体层由异(环)硅烷形 成，固化/加热步骤可活化异(环)硅烷内的部分掺杂物，但是在很多实施例中， 掺杂物的活化更可能发生在激光结晶化过程。掺杂的半导体层可由液态半导体前驱物墨水的区域打印来沉积于闸极 金属及半导体层上(例如申请中的美国专利申请号10/949，013(申请日2004 年9月24号)及11/203，563(申请日2005年8月11号))。后者方法接近金属 氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor, MOS)TFT结构的形成方法，可节 省成本，因为(i)半导体前驱物材料的有效使用，以及(ii)半导体沉积及制图整 合为单一打印步骤。全面沉积包含蒸镀、物理蒸气沉积、溅镀或化学蒸气沉积，己为普通技 术人员所熟知。全面沉积包含旋转涂覆墨水以及固化墨水(可参阅美国专利 号6,878,184以及申请号10/749,876，申请日2003年12月31日)。墨水包 含(环)硅垸、聚硅垸或金属纳米粒子(不易起化学反应的)及溶剂。金属可通 过下述顺序沉积，包含基本金属、传统合金以及导电金属化合物。基本金属 如铝(aluminum)、钛(titanium)、钒(vanadium)、铬(chromium)、钼(molybdenum)、 钩(tungsten)、铁(iron)、镍(nickel)、钯(palladium)、钼(platinum)、铜(copper)、 锌(zinc)、银(silver)或金(gold)。传统合金如铝铜合金、铝硅合金、铝铜硅合 金、钛钨合金、钼钨合金或铝钛合金等。导电化合物为基本金属的氮化物以 及硅化物，如氮化钛、硅化钛、氮化钽、硅化钴、硅化钼、硅化钨或硅化铂。
在其它实施例中，全面沉积的步骤包含旋转涂覆墨水，墨水包括含金属材料， 含金属材料包含金属纳米粒子及/或一个或多个所揭露的金属的有机前驱物。 在激光制图之前，本发明的方法进一步包含金属、有机前驱物及/或金属纳米 粒子的固化或退火步骤。本发明描述制造印刷式自对准上闸极TFT的设计及流程。流程包含印刷式掺杂玻璃于下列三种方法至少其中之一。(i) 印刷式惨杂玻璃提供给源极/汲极掺杂用的掺杂物来源；(ii) 印刷式掺杂玻璃定义提供给闸极金属的空间，且确保将闸极准确(适 度地接近)对齐源极/汲极区域/终端；及/或(iii) 印刷式惨杂玻璃的作用如同内层介电质；深一层的内层介电质可能 形成于掺杂的玻璃图案以与门电极上方。(一实施例中，移除部分掺杂玻璃 图案的步骤留下在内层介电质下的掺杂玻璃图案的剩余部分)。本发明通过在印刷式结构之间的空间内形成晶体管闸极，使得可形成小 于10pm的闸极线宽。然而，墨滴体积在未来广泛使用的打印技术中，如喷 墨、凹版微影以及平版微影，被预期縮小，印刷式结构之间的空间也被预期 縮小。本发明将会让闸极线宽持续小于对应的印刷式结构的最小宽度。本发明将以下述的多个实施例在各种方面来详细说明。自对准源极/汲极闸极结构的形成 掺杂物注入整个闸极介电质请参阅图1A到图1E。图1A到图1E的流程在打印掺杂的玻璃图案之 前，先形成闸极介电质。晶体管沟道(例如实质上包含非晶硅或聚晶硅)通过 接着沉积的掺杂玻璃而来的掺杂物，使其免于受污染。请参阅图1A，物理上隔绝的硅薄膜的形成可通过打印或涂覆分子及/或 纳米粒子为主的硅墨水于基材1上，接着转换为(聚)硅垸薄膜2(例如通过退 火及/或固化)。亦即，可传统地沉积硅薄膜(例如通过电浆辅助化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)以及溅镀等)以及通过紫外光激光照 射、热炉或快速升温退火(Rapid Thermal Annealing, RTA)来结晶(在结晶催化 剂如Au、 Ni、 Al的存在下，是选择性的)。接着通过低分辨率光微影及/或 选择性蚀刻制作图案于聚晶薄膜。当硅薄膜通过激光退火而结晶，根据现有 技术，可通过选择性蚀刻来移除沉积硅薄膜的非照射、非结晶部分。较佳的 基材包含硅晶圆、玻璃条、玻璃片、塑料片或金属片(其中可选择性的为刚 硬或弹性，以金属为例，具有薄氧化层于其上)。基材1包含传统的力学支撑结构。适当的非导电性基材可包含以玻璃、 陶瓷、介电质或塑料所制成的盘、碟及/或片。亦即，适当的导电基材包含以 半导体(如硅)及/或金属所制成的晶圆、碟、片及/或箔。在基材包含金属片及 /或箔的例子中，装置可进一步包含导体或电容，方法可进一步包含从金属基 材形成导体及/或电容。然而，任何导电基材应在其与其上的任一电性主动层 或结构之间有一绝缘层(如半导体层2)，除了导电接触点的位置由位于绝缘 体上的装置到形成于金属基材内的结构(中介层、导体及/或电容之一或多个 金属垫，用以电子商品监视(Electronic Article Surveillance, EAS)或射频识别 (Radio Frequency IDentification, RFID)巻标，例如美国专禾U申请号 10/885,283(申请日2004年7月6日)及/或美国临时专利申请号60/592，596(申 请日2004年7月31日申请)以及60/617,617(申请日2004年10月8日申 请))。基材包含由硅晶圆、玻璃基板、陶瓷基板或碟、塑料片或碟、金属箔、 金属片或碟以及夹层板所组成的群组其中之一组件，导电组件一般有绝缘层 于其上(例如对应的氧化层)。形成半导体薄膜层2的步骤可包含将半导体前驱物墨水打印于基材1上 来形成图案，接着干燥墨水，接着固化墨水(通过将干燥的墨水加热或退火 一段足够的时间来交叉结合(cross-link)及/或聚合(polymerize)硅烷及/或增加 平均分子量，增加化合物的粘度及/或减少挥发性)，接着将半导体薄膜部分 或大致完全地结晶来形成聚晶薄膜。半导体薄膜层2 —般包含一或多个IV
族元素，较佳为聚硅或硅锗。典型半导体层2厚度可形成约30、 75或100 纳米到200、 500或1000纳米，或其中范围内任何值。选择适当薄膜厚度， 进而最佳化晶体管电性。在不同实施例中，半导体层1实质上包含轻微掺杂无机半导体材料，例 如一或多个IVA族元素(硅及/或锗)，所谓的"III-V"族材料(如GaAs)以及" n-VI"族(或辉铜矿)半导体，进一步包含密度为 10"到 5xlO"原子/立方厘米 的掺杂物(例如B、 P、 As或Sb)。轻微掺杂半导体薄膜揭露于申请中的美国 申请号10/949,013(申请日2004年9月24日)。在一实施例中，半导体(晶 体管沟道)层2是轻微掺杂的(例如，掺杂浓度约为10"到5xl018)。从硅垸为 主的墨水形成，轻微掺杂的半导体层2在非结晶态有浓度表(例如，掺杂浓 度与半导体厚度的关系)，大约整个半导体层厚度均匀地呈现非结晶态。举 例来说，半导体层2包含基材上均匀的掺杂半导体材料层，掺杂半导体材料 包含(a)氢化的，非结晶的或至少部分多结晶的IVA族元素，IVA族元素包含 至少一个硅和锗，以及(b)掺杂物。在特定实施例中，薄膜结构中的IVA族 元素实质上包含硅，掺杂物(可能为B、 P、 As或Sb，但较佳为B或P)的浓 度，如上所述。请参阅图1B，闸极介电质3可通过半导体层2的热氧化作用或通过打 印或涂覆适当介电质前驱物以形成于半导体(例如，(聚)硅烷)薄膜2上，接 着转换为介电薄膜(例如，四垸基硅氧(tetmalkylsiloxane)或四烷氧基硅烷 (tetraalkoxysilane)之类的氧化硅前驱物的液相沉积)，或是转换为其它金属氧 化物(例如，Ti02、 Zr02、 Hf02)的沉积，或是转换为氧化硅及/或氮化硅层的 化学气相沉积(CVD)、电浆辅助化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积 (LPCVD)或溅镀。如图1C所示，掺杂的玻璃薄膜4接着被打印于(例如，喷 墨、凹版印刷)闸极介电质3上。在一实施例中，闸极介电质薄膜3形成于 半导体薄膜层2的整个表面上，接着掺杂的玻璃图案4被打印于其上。掺杂 的玻璃图案的版面设计实质上相同于TFT的源极-汲极结构的预期版面设 计。可印掺杂玻璃薄膜区域之间的间隙5定义闸极金属的位置。间隙的宽度 为l-100)am(较佳为l~10nm，在一些实施例中为l~5pm)。在高温退火后， 从掺杂玻璃而来的掺杂物穿过闸极介电质进入聚硅薄膜，定义源极/汲极区域 5。将掺杂物从掺杂的玻璃扩散至闸极介电质的温度较佳为IIO(TC以下，但 至少要70(TC，持续一段足够时间来掺杂源极/汲极终端，但留下未掺杂的沟 道区域7。较佳地，打印掺杂玻璃的流程利用可以同时沉积N型及P型掺杂玻璃于 电路上不同面积的工具。举例来说， 一实施例利用具有至少两个喷墨头在同 一架上的喷墨打印装置，喷墨头分隔的距离符合或对应于电路中N型及P 型晶体管面积之间的距离(或此距离的数倍)。两个喷墨头对应地连接于N型 与P型掺杂的玻璃前驱物的蓄积处(reservoir)，以及在同一个打印动作中，在 电路中不同的区域除去N型及P型掺杂的玻璃。惨杂玻璃的前驱物包含旋涂掺杂物(Spin-On-Dopant, SOD)配方、调整后 具有增大的粘度的配方("调整"是通过具有高粘度的相似或兼容溶剂来置换 或稀释配方中的溶剂)、沉积后可低温(例如，^40(TC)下氧化的掺杂分子硅墨 水配方(例如，具有掺杂物取代基的环状、线状或树状硅垸低分子或高分子， 如cyclo-Si5H9PR2，其中R为低碳数的烷基(如CrQ)、苯基或CrQ-垸基置 换的苯基)、配方中的掺杂前驱物(例如，特丁基磷化氢(tert-butyl-phosphine)、 氧化掺杂分子硅墨水配方(例如，在配方中具有掺杂物前驱物的环状、线状 或树状硅垸低分子或高分子(例如cyclo-Si505HK))的氧化版本(例如单、双或 三特丁基磷化氢或类似的氧化物)或是掺杂取代基)以及包含磷及硼化合物 (例如邻苯磷酸二 丁酯(di-n-butylphosphate)之类的有机磷酸酯 (organophosphate))以及硼酸盐基(例如三特丁基硼酸盐(tri-t-butylborate))的玻 璃形成配方(例如所谓的溶胶-凝胶(sol-gel)配方)。适当的介电质也包括含磷、氧(进一步包含硅、碳、氢及/或氮)、硼(进一
步包含硅、碳、氢、氧及/或氮)、砷及/或锑(进一步包含硅、碳、氢及/或氧) 的化合物及/或高分子。 含磷介电质包含吲哚基磷酸(oxophosphorus)化合物及酸(例如，P203、 P205、 POCl3等)； 磷基硅酸盐(phosphosilicate);单(monomeric)、双(dimeric)及/或低聚(oligomeric)磷酸盐(例如，偏磷酸 盐及/或聚磷酸盐)；石粦酸盐(phosphonate)、次磷酸盐(phosphinate)以及磷4七氢(phosphine);有机吲哚基磷酸(oxo phosphorus)化合物及酸(例如，烷基(芳香羟基)磷酸 (alkyl(aryl)phosphate)、磷酸盐、次磷酸盐及其浓缩产品)；以及烷基磷酸及/或垸基次磷酸及/或芳香羟基磷酸及/或芳香羟基次磷酸。含碳介电质包含无机碳化合物及无机碳酸(例如，硼酸或B203);硅酸碳(borosilicate)、硼氮六环(borazole)及其高分子形式； 卤化碳(boron halogenide)(例如，BBr3);硼烷(borane)(例如，B,oH一，硅(sila-)及/或氮杂硼烷(azaborane);以及 有机硼化合物及有机硼酸(例如，垸基/芳香羟基碳酸、硼酸盐、垸基环 硼氧烷(boroxine)、硼氮六环以及添加硼烷复合物)。 含砷及/或含锑介电质包括上述氧代(oxo-)及氮杂(aza-)类似化合物，如As203以及Sb203;以及 石申基硅烷(arsinosilane)，如cyclo-As5(SiH3)5 。因此，源极及汲极终端包含(i)IVA族元素、如GaAs的III-V族化合物半 导体，或如ZnS或ZnS的II-VI族(硫化物)半导体，以及(ii)掺杂物元素。半 导体包含IV族元素(如Si及域Ge)以及B、 P、 As及Sb所组成的群组其中之一。在不同实施例中，闸极宽度至少为0.1微米、0.5微米、l微米或2微米。
在一实施例中，最小闸极宽度约为5微米。闸极长度从lpm到lOOO]am或其 中任意范围中的值(如从2pm到200pm或从5pm到100pm)。闸极厚度从50nm 到10000nm或其中任意范围中的值(如100nm到5000nm或从200nm到 2000nm)。源极及汲极终端的厚度从10nm到1000nm或其中任意范围中的值 (例10nm、 20nm或250nm至lj 1000nm、 100nm或50nm)。请参阅图1E，通过沉积适当闸极金属前驱物(例如，含有金属纳米粒子 或有机金属化合物墨水，掺杂分子及/或纳米粒子为主的硅墨水，硅化前驱物 墨水)，可将闸极金属8至少打印于印刷式掺杂玻璃图案所定义的间隙内， 接着转换为闸极金属。掺杂的硅墨水的使用进一步需要高温退火或激光照射 用以形成聚晶硅及/或用以活化掺杂物来达到充分的导电性。亦即，种子层 (seed layer)的前驱物可被打印于由印刷式掺杂玻璃图案所定义的间隙内，闸 极金属(例如Ag、 Au、 Cu、 Pd、 Pt)可被电镀(electr叩lated)或化学镀(electrolessly plated)于种子层上。种子层在镀膜程序前，需要进行活化步骤。闸极金属前驱物的打印包含喷墨、凹版印刷、平版显影。再者，在闸极 金属上制作图案的步骤包含涂覆或打印闸极金属前驱物，将其局部地暴露在 激光照射下，致使曝光区域改变溶解度特性(可参阅美国专利申请号 10/749,876，申请日2003年12月31日)。洗去未曝光区域后，在另外的 固化或退火过程后，照射过的闸极金属前驱物留着用以形成闸极金属。亦即， 可使用"正向"制图及形成法，暴露于照射下的区域被洗去。这些实施例(包 含正向制图实例)具有无法直接由打印达成的高分辨率金属闸极团案的优 点。 一般而言，闸极导体包含金属。然而，对闸极而言，"金属"包含掺杂的 聚硅分子。含金属墨水(任何在此所揭露的其它可打印的墨水)通过传统打印技术来 打印。举例来说，打印代表将含金属墨水根据预定图案以喷墨打印、网版打 印、凹版印刷、平版印刷、弹性凸版印刷(flexography)，喷雾涂覆 (spray-coating)、狭缝涂覆(slit coating)、挤压涂覆(extrusion coating)、凹凸涂
覆(meniscus coating)、微点触(microspotting)、平盘涂覆(pan-coating)、模板印 刷(stenciling)、 压印(stamping)、 注射布着(syringe dispensing)及/或泵布着 (pump dispensing)方式印出。墨水实质上包含金属前驱物材料以及溶剂。适 合于打印或镀膜的金属前驱物包含有机金属化合物或金属(如钛、铜、银、 铬、钼、钨、钴、镍、金、钯、钼、锌、铁，或是金属合金，较佳为银或金) 的纳米粒子(如纳米晶体)。此纳米粒子或纳米晶体一般为钝态的(passivated:K例如具有一或多个表 面活性剂)，且提供一或多个表面配体(ligand)(例如所吸收的氢原子)，或是保 持非钝态。镀膜包含激光利用金属(如Pd)的纳米粒子或有机金属化合物来写 入金属的种子层，接着选择性地沉积(例如，通过化学镀或电镀)一块导体(如 Co,Ni,Cu)或半导体(如Si及/或Ge)于激光写入后的种子层上。亦即，墨水实 质上包含含有黏着剂内一或多个金属或合金粉末的糊状物。含金属墨水可由一般及/或其它已知流程使其干燥。举例来说，金属前驱 物墨水可通过加热含有印刷式金属前驱物墨水的基材在一温度下一段足够 长的时间来移除溶剂及/或黏着剂，进而使其干燥。从可印墨水移除溶剂的适 当温度为80。C到15(TC，或其中任意范围中的值(例如，IO(TC到120°C)。在 此温度下，从印刷式墨水移除溶剂的适当时间长度为10秒到10分钟，或其 中任意范围中的值(例如，30秒到5分钟或1分钟到3分钟)。此加热方法可 在一般的加热板上、烤炉或火炉内进行，选择性地在惰性气体环境下进行。从墨水分离出的干燥含金属材料进一步以足够的温度与时间长度退火 来改善电性及/或物性(例如，导电性、型态、电子迁移及/或蚀刻阻力、压力 及/或表面张力)及/或闸极氧化物下面的附着力。当含金属墨水被全面地沉积 或打印，进行退火以形成接着激光制图用的金属薄膜在沉积的抗蚀剂上。当 激光直接写入金属前驱物墨水形成具有图案的金属及/或金属前驱物，执行退 火步骤用以形成较佳导电性及粘度的金属层。退火的步骤包含将已熔合金属 纳米粒子进行退火，或是将已图案化的金属前驱物层转换为已图案化金属。
适当退火温度为10(TC到50(TC，或是其中任意范围中的值(15(TC到400。C)。 适当退火时间长度为1分钟到2小时，较佳为10分钟到1小时，或是其中 任意范围中的值(从10分钟到30分钟)。退火可于火炉或烤炉内，选择性地 以惰性气体或低压的环境下导热。本发明进一步包含将激光图案化的金属闸 极退火来改善其电性、物性及/或黏着性。在一实施例中，从印刷式掺杂玻璃图案除去闸极金属前驱物墨水的水 分，将其有效地限制在掺杂玻璃图案所定义的间隙内。在闸极金属前驱物墨 水沉积前，掺杂玻璃图案被用以(例如，通过电浆照射，涂覆添氟层(fluorinated layer)或其它具有除湿性质的材料)确保除湿。闸极金属前驱物墨水及/或掺杂 的玻璃前驱物包含用来确保掺杂玻璃图案除去闸极金属前驱物墨水之添加 物。另一实施例，闸极金属前驱物弄湿可印掺杂玻璃图案，致使其延伸超出 掺杂玻璃图案部分之间的间隙区域，且至少一部分覆盖到掺杂玻璃图案。此 实施例有益于减少装置内的闸极引发汲极漏电情况。根据本发明，制造TFT的流程包含下列步骤沉积轻微掺杂或不掺杂的硅垸来形成非结晶态硅薄膜；(选择性地)去氢非结晶硅；沉积闸极氧化物、成长闸极氧化物、或其它方式(例如热氧化)； 将轻微掺杂的或不掺杂的非结晶态硅结晶化(例如，通过准分子(excimer)激光或火炉处理)；通过沉积掺杂的玻璃打印或其它制图方法以形成源极及汲极区域； 活化及/或扩散掺杂物进入源极以及汲极区域(例如，通过热处理)； (选择性地)沉积金属种子层； 沉积闸极金属；闸极金属(选择性地)进行退火； 沉积保护层(passivation)(例如，氧化物或氮化物)；
打印掺杂玻璃后的氧化物的形成图2A至图2E显示通过从掺杂玻璃注入掺杂物的聚硅分子的热氧化作 用，有益于结合闸极介电质形成的另一流程。然而，此第二流程的一个重要 方面是在掺杂物明显扩散前，完成闸极氧化物的成长。硅薄膜12以图1A同样流程形成于基材11上，通过打印或涂覆分子及/ 或纳米粒子为主的硅墨水，接着将其转换为硅薄膜，或是通过传统方法沉积 硅薄膜(例如，PECVD、 LPCVD、溅镀)。硅薄膜一般通过紫外光激光照射、 热炉或RTA退火(选择性地在Au、 Ni、 Al之类结晶催化剂出现情况下)来结 晶。因此，请参阅图2B，掺杂的玻璃14被打印(例如，喷墨打印、凹版印刷 或平板印刷)在(聚)硅薄膜上。可印掺杂图案的版面设计大致上相同于源极-汲极区域的预期版面设计。亦即，印刷式掺杂玻璃图案对应于TFT内的轻微 掺杂延伸区域(例如，轻微掺杂汲极)，第二掺杂玻璃图案可接着打印用以形 成相对重度掺杂源极/汲极区域。印刷式掺杂玻璃区域14之间的间隙定义闸 极金属以与闸极介电质的位置。间隙宽度可为lpm到100pm(较佳为lpm到 10pm或lpm到5fam)。打印后，掺杂的玻璃图案在够低的温度下选择性地固 化来确保没有掺杂物接着从掺杂玻璃扩散至硅薄膜或扩散至定义闸极金属 与闸极介电质的间隙。在一实施例中，掺杂玻璃图案制造出数个孔洞，暴露 半导体薄膜层的含有掺杂物(例如，轻微掺杂)的表面。请参阅图2C，闸极介电质13的形成可通过暴露的聚硅层的热硅氧化作 用，打印或涂覆适当介电前驱物且转换为介电薄膜，或是Si02或其它氧化金 属的液态沉积，或氧化硅及/或氮化硅沉积方法(例如，PECVD、 LPCVD、在 氧气或氮气源的存在下的元素靶的溅镀)。硅氧化作用是较佳的选择。在聚硅薄膜12的暴露闸极区域的硅氧化作用可通过在适当气体(空气、 氧、臭氧、氧化氮、潮湿或干燥的气流、或其组合)下加热该薄膜到高于600 。C的温度。最大温度的较佳选择为100(TC以下，更佳的选择为900'C以下， 来减少、抑制或避免掺杂物从掺杂玻璃扩散至沟道区域。
电子装置的闸极介电薄膜13包含上述任何的闸极介电薄膜材料。当湿式蚀刻时，闸极介电薄膜13的宽度与长度稍微小于接着形成的闸极金属层的对应尺寸，但以干式蚀刻时，此两层的长度与宽度大约相同。闸极介电薄膜13的厚度可为20A到400A或是其中任意范围中的值(例如，30A到300A 或50A到200A)。亦即，可使用较厚的闸极介电层(例如，500A到2000A， 或是于另一实施例，约为1500A)，使用介电系数高于氧化硅或氧化铝的材 料是较佳的选择。在一实施例中，闸极介电薄膜13的厚度大于重度掺杂源 极及汲极终端的厚度，主要是将源极及汲极终端与闸极金属层之间形成电连 结的可能性降至最低。然而，以高速晶体管而言，薄闸极介电薄膜是较佳选 择。在闸极氧化物13形成后，请参阅图2D，温度被升至(例如大于800°C) 足以将掺杂物扩散(驱使(driving))至半导体薄膜12来形成源极/汲极区域16。 进而，在升高温度中的硅氧化作用可能与掺杂物的驱使同时发生。需要引出 显著的掺杂物扩散作用的掺杂玻璃退火温度的较佳选择为高于用以形成介 电性的有效闸极介电质的温度，但不高于基材的最大处理温度(例如如铝 之类相对低熔点材料的金属箔，不会超过600'C的温度，以及或许在使用激 光的情况下，不锈钢箔，不会超过1100'C的温度)。之后，请参阅图2E，闸极金属18的形成大致上与图1E的闸极金属8 的形成相同。掺杂玻璃层的钝化图3A到图3C显示通过沉积障壁及/或保护层25或产生类似非主动层 25在掺杂玻璃上，在形成闸极介电质的过程中，降低掺杂玻璃发生过度扩散 的可能性的另一流程。因此，在一实施例中，薄掺杂物贫乏层25形成于可 印掺杂玻璃图案24的顶部。在掺杂物活化过程时，该层被预期用以避免掺 杂物扩散进入沟道区域27。此层的形成可用不同方式来完成(例如，掺杂必 要的未掺杂玻璃(当作缓冲层)，或是掺杂氮化硅薄膜)。可使用有效获取掺杂物(例如，磷或碳)的薄膜。亦即，缺乏掺杂物的表面层可通过暴露已图案化 的掺杂玻璃薄膜于热水或水蒸气中来产生，从暴露的表面取出一些掺杂物， 但在玻璃块体中(特别于硅22的下表面)留下足够的掺杂物，有益于源极/汲极掺杂。薄保护层及/或掺杂物贫乏层25可通过暴露已图案化掺杂玻璃薄膜 于可改变表面特性的情况下来形成，例如避免掺杂物显著地扩散至沟道，例 如暴露于臭氧或N20。请参阅图3A，保护层或障壁层25(可为掺杂物贫乏层或未掺杂保护层) 可在注入掺杂物前，以远低于用于导引掺杂物扩散的温度来形成。此障壁层 有效地避免掺杂物从掺杂玻璃24在升高温度下扩散至相接结构(例如，聚硅 沟道27的顶部(见图3B)或接着形成的闸极介电质23及/或内层介电质)。保 护/障壁层25实质上包含未掺杂氧化硅，未掺杂氧化硅对于接着的闸极介电 质形成过程并不是阻碍。能够制造障壁层的流程包含由适当前驱物液相沉积 Si02(硅氟酸(hydrofluorosilicic acid)以及硼酸的水混和物)，在适当温度制造出 高品质闸极介电质的薄膜层。亦即，根据现有方法，通过掺杂玻璃24的表 面层过滤出惨杂物来形成保护层25。请参阅图3B，通过打印或涂覆适当闸极介电前驱物以及接着固化/退火 (例如，使用液态沉积或传统方法)的步骤来形成闸极介电质，该层的横向延 伸不需要局限在掺杂玻璃图案/结构24之间的间隙。事实上，在一些例子中， 希望至少部分的闸极介电层23能完全地或部分地覆盖掺杂玻璃图案的表面 (如图3B所示)。在一些例子中，闸极介电层自己也提供障壁/保护层25且减 少、抑制或避免掺杂玻璃层24或源极/汲极图案26过于扩散掺杂物。源极/ 汲极区域26的形成大致上相同于图1D的源极/汲极区域26。在一些例子中，'由于掺杂材料的增强的氧化率，需要在氧化作用前，掺 杂物过度扩散进入沟道区域27。增强的氧化率会在沟道27的边缘产生较厚 的闸极氧化物23。较厚的介电质减少汲极26边缘的电场，因此减少闸极引 起汲极漏电(Gate Induced Drain Leakage, GIDL)的情况。请参阅图3C，闸极金属28被打印用以沉积适当闸极金属前驱物(例如，金属纳米粒子或有机金属化合物、掺杂分子及/或纳米粒子为主的硅墨水、硅化物前驱物)在印刷式掺杂的玻璃图案24所定义的间隙25内，且转换为闸 极金属，如图1E的闸极金属8。源极/汲极接触点及其互连的结构源极/汲极接点及其互连的结构的处理流程可与任何以上所述的装置结 构及/或流程一起使用。当作源极/汲极接触蚀刻点的屏蔽的闸极图4A到图4D显示形成源极/汲极接点及内层介电质(InterLayer Dielectric, ILD)在图1到图3所示的基础TFT结构的过程。请参阅图4A，此 过程使用印刷式金属闸极140，部分地覆盖掺杂玻璃图案130，当作蚀刻掺 杂玻璃图案130的屏蔽来暴露源极/汲极区域112及114的接点面积。此实施 例确保源极/汲极接点的距离相当接近(因此降低电阻)，致使源极/汲极接点上 的光学硅化物如同没有有机内层介电质存在于源极/汲极区域112/114上方。 进而，延伸闸极金属140超出闸极介电质120的面积以及留下部分掺杂玻璃 130在闸极金属140下方，可减少闸极引起汲极漏电的情况。源极/汲极区域112/114以及沟道116在基材100上的形成类似于图1D 的源极/汲极区域6以及沟道7。从掺杂玻璃130注入掺杂物后，留下未掺杂 半导体层的一部分110。在源极/汲极区域112/114形成后，留下掺杂玻璃层 130。闸极介电质120的形成类似于图1C的闸极介电质3或图2C的闸极介 电质13的形成。氧化层122形成于未被掺杂玻璃层130所覆盖的半导体层(如 110)的暴露表面的氧化作用期间。如图4B所示，掺杂玻璃图案130以及暴露的介电层122的蚀刻的完成 系通过暴露于一或多个适当蚀刻剂(包含但不限于HF为主的湿蚀刻剂(例如 缓冲氧化蚀刻剂(BOE))、 NOE、垫底蚀刻剂、pyridine:HF蚀刻剂溶液)、HF 为主或HF制造出的蒸气或气体，或电浆蚀刻。选择蚀刻剂致使闸极介电质122及掺杂玻璃130的蚀刻率能够大于下面的硅层(例如，层110、 112以及 114)及金属闸极层140的蚀刻率，如此可大致上完全移除掺杂玻璃而不需移 除任何硅或闸极金属。
蚀刻以及光洁净的步骤(未显示)后，请参阅图4C，互连金属150/152可 打印于暴露的源极/汲极接点。虽然图4C未显示，如现有技术之人所知，互 连金属也可打印于暴露的金属上，但于"垫底"区域而非平面上。在一实施 例中，互连金属物体150或152也与闸极金属140相接来形成设置真空管的 晶体管(未显示)。印刷式互连金属用以连接同层内的晶体管及/或提供管道结 构较低接触面积。互连金属的电阻低于10欧姆/平方为较佳的选择。
为了确保良好的接触，图4C的结构可进一步被退火以形成硅化物在具 有硅的互连金属150/152的接口上，或是遍布在互连金属150/152及下面的 硅112/114之间的接触面的整个膜厚。适当硅化物形成的金属包含，但不受 限于，Al、 Ni、 Pd、 Pt、 Mo、 W、 Ti、 Co。互连金属可从这些硅化物形成的 金属中选择。亦即，含有形成硅化物(例如，掺杂Ni有机金属的银墨水)的添 加物的互连金属前驱物墨水已被观察到可降低互连150/152以及掺杂硅源极 /汲极区域112/114之间的接点电阻。然而，添加物(例如镍)会与硅接口分离 及/或形成硅化物。
在打印互连金属150/152,后(可通过多个传统流程来形成，如溅镀及光微 影，但打印为较佳选择)，以及参阅图4D，内层介电质160被打印用以覆盖 任何暴露的活化区域(例如，闸极140以及源极/汲极区域112/114)，但留下 适当面积的管道孔洞162/164(例如，互连点150/152上方)。内层介电前驱物 包含玻璃形成配方(例如，旋涂玻璃配方，有机硅酸盐或有机亚硅酸盐)、有 机介电质(例如，聚酰亚胺(polyimide)、聚(环苯丁烯)(BCB))、氧化硅前驱物(例如，氧化的硅烷，Si5H5(OH)5)或是打印后氧化的分子及域纳米粒子为主的硅配方(例如，硅墨水)。 打印内层介电质160的步骤包含喷墨、凹版印刷、平版印刷，类似于其 它所揭露的可打印的墨水的打印步骤。亦即，将内层介电质图案化的步骤包 含打印或沉积内层介电质(例如，对紫外光以及/或红外光敏感的聚酰亚胺)以 及将其暴露于照射下(例如，红外光、可见光或紫外光照射)来改变照射区域 的溶解度特性。暴露此层于适当蚀刻剂或溶剂可移除形成管道孔洞的内层介电质的暴露(正向)或未暴露(负向)面积。在另一实施例中，可丢弃材料首先被打印于对应内层介电质内稍后形成 的管道孔道位置的位置内。接着，所描述的内层介电前驱物被打印或全面沉 积。在固化内层介电前驱物后，管道区域内的可丢弃材料可分解，形成管道 孔洞。其它用来从管道孔洞移除可丢弃材料的方法系可想象的(例如选择性 蚀刻)。电路的完成通过打印互连金属连接开放式管道孔道内个别接触垫(图7B到图7C，以及图8B到图8C)。可使用上述同样的技术及材料。连接在源极/汲极终端其中之一或闸极终端的导体也可耦接于或相连于 另一个导体。举例来说，在装设二极真空管的晶体管内，导体可电连接于一 个源极/汲极终端与闸极。在装设电容的晶体管内，导体皆可电连接于源极/ 汲极终端。亦即，薄介电层可形成于源极/汲极终端上方，电容地连接于下方 源极/汲极终端的导体可形成于薄介电层上。当作源极/汲极接触点蚀刻屏蔽的内层介电质图5A到图5E显示在另一用以制造TFT过程中形成的结构。请参阅图 5A，沟道210、第一源极/汲极区域212、第二源极/汲极区域214，以及未掺 杂半导体(例如硅)区域216被形成于基材200上。掺杂玻璃230以及导电闸 极金属240被打印于基材200上或上方，闸极介电质220以及热氧化物 222/224形成如图中所述。类似于图4A到图4E的过程，图5A到图5E的过程使用局限于印刷式 掺杂玻璃区域230(闸极介电质210)之间的面积的闸极240，不会覆盖到掺杂 玻璃图案230。然而，在此实施例中，在掺杂玻璃图案230的蚀刻过程中， 第一内层介电质245被沉积用以保护闸极金属240以与闸极介电质220，暴 露源极/汲极区域212/214或其上的接触点(未显示)。图5B中，第一内层介电质245被打印致使可完全覆盖闸极金属、闸极 介电质220及至少部分但非全部的掺杂玻璃图案230。第一内层介电质245 的前驱物墨水包含玻璃形成配方(例如，旋涂玻璃配方，硅酸盐或有机硅氧 烷)、有机介电质(例如，聚酰亚胺、BCB)、氧化的硅前驱物(例如，氧化的 硅烷，Si505H1())、或是打印后氧化的分子及/或纳米粒子为主的硅配方。打印第一内层介电质245包含喷墨、凹版印刷、平版印刷等的方法。亦 即，制图于内层介电质的方法包含打印或沉积内层介电质(对紫外光以及/或 红外光敏感的聚酰亚胺)，以及暴露于照射(紫外光、可见光、红外光的照射) 下以改变照射区域的溶解度特性。暴露该层于适当蚀刻剂或溶剂将会移除形 成管道孔洞的内层介电质内的暴露(正向)或未暴露(负向)面积。接着，如图5C所示，掺杂玻璃图案230以及热氧化区域222以及224 被蚀刻至足以移除热氧化区域222及224以及暴露掺杂源极/汲极区域 212/214。蚀刻暴露的掺杂玻璃图案230及暴露的热氧化物222/224的完成可 通过暴露于适当蚀刻剂于一段足够长的时间来移除热氧化物区域222及 224，但保留第一内层介电质245 —部分留于闸极金属上方，蚀刻剂包含但 不限于HF为主的湿蚀刻齐U(例如，缓冲氧化蚀刻剂(BOE)、 NOE、传统垫底 蚀刻、pyridine:HF)、 HF为主或HF制造出的蒸气或气体、以及电浆蚀刻。 在许多实施例中，掺杂玻璃图案230的一些部分也残留于掺杂源极/汲极区域 212/214上方。蚀刻剂可为非选择性地介于掺杂玻璃图案230以及第一内层 介电质245之间，掺杂玻璃图案230以及热氧化物区域222/224之间，或是 这三种材料(亦即，掺杂玻璃图案230，第一内层介电质245，以及热氧化物 222/224)之间，选择蚀刻剂致使掺杂玻璃230以及热氧化物222/224的的蚀 刻率足够大于下面的半导体(例如，源极/汲极区域212/214以及无掺杂半导 体区域216)的蚀刻率，致使能大致上完整去除热氧化物222/224而不需移除
下面的半导体。依据蚀刻时间，蚀刻剂只移除掺杂玻璃图案230的相当细窄的部分，只暴露源极/汲极区域214/216的小边界或面积。在此实施例中，以上所有提到 的材料都适用于第一内层介电质245，只要厚度足够保护相对掺杂玻璃230 有着低蚀刻性的闸极金属以与闸极金属介电质。换言之，请参阅图6A，选择适当的蚀刻时间以致大多数掺杂玻璃图案 被移除，留下掺杂玻璃232小部分(或其它绝缘体)邻近于闸极金属240以与 闸极介电质220。在此例中，选择适当内层介电质245以致其蚀刻率相较于 掺杂玻璃图案的蚀刻率系可忽略。举例而言，在此例中可选择有机绝缘体(例 如，聚酰亚胺、BCB)。在这些使用保护层及/或掺杂物贫乏层于可印掺杂玻 璃图案上的例子中(图3A到图3C)，可选择无掺杂保护层/掺杂物贫乏层，致 使在掺杂玻璃蚀刻剂的存在下，其蚀刻率比起掺杂玻璃图案的蚀刻率是可忽 略的。接着，掺杂玻璃图案230(图5B所示)被蚀刻用以暴露源极/汲极区域 212/214以及留下惨杂玻璃"残余物"232(图6A所示)。蚀刻掺杂玻璃图案及 暴露的热氧化物区域222/224可完成如文中所述，但选择适当蚀刻剂以致掺 杂玻璃及热氧化物222/224的蚀刻率跟内层介电质245相关(例如，掺杂玻璃 及热氧化物222/224相比于内层介电质245的蚀刻率系足够大以致能完全移 除暴露的掺杂玻璃而不会移除任何内层介电层245)。掺杂玻璃图案230所包 含的或以掺杂氧化硅为主的实施例中，源极/汲极区域212/214以及无掺杂半 导体区域216实质上包含硅，内层介电层245包含氮化硅。请参阅图5D以及图6B，在掺杂玻璃230及热氧化物222/224被蚀刻后， 基材可被(选择性地)洁净，互连金属250/252被分别打印于暴露的源极/汲极 区域212/214上。互连金属250/252也与闸极金属240(未显示)相接触。印刷 式互连金属250/252被用以连接同层内的晶体管，及/或提供低电阻接触面积 给上面的管道结构。如果选择适当互连介电质245适合于高温处理(例如，
硅酸盐、氮化硅)，金属硅化物可形成于互连金属250/252以及源极/汲极区 域212之间，位于闸极金属240—侧的无掺杂半导体216，源极/汲极区域214， 位于另一侧的无掺杂半导体216。互连金属的电阻较佳低于10欧姆/平方。打印且形成互连金属的步骤包含打印适当互连金属前驱物(例如，金属 纳米粒子或有机金属化合物、硅化物前驱墨水)，以及转换为互连金属。亦 即，种子层的前驱物可被印于接触面积以及转换为种子层，接着互连金属(例 如，Ag、 Au、 Cu、 Pd、 Pt)可被电镀或化学镀于种子层。种子层需要在镀膜 程序前，进行活化步骤。制图于互连金属的步骤包含涂覆或打印互连金属前驱物以及区域性暴 露于激光照射下，以致暴露区域的印刷式互连金属前驱物改变溶解度特性。 冲走暴露或未暴露面积后(冲走未暴露面积为较佳作法)，选择性地在额外固 化或退火步骤后，照射后的互连金属前驱物会留下用以形成互连金属。此实 施例提供无法直接用打印方法达成的高分辨率金属互连制图的优点。为了确保良好接触，结构进一步被退火用以形成硅化物于互连金属及硅 之间的接口或遍布接触面的整个膜厚。在此实施例中，在掺杂玻璃图案230 的蚀刻过程中保护闸极金属240的内层介电质适合于硅化作用温度。请参阅图5E以及图6C，打印互连金属后，第二内层介电质260/262/264 被印于闸极245以及源极/汲极区域212/214上方，但留下管道孔洞280在适 当面积内，用以与较高金属化程度接触。内层介电质260-264的前驱物包含 同样或类似第一内层介电质245的玻璃形成配方(如硅烷、硅氧垸的旋涂玻 璃配方，如聚酰亚胺、BCB的有机介电质，如氧化硅垸的氧化硅前驱物)， 或打印后氧化或氮化的分子及/或纳米粒子为主的硅或铝配方。当作掺杂玻璃蚀刻屏蔽的可印内层介电质为了暴露源极/汲极区域312及314，图7A到图7D以及图8A到图8D 的处理流程使用可印内层介电图案350/352/354当作蚀刻掺杂玻璃330的屏
蔽。图7A到图7D以及图8A到图8D的流程主要的不同在于掺杂玻璃图案 330的蚀刻选择性跟第一内层介电质350/352/354 (如图8A到图8D所示，第 一内层介电质350'/352'/354')相关。图7A到图7D的流程中，蚀刻系选择性 的，因此相对于图8A到图8D的流程，可产生较薄的可印内层介电质图案 350/352/354。在图8A到图8D的过程中，蚀刻系非选择性的，因此相对图 7A到图7D的过程，用以打印内层介电质图案350V352V354'的材料有较广的 变化性。请参阅图7A以及图8A，第一内层介电质350/352/354(或350'/352'/354') 可被打印致使可完全覆盖闸极金属340以及基材300上其它可曝光的区域， 以及部分(但未完全)覆盖掺杂玻璃图案330，如同半导体岛缘(如316)。第一 内层介电质350/350'到354/354'的前驱物包含任何玻璃形成配方，如同氮化 物或硅及/或铝的氧氮化物。内层介电质可被打印或可用以作图。接着，如图7B以及图8B所示，暴露的掺杂玻璃图案330以及热氧化 物322/324被蚀刻，用以暴露未被第一内层介电质350/352/354(或 350'/352'/354')覆盖的面积内的源极/汲极区域312/314。掺杂玻璃图案330被 蚀刻。在图7B的过程中，选择适当蚀刻剂以致掺杂玻璃330及热氧化物 322/324的蚀刻率足够大于第一内层介电质350/352/354及下面源极/汲极区 域312/314的蚀刻率，以致能完全移除掺杂玻璃330而不会移除任何第一介 电质350/352/354或源极/汲极区域312/314。图8B的处理中，选择适当蚀刻 剂以致掺杂玻璃330及热氧化物322/324的蚀刻率接近或相同于第一内介电 质350'/352V354'的蚀刻率，但相对高于下面源极/汲极区域312/314的蚀刻率。 根据内层介电质及其厚度的选择，掺杂玻璃图案的移除可导致浮雕结构 332(图7B)或332'(图8B)。然而，当掺杂玻璃相对第一内层介电质为低蚀刻 选择性(如图8B所示)，将有相当薄的第一内层介电质(图8B中蚀刻的第一 内层介电质356/357/358与图8A的可印/已图案化的第一内层介电质 350'/352V354'相比较)。在此例中，可印/已图案化的第一 内层介电质 350V352V354'的厚度大于掺杂玻璃330的厚度(例如，Sl.5x、 ^2x、 ^3x、 ^5x、 210x)。如图8B所示，此排列方式可避免浮雕结构332的形成。在其中一例，选择适当蚀刻时间以致多数(但非全部)掺杂玻璃层可从源 极/汲极312/314上方移除。特别地，留下由第一内层介电质350或350所覆 盖且邻接于闸极金属340与闸极介电薄膜320的一小部分掺杂玻璃332。蚀刻以及光洁净(未显示)步骤后，互连金属360/362可被打印于暴露的 源极/汲极312/314上，如图7C以及图8C所示。进一步地，互连金属可与 闸极金属(未显示)接触。可印互连金属可被用于连接同层内的晶体管，及/ 或提供较低接触面给管道结构。如果内层介电质适用于接着的高温处理(例 如硅酸盐、氮化硅)，在沉积互连金属360/362后，源极/汲极接点可能发生 硅化作用。互连金属的电阻较佳为低于10欧姆/平方。打印以及形成互连金 属的步骤如文中所述。打印互连金属360/362后，如图7D及图8D所示，第二内层介电质370 可被打印用以覆盖暴露的活化面积(例如闸极以及源极服极区域)，但留下管 道孔洞380在适当面积内。内层介电质370的前驱物包含相同玻璃形成配方 以及其它内层介电质的材料。本流程的特定实施例中(不受限于图7A到图8D)，激光制图包含沉积防 蚀剂材料在全部沉积的含金属层的次步骤，选择性地用可被防蚀剂(防蚀剂 的吸收染料)吸收的预定激光(i)波宽及减(ii)波长或波段的激光照射防蚀剂的 一部分，用显影剂显影选择性照射后的防蚀剂用以留下对应于被形成的结构 的图案(在图7A到图8D中，闸极金属340及/或互连金属360/362;注意这 些步骤应用于正向或负向防蚀剂)，移除非对应于需要或预定图案的全部沉 积的材料的这些部分(通过干蚀刻或湿蚀刻)，移除剩下的防蚀剂材料。具有 红外光波段的光是较佳的选择，虽然也包含光谱中紫外或可见光的波长或波 段。防蚀剂(或染料)吸收及/或对光波长或波段敏感，光束聚焦或直接照射在 需要或预定的防蚀剂部分。实施例揭露于美国专利申请号11/203,563，申请
日2005年8月11日。换言之，当同时照射墨水/基材，半导体层(例如，具有晶体管沟道7、 17、 27、 116、 210或310的特性，如掺杂物程度或浓度)的形成可通过打印 或涂覆掺杂或未掺杂半导体墨水于基材上。在一实施例中，在旋转涂覆步骤 的过程中，当用紫外光照射墨水，过程包含旋转涂覆含有半导体前驱物的墨 水于基材上。此技术(亦为紫外光旋转涂覆(UV spin-coating))描述于申请中美 国专利申请号10/789,274，申请日2004年2月27日。另一实施例中，打 印(包含同时或立即紫外光照射)包含喷墨或凹版印刷，弹性凸版印刷、网版 印刷或平版印刷掺杂或非掺杂半导体墨水于基材上对应活化晶体管区域的 位置(或其它用以沉积材料于基材上选择区域的沉积技艺)。其中一例，半导 体层，在照射同时的沉积后， 一般具有非结晶型态，进一步处理之前， 一般 会结晶化(例如，通过加热或激光照射；请参阅美国专利申请号10/950,373 以及10/949,013，申请日皆为2004年9月24日)。在许多例子中，结晶化将 会活化掺杂物中至少一部分。相较于现有技术，本发明提供用以制造可信赖、商业上可接受的电性(例 如，开关(on/off)速度及比例、载子移动性、Vt)的印刷式自对准上闸极TFT 的低成本方法。可印及/或可照射的半导体结构(以及，选择性地，可印及/或 可照射导体结构)提供(l)类似由更多传统方法所形成结构的结果，但比起传 统流程具有较低成本以及较高生产力，以及(2)较高分辨率制图能力，相较于 传统制图打印法(例如喷墨)，有相近或更高生产力。通过以上较佳实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精 神，而并非以上述所揭露的较佳实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地， 其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排在本发明权利要求所要求 保护的范围之内。因此，本发明权利要求所要求保护的范围应该根据上述的 说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。
权利要求
1.一种形成薄膜晶体管的方法，其特征在于，包含下列步骤形成一半导体薄膜层；将一掺杂的玻璃图案印于该半导体薄膜层上，所述掺杂的玻璃图案中的一间隙定义所述薄膜晶体管的一沟道区域；将一闸电极形成于所述沟道区域上或上方，所述闸电极包含一闸极介电薄膜以及位于所述闸极介电薄膜上的一闸极导体；以及将一掺杂物从所述掺杂的玻璃图案扩散至所述半导体薄膜层内。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于形成所述半导体薄膜层的步骤 包含将一液态墨水印于一基材上，所述液态墨水包含一含有半导体的前驱 物。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于所述掺杂的玻璃图案印于对应 所述薄膜晶体管的源极以及汲极终端的所述半导体薄膜层的区域上或上方。
4. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，进一步包含下列步骤-将所述闸极介电薄膜形成于所述半导体薄膜层的全部表面，接着将一掺 杂的玻璃图案印于所述闸极介电薄膜上；以及通过包含一闸极导体前驱物的一墨水印于所述闸极介电薄膜上来形成 闸极导体，且至少形成于所述间隙内。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包含移除所述掺杂的玻 璃图案的至少一部分，以充分地暴露包含扩散的掺杂物的所述半导体薄膜层 的表面，以及将一导电互连结构形成于包含扩散的掺杂物的所述半导体薄膜 层的所述暴露的表面上。
6. —种薄膜晶体管，其特征在于，包含 一半导体薄膜层；一掺杂的玻璃图案的至少一部分，位于所述半导体薄膜层上，其中所述 掺杂的玻璃图案的至少两部分定义一间隙于所述薄膜晶体管的一沟道区域上方；一闸电极，位于所述半导体薄膜层的一沟道区域上或上方，所述闸电极包含一闸极介电薄膜以及位于所述闸极介电薄膜上的一闸极导体；以及所述半导体薄膜层内的含有f杂物的数个区域，位于所述沟道区域的两
7. 如权利要求6所述的薄膜晶体管，其特征在于所述掺杂的玻璃图案位 于所述半导体薄膜层的源极及汲极区域上或上方。
8. 如权利要求6所述的薄膜晶体管，其特征在于所述闸电极填满所述间隙。
9. 如权利要求6所述的薄膜晶体管，其特征在于所述含有掺杂物的区域的所述掺杂物与所述渗杂的玻璃图案的所述掺杂物相同。
10. 如权利要求项所述的薄膜晶体管，其特征在于进一步包含位于所述掺杂的玻璃图案内的数个开口，暴露所述半导体薄膜层的所述含有掺杂物的区 域的表面，以及一导电互连结构，位于所述半导体薄膜层的所述含有掺杂物 的区域的暴露的表面。
全文摘要
本发明揭露一种自对准上闸极薄膜晶体管以及形成该晶体管的方法。首先形成半导体薄膜层；接着，将掺杂的玻璃图案打印于半导体薄膜层上，掺杂的玻璃图案中的间隙定义薄膜晶体管的沟道区域；接着，将闸电极形成于沟道区域上或上方，闸电极包含闸极介电薄膜以及位于闸极介电薄膜上的闸极导体；以及将掺杂物从掺杂的玻璃图案扩散至半导体薄膜层内。
文档编号H01L29/786GK101101878SQ20071011194
公开日2008年1月9日 申请日期2007年6月12日 优先权日2006年6月12日
发明者乔格·洛肯贝尔格, 姆斯·蒙太古·科伦拜恩, 阿尔温德·卡马斯 申请人:高菲欧股份有限公司