专利名称：形成薄膜晶体管和相关系统的方法
技术领域：
本发明涉及形成薄膜晶体管和相关系统的方法。
背景技术：
薄膜晶体管(TFTs)使用在许多利用半导体装置的应用中，例如在显示器例如平板显示器、其他显示器和类似的中使用的各种微电子电路。其中一个挑战那些设计和制作薄膜晶体管的人的难题是制造TFTs的低成本方法和由此导致的低成本TFT结构。
有许多方法可以减低TFT的开发成本。例如，一个方法是注重制造过程本身并尝试使用流水线或者另外地减少与制造TFTs相关的复杂性。也就是说，有多种制作TFTs的方法，由于包括的处理步骤的优点，这些方法实施起来昂贵或技术上复杂(附带的是制作的成本升高)或者两者都是。另外，还可以注意用来制造TFTs的材料的类型。例如，一些支撑TFT结构的衬底典型地可以比其他的衬底要贵。这是因为衬底的某些类型与其他的类型相比，可以通过较为便宜的方式处理。然而，使用这些衬底类型的时候，在TFT的制造过程中，对于这种材料和采用的处理步骤，也会达到一个平衡。
低成本的TFT制造过程和导致的结构依然是一个挑战。
发明内容
本发明描述了形成薄膜晶体管和相关系统的方法。
在一个实施例中，描述了一种使用低温形成过程的在衬底上面形成源极/漏极(source/drain)材料的方法。使用低温形成过程在所述源极/漏极材料上面形成通道层。使用低温形成过程在所述通道层上面形成栅绝缘层。使用低温形成过程在所述栅绝缘层上面形成栅极。所使用的低温形成过程是控制在不超过大约200℃的温度。
在另一个实施例中，描述了一种使用至少一个低温形成过程在衬底上面形成源极/漏极材料的方法，以便给TFT提供源极和漏极。通道层通过使用低温形成过程形成在所述衬底上面。该通道层包括与源极/漏极材料不同的材料，并包括非晶硅。要给独立的TFTs限定通道的通道层的部分暴露在激光下，该激光足以使该部分再结晶。栅绝缘层通过使用低温形成过程形成在所述衬底上面。栅极通过使用低温形成过程形成在所述衬底上面。所使用的低温形成过程控制在不超过大约200℃的温度下。
仍是另一个实施例中，薄膜晶体管包括塑料衬底和由所述衬底支撑的一对低温形成的源极/漏极区域。覆盖沉积的低温形成的通道层提供在所述衬底上面，并包括与源极/漏极材料不同的材料。通道层给TFT限定了通道区域。覆盖沉积的低温形成的栅绝缘层提供在所述通道层上面，并且低温形成的栅极设置在所述通道区域的上面。
图1是根据一个实施例的处理中的衬底的剖视图。
图2是根据本发明的一个实施例，图1的衬底处于图1示出的处理步骤的下一个处理步骤的视图。
图3是根据本发明的一个实施例，图1的衬底处于图2示出的处理步骤的下一个处理步骤的视图。
图4是根据本发明的一个实施例，图1的衬底处于图3示出的处理步骤的下一个处理步骤的视图。
图5是根据本发明的一个实施例，图1的衬底处于图4示出的处理步骤的下一个处理步骤的视图。
图6是根据本发明的一个实施例，图1的衬底处于图5示出的处理步骤的下一个处理步骤的视图。
图7是根据本发明的一个实施例，图1的衬底处于图6示出的处理步骤的下一个处理步骤的视图。
图8是根据本发明的一个实施例，图1的衬底处于图7示出的处理步骤的下一个处理步骤的视图。
图9是根据本发明的另一个实施例的衬底和相关的TFT的剖视图。
具体实施例方式
下面描述的方法和由此导致的系统的实施例提供了低成本高制造性的TFTs。通过由此导致的TFT结构的实施例而获得的成本效益，在一定程度上，与该TFT本身的一些性能特性作出了平衡。然而，这种平衡仍然给TFTs提供了可在各种电子工业上使用的合理质量。
在此描述的实施例中使用了低温处理工艺。在一个实施例中，“低温”是要包括一般低于或至少不高于采用的衬底的玻璃态转换温度的温度。这并不是说，在一些实施例中该温度在短时间内不能偶然超过所述玻璃态转换温度。然而，在这些实施例中，这种温度偶然不应该负面影响所述衬底或者另外地给所述衬底带来不好影响。
在某些实施例中，柔性和/或塑料衬底例如柔性塑料衬底，用来支撑所述TFT结构。由于在不同的塑料衬底之间玻璃态转换温度是变化的，对于许多合适的塑料，低温处理的一个合理的限制温度是不高于大约200℃。然而，应该理解，较高的限制温度由选择的衬底材料决定。
参照图1，一般地用10代表处理中的衬底，根据在此描述的实施例，所述衬底可以包括任何合适的在其上可以形成TFT结构的衬底。合适的衬底材料非限制地包括硅、玻璃、聚酰亚胺、Kapton、Mylar以及各种其他聚合或塑料的材料。在一些实施例中，衬底材料选择成是柔性的。柔性衬底的例子包括多种塑料衬底材料。在一些实施例中，使用滚动条式(roll-to-roll)处理技术来处理这种柔性衬底，其中所述衬底以卷形提供，随后卷开并以装配线类型的方法处理。
在一些实施例中，对合适衬底材料的选择可以由一个或多个以下因素驱使希望选择一种柔性材料、希望选择一种依照低温处理技术可以处理的材料、希望选择透明的材料(例如以允许背面照明)。
在形成TFT结构之前，衬底10可以以典型的用于所采用的衬底材料类型的方式清洁。
参照图2，导电材料12、14形成在衬底上面。在本实施例中，所述导电材料的形成是通过使用低温形成过程而进行的。也可以使用任何合适的过程和任何合适的材料，例如铝或一些其他的金属或金属合金。材料12、14的形成是可选的，这种材料当作随后形成的源极/漏极区域的接触垫。如果导电材料12、14没有形成，那么接触垫可以在后面的过程中形成。
关于导电材料12、14是如何形成的例子可以参考下面。
在导电材料的沉积之前，可以在衬底上面形成一个掩模层，该掩模层要形成敞开窗口的图样，该窗口是导电材料沉积的地方和要限定TFTs的源极和漏极的地方。所述掩模层可以包括任何合适的材料，例如是光掩模，该光掩模随后例如通过激光而形成图样以打开所述窗口。所述窗口也可以用例如压印和取出的技术机械地打开。例如，使用刻印或冲压处理可以在源极和漏极区域上面形成通道图样。该过程包括在整个衬底上面施加软的模板材料例如PMMA，然后使用预制的模具，在源极/漏极区域上面形成压印以有效地移动PMMA并在所述S/D区域形成空位。然后典型地可以使用氧反应离子蚀刻来清洁源极/漏极区域将要形成在其上的表面。在压印或冲压步骤后，金属可以喷射，蒸发，或另外地形成在整个衬底的上面并进入源极/漏极区域上的空位中。接着，模板材料(例如PMMA)可以取出以剩下S/D金属接触。这个过程可以在低温下进行，并且没有任何的光刻步骤和没有任何的蚀刻(干的或湿的)以限定金属的特性。
作为另一个关于导电材料12、14是如何形成在衬底上面的例子，这种材料可以通过使用喷墨微印技术形成在衬底的上面。在工业中正进行大量的工作去探索导电材料的喷墨微印。已知的是，导电有机材料例如PEDOT通过使用喷墨处理可以准确地沉积。而且，正在进行工作去开发用于有机LED制造的喷墨沉积工具。另外，大量的工作集中在悬浮在流体中的金属的和半导电的微细粒子的喷墨沉积。这方面的工作已经显示出，可以喷墨沉积材料例如CdSe以及提供金属的和半导电的特性的精确布置。对于在本文中讨论的特定应用，通过以快速的低成本的滚动条式次序使用喷墨喷头阵列，人可以用金属的或半导电的微细粒子的悬浮液去使源极/漏极区域形成图样。
在这个过程中，利用烘烤室和一个或多个烘烤结构的结合，可以有效地施加导电材料，所述烘烤室接收将要沉积的材料，所述一个或多个烘烤结构例如烘烤阻抗器(resistor)使所述材料核化以便使其从所述烘烤室排出。使用这些技术，可以获得非常精确的沉积。
导电材料也可以由喷射形成或另外地在整个衬底上面形成所述材料(例如没有掩模层)，然后激光熔化或另外地将所述材料移除以形成希望的导电材料12、14，从而限定用于随后形成的源极和漏极的接触垫，该源极和漏极用于要形成的TFTs。
参照图3，源极/漏极材料16、18形成在衬底上面。在本例子中，源极/漏极材料16、18分别形成在导电材料12、14上面并与该导电材料电连通。可以使用任何合适的技术和材料来形成源极/漏极材料16、18。如图所示的源极/漏极材料16、18的形成分别提供了源极/漏极支柱20、22，每个支柱包括多层导电材料。虽然在图中仅示出了两层独立层，但是形成额外的层以给形成的TFTs提供源极和漏极也是可以理解的。
例如，当一个掩模层在之前使用了，同一个掩模层还可以使用以允许源极/漏极材料16、18形成在衬底上面。这可以通过以下实现例如，使用低温CVD过程以将掺杂的(doped)硅或多晶硅沉积在衬底上面。
另一个例子是，其中没有在之前使用掩模层来选择性地形成导电材料12、14，源极/漏极材料16、18可以形成在整个衬底上面，然后形成图样以提供如图3所示的结果结构。可以使用任何合适的技术来产生图样。例如，可以通过使用压印和取出技术例如前述的那些来产生图样。或者，可以使用激光熔化来产生图样。
可选地，可以在源极/漏极支柱20、22之间的衬底上面形成绝缘层。该层可以使用任何合适的技术来形成。但是一个示例性的技术可以包括微印在源极/漏极支柱之间的衬底上面的层。
参照图4，通道层24分别形成在衬底和源极/漏极20、22上面。
在一个实施例中，通道层通过使用低温技术而形成，所述层覆盖地沉积在整个衬底上面。例如，低温CVD或喷射技术可以用来形成所述通道层。在一个实施例中，通道层由非晶硅或a-Si形成。使用低温形成技术典型地导致了较低质量的通道层。然而，要记得，使用在此描述的所述形成技术的一个优点是保持所希望的低的总制作成本。
作为上述a-Si通道层的一个替换，在一个实施例中该通道层可以由有机材料例如并五苯形成。也可以使用任何合适的有机材料。在这个例子中，并五苯通道层的形成通过使用低温形成技术来进行，所述低温形成技术包括蒸发、旋涂和浸渍涂敷。另外，当有机材料用于所述通道层的时候，这种材料可以形成在金属源极/漏极垫(即导材料12、14)上面并将其覆盖，而不需要任何掺杂的区域(即源极/漏极材料16、18)。
当通道层由a-Si形成的时候，位于所述栅极下面的区域可以通过使用激光再结晶技术而选择地再结晶以便提供多晶硅。a-Si的激光再结晶(同样指“连续横向结晶”或者“SLS”)基本上包括使用由激光提供的能量去发热并局部的熔化膜层或表面，以便使其固化成均匀的结构。
参照图5，使用SLS来使区域26选择地再结晶，以便在所述通道中提供多晶硅。将a-Si再结晶希望地通过提高所述通道的迁移率而改变了源极和漏极之间的材料的电特性。关于SLS的更多背景，读者可以参考以下资料R.Sposilli，J.Im，Applied Physics A 67，第273-276页(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.
当通道层是由有机材料例如并五苯形成的时候，就不使用激光再结晶了。
作为重要的参考，考虑下面的描述。使用a-Si然后接着激光再结晶可形成n-通道装置的TFTs，也就是主要的载体是电子。使用有机材料例如并五苯用于通道层会形成p-通道装置的TFTs。相应地，在同一个处理流程中结合两种材料类型可以提供n-和p-类型的互补装置。
参见图6，栅绝缘层28形成在衬底上面。在举例说明和描述的实施例中，栅绝缘层28是通过使用合适的低温过程而覆盖地沉积在整个衬底上面。低温过程的例子包括增强等离子CVD或PECVD和喷射。合适的沉积过程在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。
任何合适的材料可以用于栅绝缘层，这样的示例包括各种氧化物(例如SiO2)，氮化物，氮氧化物和类似的，虽然更希望使用氧化物材料。在利用有机材料用于通道层的实施例中，栅绝缘层可以由材料例如绝缘聚合物如聚乙烯苯酚(polyvinylphebol)、聚碳酸脂和类似的形成。
要注意的是栅绝缘层的形成步骤是覆盖沉积，在本例子中，栅绝缘层是没有形成图样的。因此，在一些例子中，由于源极/漏极支柱20、22的形成，所以不需要形成图样。从将制造过程的费用保持得所希望的低的观点看，这是有利的。另外，所描述的TFTs的形成可以通过使用典型的添加过程而进行。这可以帮助降低制造成本，同时减少例如使用减去过程而会发生的破坏下面的层的概率。另外，在绝大部分的实施例中，可以避免使用湿化学处理，这有助于保证不仅下面的层的完整性，还有衬底的完整性。
参照图7，栅极30形成在衬底上面，特别是在通道区域上面并与源极/漏极支柱20、22的部分分别重叠。栅极30可以使用任何技术而形成。
形成栅极的合适的技术的例子可以参考下面。
在栅极材料的沉积之前，掩模层可以形成在衬底的上面并形成窗口的图样，栅极材料将沉积在该窗口处。掩模层可以包括任何合适的材料，例如随后通过使用如激光以打开窗口形成图样的光掩模。该窗口还可以通过使用例如压印技术而机械地打开。在该窗口开好了后，栅极材料可以通过例如喷射、蒸发或其他合适的能够保持在低温处理的技术来沉积。一旦沉积后，掩模层和没有用来形成栅极的额外的栅极材料可以移除。注意的是这是一个添加的过程。
作为另一个关于栅极材料是如何形成在衬底上面的例子，这种材料可以使用喷墨微印技术来形成在衬底上面。这里，通过使用喷墨技术导电材料有效地以精确的图样形式施加。典型地喷墨技术使用了烘烤室和一个或多个烘烤结构的结合，所述烘烤室接收将要沉积的材料，所述一个或多个烘烤结构例如烘烤阻抗器使所述材料核化以便使其从所述烘烤室排出。利用这些技术可以获得非常精确的沉积。要注意的是这也是一个添加的过程。
栅极材料同样可以由喷射形成或另外地将该材料形成在整个衬底上面(例如没有掩模层)，然后激光熔化或另外地将该材料移除以形成所希望的栅极30。另外，压印和取出技术可以用来形成所述栅极。
任何合适的材料例如铝或一些其他类型的金属或金属合金可以用于所述栅极。其他合适用作栅极的材料包括导电聚合物，例如PEDOT(聚(3，4-二氧噻吩乙烯))(poly(3，4-ethylendioxythiophene))或聚苯胺(polyaniline)。这些材料在喷墨微印过程中可以非常好地操作。
参照图8，在形成栅极后，钝化层32可以形成在衬底上面。任何合适的材料可以用来形成钝化层。例如，低温过程可以在衬底上面形成标准的绝缘层。或者，塑料或聚合物的层压板可以施加在衬底上面以钝化该衬底。
紧接着钝化，如果需要的话可以在接触垫的上面形成通道图样。这可以通过例如激光熔化而完成。
希望能够认识和理解，上述的过程是针对形成顶部栅极的TFTs的，但是类似的技术也可以用来形成底部栅极的TFTs。
参照图9，示出了示范性的底部栅极的TFT。适当地使用了与上述实施例的类似附图标记来指代类似的部分，不同之处在于使用了前缀“a”。
在这个例子中，提供了衬底10a，栅极30a形成在其上。该栅极可以使用任何上面描述的技术来形成，例如添加或减去技术。栅绝缘层28a形成在衬底上面，并希望地覆盖沉积在整个衬底上面。通道层24a类似地形成或另外地覆盖沉积在所述衬底的上面。当通道层由a-Si形成的时候，激光再结晶步骤可以紧接着通道层的形成。当有机材料用于通道层的时候，不需要使用激光再结晶。源极/漏极支柱20a、22a分别形成在所述衬底上面。任何上面提到的技术都可以用来形成源极/漏极支柱。随后，钝化层32a形成在衬底上面。
在低成本、低温度的TFT形成过程方面，各种描述的实施例使不同类型的衬底材料可以使用。通过主要地使用添加过程，各种描述的实施例可以有效地减少处理步骤的数目。这使得TFTs可以直接设置在制品上，它们与所述制品结合使用。
虽然已经用文字针对结构特征和/或方法步骤描述了发明内容，但是应该理解，附上的权利要求并不限于描述的特定特征或步骤。而是，特定的特征和步骤是实施本公开内容的示范性形式。
权利要求
1.一种薄膜晶体管(TFT)的形成方法，包括使用低温形成过程在衬底(10)上面形成源极/漏极材料(16，18)；使用低温形成过程在所述源极/漏极材料(16，18)上面形成通道层(24)；使用低温形成过程在所述通道层(24)上面形成栅绝缘层(28)；和使用低温形成过程在所述栅绝缘层(28)上面形成栅极(30)；所述低温形成过程控制在不超过200℃的温度下。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述通道层(24)的动作包括在所述源极/漏极材料(16，18)的上面形成非晶硅。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括在形成所述通道层(24)后，将所述通道层的部分暴露在激光下，该激光足以使该部分再结晶。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述通道层(24)的动作包括在所述源极/漏极材料(16，18)的上面形成有机材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述有机材料包括并五苯。
6.一种薄膜晶体管(TFT)，包括塑料衬底(10)；一对由所述衬底(10)支撑的低温形成的源极/漏极区域(16；18)；低温形成的通道层(24)，该通道层覆盖地沉积在所述衬底(10)的上面，并包括与所述源极/漏极材料(16，18)不同的材料，所述通道层(24)为所述TFT限定了通道区域；低温形成的栅绝缘层(28)，其覆盖地沉积在所述通道层(24)的上面；和低温形成的栅极(30)，其设置在所述通道区域上面。
7.根据权利要求6所述的TFT，其特征在于，所述衬底包括柔性衬底。
8.根据权利要求6所述的TFT，其特征在于，所述衬底包括透明衬底。
9.根据权利要求6所述的TFT，其特征在于，所述衬底包括柔性的透明的衬底。
10.一种包含如权利要求6所述的TFT的电子装置。
全文摘要
描述了形成薄膜晶体管和相关系统的方法。在一个实施例中，描述了一种使用低温形成过程在衬底(10)上面形成源极/漏极材料(16，18)的方法。使用低温形成过程在所述衬底上面形成通道层(24)。使用低温形成过程在所述衬底上面形成闸口绝缘层(28)。使用低温形成过程在所述衬底上面形成闸口(30)。所使用的低温形成过程是控制在不超过200℃的温度下。
文档编号H01L21/336GK1754271SQ200480005270
公开日2006年3月29日 申请日期2004年2月13日 优先权日2003年2月28日
发明者P·彼得森, J·斯塔西亚克 申请人:惠普开发有限公司