使用液体前体制造亚微米结构的制作方法

使用液体前体制造亚微米结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及使用液体前体(liquid precursor)制造亚微米(submicron)结构(优选地，半导体亚微米结构)，并且具体但非排他地，涉及至少用于在基底(substrate)上制造亚微米结构的方法以及可由此类方法获得的亚微米结构。
【背景技术】
[0002]半导体装置(如二极管和晶体管)是用于电子装置的基本构件。存在对用于它们的生产的新的、备选的、更廉价和/或改进的制造过程的持续需求。目前，在用于生产用于例如在RFID标签、柔性LED和LCD显示器以及光伏装置中使用的柔性电子构件的过程中存在特别的利益。用于生产柔性电子装置的非常有前景的技术为所谓的卷对卷(roll-to-roll) (R2R)制造技术(也已知为幅材(web)处理或卷轴对卷轴(reel-to-reel)处理)。R2R制造技术包括下述生产方法:其中薄膜沉积在柔性(塑料)基底上，并且以连续方式处理成电气构件。
[0003]在R2R过程中，优选地，使用印刷技术(例如，压印(imprint)、喷墨或丝网印刷)和涂布技术(例如，滚筒、缝隙涂布或喷涂涂布)以便实现高产量、低成本处理。此类技术包括使用墨(即，液体前体)，墨可使用简单的涂布或印刷技术来沉积在基底上。这样，柔性电子装置可以以在传统半导体制造方法的成本的几分之一来制成。然而，R2R处理是仍在开发中的技术。
[0004]为了实现用于高性能应用的柔性电子装置(如，UHF RFID和用于可折叠电话的电子装置)，需要克服的问题包括开发用于实现带有小特征尺寸和高对齐准确性的薄膜结构的低成本过程；以及开发用于实现在柔性塑料基底上的高灵活性半导体薄膜的基于墨的过程。
[0005]US 6, 861, 365 B2描述了通过将结构模具压印到抵抗(resist)层中来实现在柔性基底上的薄膜半导体多层堆叠(stack)上的三维抵抗结构。3D蒙片(mask)的后续(各向异性)蚀刻允许了在多层堆叠中形成薄膜半导体结构。最小特征尺寸和对齐准确性由3D蒙片确定，3D蒙片由光刻法进一步确定。蚀刻步骤基于真空过程，因此向R2R过程提供了低效率的能量消耗和材料使用。另外，尽管3D抵抗蒙片提供了所需的对齐，但其引入了显著的设计约束和处理复杂性。
[0006]US2012/0064302描述了用于使用微米或纳米压印过程来获得半导体结构的形成图案(patterning)的方法。在此方法中，基底涂布有暴露于UV的环戊娃烧(cyclopentasilane) (CPS)层，并且压印模具压入层中，以便将压印模具的结构传递至层中。此后，带有具有压入其中的模具的层的基底退火预定的时间，以便有图案(patterned)的CPS涂层转变为非晶硅。在冷却之后，可除去模具。尽管此方法使亚微米结构能够在基于CPS的基底上形成，而不需要复杂(真空)处理技术，但此方法需要相对昂贵的纳米压印模具，以便形成带有亚微米特征的结构。
[0007]因此，本领域中存在以下需要:使用液体前体在基底上制造亚微米结构的改进方法，以及可通过此类方法获得的小亚微米结构。

【发明内容】

[0008]本发明的目的在于减少或消除现有技术中已知的缺陷中的至少一个。在本发明的第一方面中可涉及一种用于制造亚微米(优选地，纳米尺寸)半导体结构的方法，其中该方法可包括:在支承基底之上形成至少一个模板层；在所述模板层中形成一个或多个模板结构，优选地一个或多个凹部(recess)和/或台面(mesa)，所述一个或多个模板结构包括延伸入或延伸出所述模板层的顶部表面的一个或多个边缘；以液体半导体前体(优选地，液体硅前体)来涂布所述一个或多个模板结构的至少一部分；以及，使所述液体半导体前体涂布的模板结构退火(annealing)和/或暴露于光，其中在所述退火和/或曝光期间，所述液体半导体前体的一部分通过毛细管力靠着所述一个或多个边缘的至少一部分来累积，所述退火和/或曝光将所述累积的液体半导体前体转变成沿所述一个或多个边缘的至少一部分延伸的亚微米半导体结构。
[0009]因此，该方法使用在支承基底上的模板结构，以使得能够使用半导体液体前体(半导体墨(ink))来形成亚微米横截面的半导体结构。基于此过程，沿凹部或台面的边缘(侧壁)的自对齐的半导体丝或线可通过由半导体前体的受控的边缘润湿(wetting)来形成。侧壁的高度和角定向以及靠着侧壁集中的墨的量确定了丝的横截面大小(宽度)。
[0010]在实施例中，所述亚微米半导体结构可包括靠着所述一个或多个边缘或侧壁的至少一部分形成的一个或多个亚微米或纳米尺寸的半导体线(丝)。在另一个实施例中，所述亚微米或纳米尺寸的半导体线可具有在20nm到800nm之间的范围中选择的横截面大小，优选地50nm到600nm之间，更优选地lOOnm到500nm之间。
[0011]在一个实施例中，所述一个或多个边缘可限定凹部和/或台面的至少一部分，其中所述凹部和/或台面的高度选择在20nm到2000nm之间，优选地40nm和lOOOnm，更优选地50nm到500nm之间。在另一个实施例中，所述凹部和/或台面具有选自40nm到5000nm之间的范围的宽度，优选地80nm到2000nm之间，更优选地100nm到lOOOnm之间。因此，该方法因此允许使用微米宽的凹部和/或台面来形成亚微米或甚至纳米尺寸的半导体结构，微米宽的凹部和/或台面可基于常规微米压印(micro-printing)或印刷技术来容易地制成。
[0012]在实施例中，所述一个或多个凹部和/或台面选择拓扑形状(topology)，使得所述液体半导体前体由所述毛细管力靠着所述一个或多个边缘的所述累积受到刺激(stimulated)。在实施例中，所述一个或多个边缘与所述模板层的顶部表面之间的角度选择成在30度到120度之间。边缘(侧壁)的倾斜可用来控制润湿，并且因此控制液体半导体前体靠着边缘的累积。类似地，凹部或台面的底部可为倾斜的(例如，V形凹部或围绕台面的V形底部)，以便增加液体半导体前体靠着边缘的累积。
[0013]在实施例中，所述一个或多个凹部具有大致梯形、长方形或三角形(V形)的横截面。
[0014]在实施例中，所述一个或多个边缘的至少一部分包括具有对液体半导体前体的高亲和性的材料，优选地所述材料包括金属且/或所述材料暴露于表面加工。在实施例中，所述模板层可包括至少第一模板层和第二模板层，其中所述第一模板层可包括具有比所述第二模板层的材料对液体半导体前体的亲和性更高的亲和性的材料。因此，一个或多个模板层的材料可选择成模板结构的某些部分具有比模板结构的其它部分对液体半导体前体的亲和性更高的亲和性。
[0015]在实施例中，所述退火可包括将所述涂布的模板结构的至少一部分加热至高于所述液体半导体前体的沸腾温度的温度。因此，亚微米半导体结构可通过使涂布有液体半导体(如CPS)的前体的模板结构经历温度退火来形成，以便在退火期间，相当大量的CPS由于毛细管力朝向或向上靠着凹部或台面的侧壁拉拽(draw)。对于相对宽的凹部，毛细管力能够保持足量的CPS在足够的时间周期内靠着侧壁钉住(pin)，以便累积的CPS可转变成非晶硅。同样的方法可应用于亚微米凹部，其中毛细管力在亚微米凹部中钉住CPS，从而使CPS能够在CPS蒸发之前转变成非晶硅。
[0016]另外，很少到没有硅在远离侧壁的凹部中发现。另外，模板结构的顶部表面大致没有多余材料，说明那些区域中的CPS确实蒸发了。因此，以纯CPS涂布模板结构且在250°C到350°C之间的温度下使CPS退火导致了在凹部中形成非晶硅亚微米结构，同时其余的模板结构大致没有CPS和/或非晶硅材料。
[0017]在实施例中，所述退火可包括将所述涂布的模板结构的至少一部分加热至在180°C到350°C之间选择的温度，优选地在190°C到340°C之间，更优选地在200°C到320°C之间。
[0018]在实施例中，所述曝光包括使所述一个或多个涂布的模板结构的至少一部分暴露于包括在200nm到400nm之间选择的一个或多个波长的光；且/或使所述一个或多个涂布的模板结构暴露于与在10 mj/cm2到1000mJ/cm2之间的范围中选择的能量密度相关联的光，优选地20 mj/cm2到600mJ/cm 2之间，更优选地40 mj/cm2到600mJ/cm 2之间。
[0019]在另一个实施例中，所述方法可包括以液体硅前体或掺杂液体硅前体来涂布所述模板结构的至少一部分。在实施例中，所述娃烧基液体娃前体可由通式SinXm表不，其中X为氢；11为5或更大的整数，优选地5到20之间的整数；且!11为n、2n-2、2n或2n+ 1的整数；更优选地，所述娃烧基液体娃前体包括环戊娃烧(CPS)和/或环已娃烧(cyclohexasilane)。在另一个实施例中，所述掺杂的娃烧基液体娃前体可由通式，其中X表不氢原子和/或卤素原子，并且Y表示硼原子或磷原子；其中i表示3或更大的整数；j表示选自由i和2i + p + 2限定的范围的整数；且p表示选自由1和i限定的范围的整数。
[0020]在实施例中，所述方法可包括:使所述涂布的模板结构在高于200°C的温度下(优选地在200°C到350°C之间选择的温度下)退火，以用于将所述液体硅前体的至少一部分转变成非晶硅。
[0021]在其它实施例中，所述方法可包括:使所述涂布的模板结构曝露于光，优选地包括在200nm到800nm之间选择的一个或多个波长的光，以用于将所述液体娃前体的至少一部分转变成固态硅，优选地非晶硅、多晶硅、微米晶硅或纳米晶硅。
[0022]在实施例中，形成所述一个或多个模板结构可包括:通过以液体电介质(dielectric)前体涂布所述支承基底的顶部表面来形成模板层，优选地，所述液体电介质前体包括聚合物、金属前体或金属氧化物电介质前体；使所述模板层退火；使用压印技术(优选地微米压印或纳米压印技术)来将所述模板层的至少一部分模压(emboss)到所述模板层中。
[0023]在实施例中，所述支承模板可包括以下至少一个:柔性基底层，优选地金属或塑料基底层；硅层，优选地所述硅层包括非晶硅、多晶硅、微米晶硅或纳米晶硅；和/或栅(gate)绝缘层。
[0024]在实施例中，所述方法可包括:掺杂所述半导体亚微米结构的至少一部分。
[0025]在实施例中，所述方法可包括:形成至所述亚微米半导体结构的一个或多个接触电极