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Dokumentenidentifikation DE102005001168A1 01.09.2005
Titel Erzeugen einer Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen
Anmelder Hewlett-Packard Development Co., L.P., Houston, Tex., US
Erfinder Mei, Ping, Palo Alto, Calif., US;
Jackson, Warren B., San Francisco, Calif., US;
Taussig, Carl Philip, Redwood City, Calif., US;
Jeans, Albert, Mountain View, Calif., US
Vertreter Schoppe, Zimmermann, Stöckeler & Zinkler, 82049 Pullach
DE-Anmeldedatum 10.01.2005
DE-Aktenzeichen 102005001168
Offenlegungstag 01.09.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.09.2005
IPC-Hauptklasse H01L 21/84
Zusammenfassung Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Erzeugen einer Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines flexiblen Substrats und ein Verwenden eines selbstjustierten Aufdrucklithografievorgangs (SAIL-Vorgangs), um die Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen auf dem flexiblen Substrat zu erzeugen.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet von Halbleitervorrichtungen bzw. -bauelementen und insbesondere auf ein Verfahren und ein System zum Erzeugen einer Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen.

Da Kommunikationsnetze umfassend entwickelt sind, wird Fernkommunikation, wie zum Beispiel Telekonferenzen, Fernbildung und Fernüberwachung, im Arbeits- und Privatleben immer beherrschender. Dies führt zu einem erhöhten Bedarf an billigen großflächigen Anzeigen zur Bereitstellung einer verbesserten visuellen Erfahrung.

Zusätzlich besteht auch ein ansteigender Bedarf nach billigen, leichten großflächigen Anzeigen zur Privatunterhaltung. Die gegenwärtigen großflächigen Plasma- oder LCD-Typ-Anzeigen sind sehr schwer und teuer. Die Plasmaanzeige mit 106,7 cm (42 Zoll) von Toshiba zum Beispiel wiegt mehr als 45 kg (100 Pfund) und kostet etwa 6000 Dollar, während die LCD-Anzeige mit 94 cm (37 Zoll) von Sharp bei einem ähnlichen Preis 27 kg (60 Pfund) wiegt.

Mehrere Unternehmen, wie zum Beispiel eInk, ePaper und Si-Pix Imaging, versuchen, dieses Problem anzugehen, indem sie Anzeigemedien auf einer Kunststoffbahn entwickeln. Die Erzeugung aktiver Pixelmatrizen auf Kunststoffbahnen ist jedoch problematisch. Verschiedene Forschungsgruppen implementieren eine Tintenstrahlverarbeitung zur Erzeugung organischer Transistoren auf einem flexiblen Substrat, wobei Durchsatz und Auflösung jedoch wesentliche Hindernisse darstellen.

Folglich besteht Bedarf nach einem Verfahren und einem System zum Erzeugen einer Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen, die die oben aufgeführten Probleme in Bezug auf Durchsatz und Auflösung angehen. Das Verfahren und das System sollten einfach und billig sein und in der Lage, ohne Weiteres auf eine existierende Technologie angepasst zu werden. Die vorliegende Erfindung geht diese Bedürfnisse an.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren oder ein System zum Erzeugen einer Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen, eine Struktur oder eine Aktivmatrixrückwandplatine mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 37, ein System gemäß Anspruch 17, eine Struktur gemäß Anspruch 32 oder eine Rückwandplatine gemäß Anspruch 36 gelöst.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Erzeugen einer Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines flexiblen Substrats und ein Einsetzen eines selbstjustierten Aufdrucklithografievorgangs (SAIL-Vorgangs; SAIL = self-aligned imprint lithography), um die Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen auf dem flexiblen Substrat zu erzeugen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf hoher Ebene;

2 ein detaillierteres Flussdiagramm von Schritt 120 des Flussdiagramms aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

3 eine Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

4 eine detailliertere Darstellung einer Struktur, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;

5 ein Verfahren zum Erzeugen einer Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

6 Querschnitte 5(a)-5 (c) der resultierenden Struktur während der Implementierung des Verfahrens aus 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

7 Querschnitte 5(d)-5 (f) der resultierenden Struktur während der Implementierung des Verfahrens aus 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

8 Querschnitte 5(g) und 5(h) der resultierenden Struktur während der Implementierung des Verfahrens aus 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

9 ein Blockdiagramm einer CMP-Maschine;

10 eine perspektivische Seitenteilansicht eines Halbleiterwafers;

11 ein alternatives Verfahren zum Erzeugen einer Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

12 Querschnitte 11(a)-11(e) von Schnitten X-X' und Y-Y' der resultierenden Struktur während der Implementierung des Verfahrens aus 11 gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

13 Querschnitte 11(f)-11(i) von Schnitten X-X' und Y-Y' der resultierenden Struktur während der Implementierung des Verfahrens aus 11 gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zum Erzeugen einer Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen. Die folgende Beschreibung wird vorgelegt, um es einem Fachmann auf diesem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, und ist in dem Zusammenhang einer Patentanmeldung und ihrer Anforderungen vorgesehen. Verschiedene Modifizierungen an den Ausführungsbeispielen und den allgemeinen Prinzipien und Merkmalen, die hierin beschrieben sind, sind für Fachleute auf diesem Gebiet ohne weiteres ersichtlich. So soll die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel eingeschränkt sein, sondern ihr soll der breiteste Schutzbereich gewährt werden, der konsistent mit den hierin beschriebenen Prinzipien und Merkmalen ist.

Ein Verfahren und ein System zum Erzeugen einer Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen sind offenbart. Verschiedene Ausführungsbeispiele des Verfahrens und des Systems erlauben die Verwendung eines selbstjustierten Aufdrucklithografie-(SAIL-)Verfahrens, um eine Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen auf einem flexiblen Substrat zu erzeugen. Folglich kann ein Rolle-zu-Rolle-Herstellungsverfahren in Verbindung mit den SAIL-Vorgang eingesetzt werden, um eine billige Herstellungslösung für großflächige und/oder flexible Anzeigen zu liefern.

1 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen einer Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen auf hoher Ebene. Ein erster Schritt 110 umfasst ein Bereitstellen eines flexiblen Substrats. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das flexible Substrat ein Substrat, das angemessen zur Verwendung in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren ist. Ein letzter Schritt 120 umfasst ein Verwenden eines SAIL-Vorgangs zur Erzeugung einer Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen auf dem flexiblen Substrat. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen ein Array untereinander verbundener Transistoren.

Die selbstjustierte Aufdrucklithografie ist ein Verfahren, das zur Strukturierung von Dünnfilmen auf einem Substratmaterial mit hoher Auflösung unter Verwendung eines Kontaktes zwischen einem Hauptelement mit den Merkmalen der zu erzeugenden Struktur und dem zu strukturierenden Substratmaterial verwendet wird. Die strukturierten Dünnfilme können Dielektrika, Halbleiter, Metalle oder organische Materialien sein und können als Dünnfilmstapel oder einzelne Schichten strukturiert werden. Die Aufdrucklithografie ist insbesondere bei einer Rolle-zu-Rolle-Verarbeitung nützlich, da sie einen höheren Durchsatz aufweist, breitere Substrate handhaben kann und ein nicht planares Substrat duldet.

Obwohl das oben beschriebene Konzept in dem Zusammenhang offenbart ist, in Verbindung mit einem flexiblen Substrat verwendet zu werden, wird angemerkt, dass das Verfahren auch in Verbindung mit einem nicht flexiblen Substrat implementiert sein könnte, während dennoch innerhalb der Wesensart und des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung verblieben wird.

2 ist ein detailliertes Flussdiagramm von Schritt 120 des Flussdiagramms aus 1. Ein erster Schritt 121 umfasst ein Abscheiden einer oder mehrerer Schichten eines Materials über dem flexiblen Substrat. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Schichten des Materials eine Pufferschicht, eine Siliziumschicht, eine dielektrische Schicht und eine Gate-Metallschicht. Ein zweiter Schritt 122 umfasst ein Erzeugen einer dreidimensionalen (3D-) Struktur über den Materialschichten. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die 3D-Struktur ein Aufdruckpolymer und wird unter Verwendung eines Stempelwerkzeugs hergestellt. Ein Verfahren zum Verwenden eines Stempelwerkzeugs zur Erzeugung einer 3D-Struktur in einer Materialschicht ist in einer Patentanmeldung 10/184,587 mit dem Titel „A Method and System for Forming a Semiconductor Device" (Verfahren und System zur Erzeugung einer Halbleitervorrichtung), die hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist, beschrieben. Ein letzter Schritt 123 umfasst ein Strukturieren des zumindest einen Materials gemäß den erwünschten Charakteristika der Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen.

Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen Transistoren, die eine Aktivmatrixrückwandplatine bilden. Eine Aktivmatrixrückwandplatine einer großflächigen Elektronik ist ein Array von Pixeln und leitfähigen Leitungen für elektronische Steuersignale und Daten. Jedes Pixel weist zumindest einen mit einer Pixelelektrode verbundenen Transistor auf. Deshalb kann jedes Pixel unabhängig adressiert werden, wobei eine erwünschte Spannung oder ein erwünschter Strom an die Pixelelektrode geliefert werden kann. Folglich kann dieser Typ von Aktivmatrixrückwandplatine für verschiedene großflächige elektronische Anwendungen verwendet werden, wie zum Beispiel großflächige Anzeigen und großflächige Abbildungsvorrichtungen.

3 zeigt eine Aktivmatrixrückwandplatine 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Wie in 3 ersichtlich ist, umfasst die Aktivmatrixrückwandplatine 300 eine Mehrzahl von Pixeln, wobei jedes Pixel 330 einen Dünnfilmtransistor 332 und eine Pixelelektrode 335 umfasst. Der Dünnfilmtransistor 332 ist mit einer Gate-Leitung 310 und einer Datenleitung 320 gekoppelt. Da die Pixelgröße für eine Anzeige mit niedriger Auflösung groß sein kann, ist eine Verbindung der Gate-Leitung 310 und der Datenleitung 320 mit externen Elektroniktreibern billig. Folglich können alle Treibervorrichtungen extern vorgesehen werden.

4 zeigt eine Darstellung einer Struktur 400, die sich in einer frühen Stufe eines Herstellungsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel befindet. Wie in 4 zu sehen ist, umfasst die Struktur 400 einen Transistor 410 und eine Pixelelektrode 420. Ebenso gezeigt sind Materialschichten 401-405. Diese Schichten umfassen eine flexible Substratschicht 401, eine Pufferschicht 402, eine Siliziumschicht 403, eine dielektrische Schicht 404 und eine Metallschicht 405.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist das flexible Substrat 401 eine Polymid-Kunststofflage mit oder ohne anorganischer Beschichtung. Die Pufferschicht 402 (organische oder anorganische Beschichtung) kann Oxynitrid, Siliziumnitrid, eine amorphe Schicht aus Si:H oder BCB (Benzocyclobuten) sein. Die Schicht 403 ist ein Halbleiter, wie zum Beispiel amorphes Si:H. Die dielektrische Schicht 404 ist ein Material, wie zum Beispiel SiN. Die Metallschicht 405 ist ein Gate-Metall, wie zum Beispiel TiW, TiW/Al, MoCr oder dergleichen.

5 zeigt ein Verfahren zum Erzeugen einer Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen gemäß einem Ausführungsbeispiel. Zu Darstellungszwecken zeigen die 6-8 Querschnitte 5(a)-5(g) der resultierenden Struktur während der Implementierung des Verfahrens aus 5.

Der Querschnitt 5(a) zeigt eine Struktur, die ein Aufdruckpolymer 510, eine Gate-Metallschicht 511, eine dielektrische Schicht 512, eine Siliziumschicht 513, eine Pufferschicht 514 und ein flexibles Substrat 515 umfasst. Ein erster Schritt 501 beinhaltet ein Ätzen von Abschnitten der Metallschicht und der dielektrischen Schicht. Hier wirkt das Aufdruckpolymer 510 als eine Maske. Der Querschnitt 5(b) zeigt das Aufdruckpolymer 510 und die verbleibenden Abschnitte der Schichten 511 und 512. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Abschnitte der Metallschicht 511 und der dielektrischen Schicht 512 durch einen Trockenätzvorgang, wie zum Beispiel Reaktivionenätzen (RIE) oder Ionenfräsen, entfernt.

Bei einem RIE-Vorgang wird das Substrat im Inneren eines Reaktors platziert, in den mehrere Gase eingeführt werden. Ein Plasma wird in der Gasmischung unter Verwendung einer HF-Leistungsquelle angestoßen, was die Gasmoleküle in Ionen und reaktive Arten aufbricht. Die Ionen und reaktiven Arten reagieren mit der Oberfläche des gerade geätzten Materials, was ein weiteres gasförmiges Material bildet. Dies ist als der chemische Teil des RIE-Ätzens bekannt. Es gibt auch einen physikalischen Teil, der der Art nach einem Zerstäubungsaufbringungsverfahren ähnelt.

Wenn die Ionen eine ausreichend hohe Energie aufweisen, können sie Atome aus dem zu ätzenden Material ohne chemische Reaktion herausschlagen. Es ist eine sehr komplexe Aufgabe, Trockenätzverfahren zu entwickeln, die ein Gleichgewicht zwischen chemischem und physikalischem Ätzen liefern, da es viele einzustellende Parameter gibt. Durch ein Verändern des Gleichgewichtes ist es möglich, die Anisotropie des Ätzens zu beeinflussen, da der chemische Teil isotrop ist und der physikalische Teil stark anisotrop. Folglich kann das RIE ein stark direktionales Ätzen durchführen.

Das Ionenfräsen ist eine physikalische Trockenätztechnik, bei der eine Probe einem kollimierten Strahl beschleunigter, monoenergetischer träger Ionen ausgesetzt wird, wodurch Material aufgrund eines Ionenauftreffens entfernt wird. Die Ionenfrässysteme beinhalten üblicherweise eine Doppelgitter-Ionenquelle des Kaufmann-Typs, die Beschleunigungsspannungen zwischen etwa 200 V und etwa 1,5 kV bereitstellt. Argon (p ~ 2E-4 Torr) wird üblicherweise als das Arbeitsgas verwendet. Die Probe wird an einer sich drehenden, wassergekühlten Stufe befestigt, die in Bezug auf die ankommenden Ar-Ionen geneigt werden kann.

Ionenfräsen wird für die Herstellung von Gittern im Submikrometerbereich sowie zur Strukturierung von Proben, die sehr unterschiedliche Materialien beinhalten, wie zum Beispiel Kombinationen aus Metall/Isolator/Halbleiter, verwendet, da die Ätzraten dieser Materialien vergleichbare Größen aufweisen (z. B. GaAs: 80 nm/min, Au: 75 nm/min, Siliziumnitrid: 25 nm/min, Photoresist: ~20 nm/min für Ar-Ionen mit 500 eV). Folglich liefert das Ionenfräsen ein sehr flexibles Werkzeug für die Durchführung eines direktionalen Ätzens.

Obwohl Ionenfräs- und RIE-Ätzvorgänge in Verbindung mit dem oben offenbarten Ausführungsbeispiel beschrieben wurden, wird ein Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres erkennen, dass eine Vielzahl unterschiedlicher Ätzvorgänge eingesetzt werden könnte, während innerhalb der Wesenart und des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung verblieben wird.

Ein zweiter Schritt 502 beinhaltet ein Aufbringen einer dotierten Schicht aus Silizium. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die dotierte Siliziumschicht eine amorphe oder mikrokristalline Schicht aus Si N+. Ein dritter Schritt 503 beinhaltet ein Abscheiden einer Source-Drain-Metallschicht in Kontakt mit der Schicht aus Si N+. Der Querschnitt 5(c) zeigt die Struktur, die die Schicht aus Si N+ 516, in Kontakt mit der Source-Drain-Metallschicht 517, umfasst. Beispiele eines geeigneten Source-Drain-Metalls umfassen Al, TiW, Cr oder dergleichen.

Ein vierter Schritt 504 beinhaltet ein Aufbringen eines Planarisierungsmaterials auf die Source-Drain-Metallschicht. Der Querschnitt 5(d) zeigt das Planarisierungsmaterial 518 in Kontakt mit der Source-Drain-Metallschicht 517. Beispiele geeigneter Planarisierungsmaterialien sind ein Photoresist, UV-ausheilbare Polymere und Aufschleuderglas.

Ein fünfter Schritt 505 umfasst ein Entfernen eines Teils des Planarisierungsmaterials. Hier liegt ein Abschnitt der Source-Drain-Metallschicht 517 frei. Der Querschnitt 5(e) zeigt die Struktur, die den verbleibenden Abschnitt des Planarisierungsmaterials 518 und den freiliegenden Abschnitt der Source-Drain-Metallschicht 517 umfasst.

Ein sechster Schritt 506 umfasst ein Entfernen des freiliegenden Abschnitts der Source-Drain-Metallschicht und eines Abschnitts der Si N+-Schicht. Hier liegt ein Abschnitt des Aufdruckpolymers 510 frei. Der Querschnitt 5(f) zeigt das freiliegende Aufdruckpolymer 510.

Ein siebter Schritt 507 umfasst ein Dünnen des frei liegenden Abschnitts des Aufdruckpolymers. Der Querschnitt 5(g) zeigt die Struktur, nachdem der freiliegende Abschnitt des Aufdruckpolymers 510 gedünnt wurde. Wie zu sehen ist, bleibt ein verbleibender Abschnitt des Planarisierungsmaterials 518 übrig, dass dieser Ätzschritt die Selektivität aufweist, um das Aufdruckpolymer 510, jedoch nicht das Planarisierungsmaterial 518 oder das Substrat zu entfernen.

Ein letzter Schritt 508 umfasst ein Entfernen von Abschnitten der Gate-Metallschicht, der dielektrischen Schicht und der Siliziumschicht (in der Figur nicht gezeigt). Nachfolgend wird das Planarisierungsmaterial entfernt. Der Querschnitt 5(h) zeigt die resultierende Struktur.

Wahlweise kann nach Schritt 504 ein Planarisierungsschritt eingefügt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel wird dieser Schritt über ein chemisch-mechanisches Polierverfahren (CMP-Verfahren) erzielt. Das CMP entfernt Materialien von der oberen Schicht eines Substrates bei der Herstellung integrierter Schaltungen mit ultrahoher Dichte. In einem typischen CMP-Verfahren wird die obere Schicht unter gesteuerten Bedingungen von Chemie, Druck, Geschwindigkeit und Temperatur einem Abriebmedium ausgesetzt. Abriebmedien umfassen Schlammlösungen und Polierkissen. Die Schlammlösung kann kurz vor einer Verwendung durch ein Mischen eines so genannten Vorläufers mit einem Oxidationsmittel bereitgestellt werden. Dem Vorläufer fehlt das Oxidationsmittel, er umfasst jedoch die anderen Komponenten des Schlamms (z. B. Abriebmedien, Katalysatoren, Wasser).

Bezug nehmend auf die 9 und 10 sind ein Blockdiagramm einer CMP-Maschine 900, die einen Drehprozesstisch umfasst, sowie eine perspektivische Seitenteilansicht eines Halbleiterwafers 905 (10) gezeigt. Der CMP-Maschine 900 werden zu polierende Wafer durch einen Arm 901 zugeführt und dieselbe platziert diese auf einem sich drehenden Polierkissen 902. Das Polierkissen 902 besteht aus einem elastischen Material und besitzt eine Textur, oft mit einer Mehrzahl vorbestimmter Rillen, um den Poliervorgang zu unterstützen. Ein Konditionierungsarm 909 konditioniert das Polierkissen. Ein Wafer wird durch den Arm 901 mit einer vorbestimmten Größe einer Abwärtskraft an seinen Ort auf dem Polierkissen 902 gehalten.

Während des Polierens liegt die untere Oberfläche des Wafers 905 auf dem Polierkissen 902 auf. Wenn sich das Polierkissen 902 dreht, dreht der Arm 901 den Wafer 905 mit einer vorbestimmten Rate. Die CMP-Maschine 900 umfasst außerdem ein Schlammabgaberohr 907, das sich über den Radius des Polierkissens 902 erstreckt. Das Schlammabgaberohr 907 gibt einen Schlammfluss 906 aus der Schlammquelle 912 auf das Polierkissen 902 ab. Üblicherweise wird das Polierkissen 902 etwa 8 Sekunden lang mit Schlamm 906 vorbereitet. Der Schlamm 906 ist eine Mischung aus entionisiertem Wasser und Poliermittel, die entworfen ist, um die chemische Glättung und vorhersehbare Planarisierung des Wafers zu unterstützen. Die Drehwirkung von sowohl dem Polierkissen 902 als auch dem Wafer 905, in Verbindung mit der Polierwirkung des Schlamms, kombinieren sich, um den Wafer 905 mit einer bestimmten Nennrate zu planarisieren oder zu polieren. In gegenwärtigen Systemen, die Silikaschlamm verwenden, ist der pH-Wert des Schlamms sehr hoch, üblicherweise mit einem pH-Wert von etwa 10 oder 11. Nachdem der Schlammabgabevorgang abgeschlossen ist, wird entionisiertes Wasser aus der Quelle 910 entionisierten Wassers über das Wasserabgaberohr 908 auf das Kissen abgegeben. Das Wafersubstrat wird dann von dem Schlamm befreit.

Obwohl das oben beschriebene Ausführungsbeispiel den Einsatz eines CMP-Ätzvorgangs offenbart, wird ein Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres erkennen, dass eine Vielzahl anderer Planarisierungsvorgänge implementiert werden kann, während dennoch innerhalb der Wesensart und des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung verblieben wird.

11 zeigt ein alternatives Verfahren zum Erzeugen einer Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel. Bei diesem Vorgang wird ein Dotierschritt eingeführt. Die 12-13 zeigen Querschnitte 11(a)-11(i) von Schnitten X-X' und Y-Y' (siehe 4) der resultierenden Struktur während der Implementierung des Verfahrens aus 11.

Der Querschnitt 11(a) zeigt eine Struktur, die ein Aufdruckpolymer 1110, eine Gate-Metallschicht 1111, eine dielektrische 1112, eine Siliziumschicht 1113, eine Pufferschicht 1114 und ein flexibles Substrat 1115 umfasst. Ein erster Schritt 1101 beinhaltet ein Ätzen von Abschnitten der Gate-Metallschicht und der dielektrischen Schicht. Hier wirkt das Aufdruckpolymer 1110 als eine Maske. Der Querschnitt 11(b) zeigt das Aufdruckpolymer 1110 und die verbleibenden Abschnitte der Schichten 1111 und 1112. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Abschnitte der Metallschicht 1111 und der dielektrischen Schicht 1112 durch einen Trockenätzvorgang entfernt.

Ein zweiter Schritt 1102 beinhaltet ein Dotieren der Siliziumschicht. Schritt 1102 kann durchgeführt werden, indem eine Laserdotierungstechnik oder eine Plasmadotierungstechnik eingesetzt wird. Der Querschnitt 11(c) zeigt die dotierte Siliziumschicht 1113'.

Im Allgemeinen wird beim Laserdotieren die Siliziumoberfläche einer intensiven Strahlung durch einen Excimer-Laser für einen Zeitraum ausgesetzt, der nur mehrere Nanosekunden (etwa 50 ns oder weniger) dauert. Während dieses Zeitraums geht die Siliziumoberfläche von fest nach flüssig über, wobei zu diesem Zeitpunkt Dotierungsmittel in das flüssige Silizium diffundieren.

Insbesondere verwendet das Laserdotieren einen Excimer-Laser, oft einen XeCl-Laser, als eine Energiequelle. Beim Projektionsgasimmersions-Laserdotieren (P-GILD) wird ein Reflektivretikel verwendet. Die Ausgabe des Lasers wird durch Optiken geleitet, um den Strahl zu homogenisieren, und dann durch eine Beleuchtungsvorrichtung geleitet, um den Strahl über ein dielektrisches Retikel zu bewegen. Das Retikel wird dann über Projektionsoptiken auf den Wafer abgebildet. In den beleuchteten Bereichen wird die einfallende Photonenenergie in etwa den oberen 7 nm des Siliziums absorbiert und in Wärmeenergie umgewandelt, was die Oberfläche erwärmt und die Diffusion der Verunreinigungen in das Substrat aktiviert.

Laserdotieren ist aus mehreren Gründen von Vorteil. Erstens durchdringen die Dotierungsmittel im Allgemeinen das gesamte flüssige Silizium, diffundieren jedoch nur minimal in die Feststoffregionen. So wird eine Übergangstiefe durch die Schmelztiefe des Siliziums gesteuert. Zweitens werden keine Hochtemperatur-Ausheilschritte benötigt, da Verunreinigungen in elektrisch aktiven Orten beinhaltet sind und kein Schaden aufgrund einer Verfestigung des Siliziums an das Substrat übertragen wird. Drittens ist eine Steuerung des Vorgangs im Allgemeinen einfach. Viertens führt der Vorgang zu geringen Lagen- und Kontaktwiderstandswerten. Schließlich beseitigt der Vorgang eine beträchtliche Photoresistverarbeitung.

In einem Plasmadotiersystem wird ein Halbleiterwafer auf einer leitfähigen Platte platziert, die als eine Kathode fungiert. Ein ionisierbares Gas, das das erwünschte Dotiermaterial enthält, wird in die Kammer eingeführt und ein Hochspannungspuls wird zwischen die Platte und eine Anode oder die Kammerwände angelegt, was ein Plasma bildet, das in der Umgebung des Wafers eine Plasmahülle aufweist. Die angelegte Spannung beschleunigt Ionen in dem Plasma über die Plasmahülle und implantiert die Ionen in den Wafer. Die Implantationstiefe ist auf die zwischen den Wafer und die Anode angelegte Spannung bezogen.

Bei dem oben beschriebenen Plasmadotiersystem erzeugt der Hochspannungspuls das Plasma und beschleunigt positive Ionen von dem Plasma in Richtung des Wafers. Bei anderen Typen von Plasmaimplantationssystemen, Plasmaquellen-Ionenimplantation, PSII, genannt, wird eine separate Plasmaquelle verwendet, um ein kontinuierliches Plasma bereitzustellen. (Diese Implantiersysteme sind auch durch mehrere andere Akronyme bekannt, wobei das häufigste hierbei Plasmaimmersions-Ionenimplantation, PIII, ist.) In derartigen Systemen werden die Platte und der Wafer in dieses kontinuierliche Plasma eingetaucht und in Intervallen wird ein Hochspannungspuls zwischen die Platte und die Anode angelegt, was bewirkt, dass positive Ionen in dem Plasma in Richtung des Wafers beschleunigt werden.

Obwohl das Ausführungsbeispiel als in Verbindung mit Laserdotiertechniken und Plasmadotiertechniken eingesetzt beschrieben ist, wird ein Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres erkennen, dass eine Vielzahl unterschiedlicher Dotiertechniken eingesetzt werden könnte, während innerhalb der Wesensart und des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung verblieben wird.

Ein dritter Schritt 1103 beinhaltet ein Abscheiden einer Source-Drain-Metallschicht in Kontakt mit der dotierten Siliziumschicht. Der Querschnitt 11(d) zeigt die Struktur, die die dotierte Siliziumschicht 1113' in Kontakt mit der Source-Drain-Metallschicht 1117 umfasst.

Ein vierter Schritt 1104 beinhaltet ein Aufbringen eines Planarisierungsmaterials auf die Source-Drain-Metallschicht. Der Querschnitt 11(e) zeigt das Planarisierungsmaterial 1118 in Kontakt mit der Source-Drain-Metallschicht 1117.

Ein fünfter Schritt 1105 umfasst ein Entfernen eines Teils des Planarisierungsmaterials. Hier liegt ein Abschnitt der Source-Drain-Metallschicht 117 frei. Der Querschnitt 11(f) zeigt die Struktur, die den verbleibenden Abschnitt des Planarisierungsmaterials 1118 und den freiliegenden Abschnitt der Source-Drain-Metallschicht 1117 umfasst.

Ein sechster Schritt 1106 umfasst ein Entfernen des freiliegenden Abschnitts der Source-Drain-Metallschicht. Hier liegt ein Abschnitt des Aufdruckpolymers 1110 frei. Der Querschnitt 11(g) zeigt das freiliegende Aufdruckpolymer 1110.

Ein siebter Schritt 1107 umfasst ein Dünnen des freiliegenden Abschnitts des Aufdruckpolymers. Der Querschnitt 11(h) zeigt die Strukaur, nachdem der freiliegende Abschnitt des Aufdruckpolymers 1110 entfernt wurde. Wie zu sehen ist, bleibt ein verbleibender Abschnitt des Planarisierungsmaterials 1118 übrig, da dieser Ätzschritt die Selektivität besitzt, das Aufdruckpolymer 1110, jedoch nicht das Planarisierungsmaterial 1118 oder das Substrat zu entfernen.

Ein letzter Schritt 1108 umfasst ein Entfernen von Abschnitten der Gate-Metallschicht, der dielektrischen Schicht, der Siliziumschicht und des Planarisierungsmaterials. Der Querschnitt 11(i) zeigt die resultierende Struktur. Wie zu sehen ist, umfasst die Struktur einen Transistor 1120 und eine Zwischenverbindung 1130 zu einem weiteren Transistor (nicht gezeigt), wobei die Zwischenverbindung das Aufdruckpolymer 1110 zwischen dem Gate-Metall 1111 und dem Source-Drain-Metall 1117 umfasst.

Obwohl die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele in dem Zusammenhang einer Verwendung zur Erzeugung eines Arrays von Transistoren offenbart sind, wird ein Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres erkennen, dass eine Vielzahl unterschiedlicher Vorrichtungen hergestellt werden könnte, während dennoch innerhalb der Wesensart und des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung verblieben wird.

Ein Verfahren und ein System zum Erzeugen einer Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen sind offenbart. Variierende Ausführungsbeispiele des Verfahrens und des Systems erlauben die Verwendung eines SAIL-Vorgangs zur Erzeugung einer Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen auf einem flexiblen Substrat. Folglich kann ein Rolle-zu-Rolle-Herstellungsverfahren in Verbindung mit dem SAIL-Vorgang eingesetzt werden, um eine billige Herstellungslösung für großflächige und/oder flexible Anzeigen bereitzustellen.

Ohne weitere Analyse zeigt die vorangegangene Beschreibung so vollständig den Hauptinhalt der vorliegenden Erfindung, den andere durch Anwendung jetziger Kenntnisse ohne weiteres für ihre verschiedenen Anwendungen anpassen können, ohne Merkmale wegzulassen, die vom Standpunkt des Stands der Technik aus deutlich wesentliche Charakteristika der allgemeinen oder spezifischen Aspekte dieser Erfindung bilden. Deshalb sollten derartige Anwendungen als innerhalb der Bedeutung und des Bereichs von Äquivalenten der folgenden Ansprüche enthalten gedacht und sind dies auch. Obwohl diese Erfindung in Bezug auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, sind auch andere Ausführungsbeispiele, die für Fachleute auf diesem Gebiet ersichtlich sind, innerhalb des Schutzbereichs dieser Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen definiert ist.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Erzeugen einer Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen, mit folgenden Schritten:

    Bereitstellen (110) eines flexiblen Substrats (401); und

    Verwenden (120) eines selbstjustierten Aufdrucklithografievorgangs, um die Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen (410) auf dem flexiblen Substrat (401) zu erzeugen.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen ein Array (300) untereinander verbundener Transistoren (332) aufweist.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der selbstjustierte Aufdrucklithografievorgang folgende Schritte aufweist:

    Abscheiden (121) zumindest eines Materials über dem flexiblen Substrat (401);

    Bilden (122) einer dreidimensionalen Struktur (510) über dem zumindest einen Material; und

    Strukturieren (123) des zumindest einen Materials gemäß den erwünschten Charakteristika der Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen.
  4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Verwenden eines selbstjustierten Aufdrucklithografievorgangs folgenden Schritt umfasst:

    Abscheiden eines Planarisierungsmaterials (518).
  5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem das Array (300) untereinander verbundener Transistoren (332) eine Aktivmatrixrückwandplatine aufweist.
  6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die dreidimensionale Struktur (510) ein Aufdruckpolymer umfasst.
  7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem das Bilden einer dreidimensionalen Struktur (510) über dem zumindest einen Material folgende Schritte aufweist:

    Abscheiden eines Aufdruckpolymers über dem zumindest einen Material; und

    Bilden einer dreidimensionalen Struktur in dem Aufdruckpolymer.
  8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, bei dem das Abscheiden zumindest eines Materials über dem flexiblen Substrat (401) ferner folgende Schritte aufweist:

    Abscheiden einer Pufferschicht eines Materials auf dem flexiblen Substrat (401);

    Abscheiden einer Si-Schicht über der Pufferschicht;

    Abscheiden einer dielektrischen Schicht über der Si-Schicht; und

    Abscheiden einer Gate-Metallschicht über der dielektrischen Schicht.
  9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, bei dem das Planarisierungsmaterial (518) zumindest entweder ein Photoresist, ein UV-ausheilbares Polymer oder ein Aufschleuderglas ist.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, bei dem das Strukturieren des zumindest einen Materials folgende Schritte aufweist:

    Ätzen der Gate-Metallschicht und der dielektrischen Schicht, wodurch die Si-Schicht freigelegt wird;

    Bereitstellen einer dotierten Si-Schicht;

    Abscheiden einer Metallschicht;

    Abscheiden eines Planarisierungsmaterials (518);

    Entfernen eines Abschnitts des Planarisierungsmaterials, wodurch ein Abschnitt der Metallschicht freigelegt wird;

    Entfernen des freiliegenden Abschnitts der Metallschicht, wodurch ein Abschnitt des Aufdruckpolymers freigelegt wird;

    Entfernen eines Abschnitts des Aufdruckpolymers; und

    Ätzen der Gate-Metallschicht, der dielektrischen Schicht und der Si-Schicht.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, das ferner folgenden Schritt aufweist:

    Entfernen des Planarisierungsmaterials (518).
  12. Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, bei dem das Planarisierungsmaterial (518) selektiv in Bezug auf das Aufdruckpolymer entfernt werden kann.
  13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem das Bereitstellen einer dotierten Si-Schicht ferner folgenden Schritt aufweist:

    Verwenden eines Laserdotiervorgangs, um die Si-Schicht zu dotieren.
  14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem das Bereitstellen einer dotierten Si-Schicht ferner folgenden Schritt aufweist:

    Verwenden eines Plasmadotiervorgangs, um die Si-Schicht zu dotieren.
  15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, bei dem das Bereitstellen einer dotierten Si-Schicht ferner folgenden Schritt aufweist:

    Abscheiden einer dotierten Si-Schicht.
  16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15, bei dem der Schritt des Abscheidens eines Planarisierungsmaterials (518) ferner folgenden Schritt aufweist:

    Planarisieren des Planarisierungsmaterials über einen chemisch-mechanischen Poliervorgang.
  17. System zum Erzeugen einer Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen, mit folgendem Merkmal:

    einer Einrichtung zum Verwenden eines selbstjustierten Aufdrucklithografievorgangs in Verbindung mit einem flexiblen Substrat (401), um eine Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen (410) auf dem flexiblen Substrat (401) zu erzeugen.
  18. System gemäß Anspruch 17, bei dem die Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen (410) ein Array (300) untereinander verbundener Transistoren (332) aufweist.
  19. System gemäß Anspruch 17 oder 18, bei dem die Einrichtung zum Verwenden eines selbstjustierten Aufdrucklithografievorgangs folgende Merkmale aufweist:

    eine Einrichtung zum Abscheiden zumindest eines Materials über dem flexiblen Substrat (401);

    eine Einrichtung zum Bilden einer dreidimensionalen Struktur (510) über dem zumindest einen Material; und

    eine Einrichtung zum Strukturieren des zumindest einen Materials gemäß den erwünschten Charakteristika der Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen.
  20. System gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem die Einrichtung zum Verwenden eines selbstjustierten Aufdrucklithografievorgangs folgendes Merkmal umfasst:

    eine Einrichtung zum Abscheiden eines Planarisierungsmaterials (518).
  21. System gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, bei dem das Array (300) untereinander verbundener Transistoren (332) eine Aktivmatrixrückwandplatine aufweist.
  22. System gemäß einem der Ansprüche 19 bis 21, bei dem die dreidimensionale Struktur (510) ein Aufdruckpolymer umfasst.
  23. System gemäß einem der Ansprüche 19 bis 22, bei dem die Einrichtung zum Bilden einer dreidimensionalen Struktur (510) über dem zumindest einen Material folgende Merkmale aufweist:

    eine Einrichtung zum Abscheiden eines Aufdruckpolymers über dem zumindest einen Material; und

    eine Einrichtung zum Bilden einer dreidimensionalen Struktur in dem Aufdruckpolymer.
  24. System gemäß einem der Ansprüche 19 bis 23, bei dem die Einrichtung zum Abscheiden zumindest eines Materials über dem flexiblen Substrat (401) ferner folgende Merkmale aufweist:

    eine Einrichtung zum Abscheiden einer Pufferschicht eines Materials auf dem flexiblen Substrat (401);

    eine Einrichtung zum Abscheiden einer Si-Schicht über der Pufferschicht;

    eine Einrichtung zum Abscheiden einer dielektrischen Schicht über der Si-Schicht; und

    eine Einrichtung zum Abscheiden einer Gate-Metallschicht über der dielektrischen Schicht.
  25. System gemäß einem der Ansprüche 20 bis 24, bei dem das Planarisierungsmaterial (518) zumindest entweder ein Photoresist, ein UV-ausheilbares Polymer oder ein Aufschleuderglas ist.
  26. System gemäß Anspruch 24 oder 25, bei dem die Einrichtung zum Strukturieren des zumindest einen Materials folgende Merkmale aufweist:

    eine Einrichtung zum Ätzen der Gate-Metallschicht und der dielektrischen Schicht, wodurch die Si-Schicht freigelegt wird;

    eine Einrichtung zum Bereitstellen einer dotierten Si-Schicht;

    eine Einrichtung zum Abscheiden einer Metallschicht;

    eine Einrichtung zum Abscheiden eines Planarisierungsmaterials (518);

    eine Einrichtung zum Entfernen eines Abschnitts des Planarisierungsmaterials, wodurch ein Abschnitt der Metallschicht freigelegt wird;

    eine Einrichtung zum Entfernen des freiliegenden Abschnitts der Metallschicht, wodurch ein Abschnitt des Aufdruckpolymers freigelegt wird;

    eine Einrichtung zum Entfernen eines Abschnitts des Aufdruckpolymers; und

    eine Einrichtung zum Ätzen der Gate-Metallschicht, der dielektrischen Schicht und der Si-Schicht.
  27. System gemäß Anspruch 26, das ferner folgendes Merkmal aufweist:

    eine Einrichtung zum Entfernen des Planarisierungsmaterials (518).
  28. System gemäß Anspruch 26 oder 27, bei dem das Planarisierungsmaterial (518) selektiv in Bezug auf das Aufdruckpolymer entfernt werden kann.
  29. System gemäß einem der Ansprüche 26 bis 28, bei dem die Einrichtung zum Bereitstellen einer dotierten Si-Schicht ferner einen Laserdotiervorgang aufweist, um die Si-Schicht zu dotieren.
  30. System gemäß einem der Ansprüche 26 bis 28, bei dem die Einrichtung zum Bereitstellen einer dotierten Si-Schicht ferner einen Plasmadotiervorgang aufweist, um die Si-Schicht zu dotieren.
  31. System gemäß einem der Ansprüche 26 bis 30, bei dem die Einrichtung zum Bereitstellen einer dotierten Si-Schicht ferner folgendes Merkmal aufweist:

    eine Einrichtung zum Abscheiden einer dotierten Si-Schicht.
  32. Struktur mit folgenden Merkmalen:

    einem flexiblen Substrat (401); und

    zumindest zwei Dünnfilmtransistoren, die auf dem flexiblen Substrat gebildet sind, wobei die zumindest zwei Dünnfilmtransistoren eine Zwischenverbindung zwischen denselben umfassen, wobei die Zwischenverbindung ein Aufdruckpolymer zwischen einem ersten Metall und einem zweiten Metall umfasst.
  33. Struktur gemäß Anspruch 32, bei der die zumindest zwei Dünnfilmtransistoren ein Array (300) untereinander verbundener Transistoren (332) aufweisen.
  34. Struktur gemäß Anspruch 33, bei der das Array (300) untereinander verbundener Transistoren (332) eine Aktivmatrixrückwandplatine aufweist.
  35. Struktur gemäß Anspruch 34, bei der das erste Metall ein Gate-Metall umfasst und das zweite Metall ein Source-Drain-Metall umfasst.
  36. Aktivmatrixrückwandplatine mit folgenden Merkmalen:

    einem flexiblen Substrat (401); und

    einem Array (300) untereinander verbundener Dünnfilmtransistoren, wobei das Array zumindest zwei Dünnfilmtransistoren aufweist, die auf dem flexiblen Substrat (401) gebildet sind, wobei die zumindest zwei Dünnfilmtransistoren eine Zwischenverbindung zwischen denselben umfassen, wobei die Zwischenverbindung ein Aufdruckpolymer zwischen einem Gate-Metall und einem Source-Drain-Metall umfasst.
  37. Verfahren zum Erzeugen einer Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen, mit folgenden Schritten:

    Bereitstellen eines nicht flexiblen Substrats; und

    Verwenden eines selbstjustierten Aufdrucklithografievorgangs, um die Mehrzahl von Dünnfilmvorrichtungen (14) auf dem nicht flexiblen Substrat zu erzeugen.
Es folgen 13 Blatt Zeichnungen






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