使用液體前體制造亞微米結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用液體前體(liquid precursor)制造亞微米(submicron)結(jié)構(gòu)(優(yōu)選地，半導(dǎo)體亞微米結(jié)構(gòu))，并且具體但非排他地，涉及至少用于在基底(substrate)上制造亞微米結(jié)構(gòu)的方法以及可由此類(lèi)方法獲得的亞微米結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體裝置(如二極管和晶體管)是用于電子裝置的基本構(gòu)件。存在對(duì)用于它們的生產(chǎn)的新的、備選的、更廉價(jià)和/或改進(jìn)的制造過(guò)程的持續(xù)需求。目前，在用于生產(chǎn)用于例如在RFID標(biāo)簽、柔性LED和LCD顯示器以及光伏裝置中使用的柔性電子構(gòu)件的過(guò)程中存在特別的利益。用于生產(chǎn)柔性電子裝置的非常有前景的技術(shù)為所謂的卷對(duì)卷(roll-to-roll) (R2R)制造技術(shù)(也已知為幅材(web)處理或卷軸對(duì)卷軸(reel-to-reel)處理)。R2R制造技術(shù)包括下述生產(chǎn)方法:其中薄膜沉積在柔性(塑料)基底上，并且以連續(xù)方式處理成電氣構(gòu)件。
[0003]在R2R過(guò)程中，優(yōu)選地，使用印刷技術(shù)(例如，壓印(imprint)、噴墨或絲網(wǎng)印刷)和涂布技術(shù)(例如，滾筒、縫隙涂布或噴涂涂布)以便實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量、低成本處理。此類(lèi)技術(shù)包括使用墨(即，液體前體)，墨可使用簡(jiǎn)單的涂布或印刷技術(shù)來(lái)沉積在基底上。這樣，柔性電子裝置可以以在傳統(tǒng)半導(dǎo)體制造方法的成本的幾分之一來(lái)制成。然而，R2R處理是仍在開(kāi)發(fā)中的技術(shù)。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)用于高性能應(yīng)用的柔性電子裝置(如，UHF RFID和用于可折疊電話的電子裝置)，需要克服的問(wèn)題包括開(kāi)發(fā)用于實(shí)現(xiàn)帶有小特征尺寸和高對(duì)齊準(zhǔn)確性的薄膜結(jié)構(gòu)的低成本過(guò)程；以及開(kāi)發(fā)用于實(shí)現(xiàn)在柔性塑料基底上的高靈活性半導(dǎo)體薄膜的基于墨的過(guò)程。
[0005]US 6, 861, 365 B2描述了通過(guò)將結(jié)構(gòu)模具壓印到抵抗(resist)層中來(lái)實(shí)現(xiàn)在柔性基底上的薄膜半導(dǎo)體多層堆疊(stack)上的三維抵抗結(jié)構(gòu)。3D蒙片(mask)的后續(xù)(各向異性)蝕刻允許了在多層堆疊中形成薄膜半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。最小特征尺寸和對(duì)齊準(zhǔn)確性由3D蒙片確定，3D蒙片由光刻法進(jìn)一步確定。蝕刻步驟基于真空過(guò)程，因此向R2R過(guò)程提供了低效率的能量消耗和材料使用。另外，盡管3D抵抗蒙片提供了所需的對(duì)齊，但其引入了顯著的設(shè)計(jì)約束和處理復(fù)雜性。
[0006]US2012/0064302描述了用于使用微米或納米壓印過(guò)程來(lái)獲得半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成圖案(patterning)的方法。在此方法中，基底涂布有暴露于UV的環(huán)戊娃燒(cyclopentasilane) (CPS)層，并且壓印模具壓入層中，以便將壓印模具的結(jié)構(gòu)傳遞至層中。此后，帶有具有壓入其中的模具的層的基底退火預(yù)定的時(shí)間，以便有圖案(patterned)的CPS涂層轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷Ч?。在冷卻之后，可除去模具。盡管此方法使亞微米結(jié)構(gòu)能夠在基于CPS的基底上形成，而不需要復(fù)雜(真空)處理技術(shù)，但此方法需要相對(duì)昂貴的納米壓印模具，以便形成帶有亞微米特征的結(jié)構(gòu)。
[0007]因此，本領(lǐng)域中存在以下需要:使用液體前體在基底上制造亞微米結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方法，以及可通過(guò)此類(lèi)方法獲得的小亞微米結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于減少或消除現(xiàn)有技術(shù)中已知的缺陷中的至少一個(gè)。在本發(fā)明的第一方面中可涉及一種用于制造亞微米(優(yōu)選地，納米尺寸)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，其中該方法可包括:在支承基底之上形成至少一個(gè)模板層；在所述模板層中形成一個(gè)或多個(gè)模板結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地一個(gè)或多個(gè)凹部(recess)和/或臺(tái)面(mesa)，所述一個(gè)或多個(gè)模板結(jié)構(gòu)包括延伸入或延伸出所述模板層的頂部表面的一個(gè)或多個(gè)邊緣；以液體半導(dǎo)體前體(優(yōu)選地，液體硅前體)來(lái)涂布所述一個(gè)或多個(gè)模板結(jié)構(gòu)的至少一部分；以及，使所述液體半導(dǎo)體前體涂布的模板結(jié)構(gòu)退火(annealing)和/或暴露于光，其中在所述退火和/或曝光期間，所述液體半導(dǎo)體前體的一部分通過(guò)毛細(xì)管力靠著所述一個(gè)或多個(gè)邊緣的至少一部分來(lái)累積，所述退火和/或曝光將所述累積的液體半導(dǎo)體前體轉(zhuǎn)變成沿所述一個(gè)或多個(gè)邊緣的至少一部分延伸的亞微米半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0009]因此，該方法使用在支承基底上的模板結(jié)構(gòu)，以使得能夠使用半導(dǎo)體液體前體(半導(dǎo)體墨(ink))來(lái)形成亞微米橫截面的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。基于此過(guò)程，沿凹部或臺(tái)面的邊緣(側(cè)壁)的自對(duì)齊的半導(dǎo)體絲或線可通過(guò)由半導(dǎo)體前體的受控的邊緣潤(rùn)濕(wetting)來(lái)形成。側(cè)壁的高度和角定向以及靠著側(cè)壁集中的墨的量確定了絲的橫截面大小(寬度)。
[0010]在實(shí)施例中，所述亞微米半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可包括靠著所述一個(gè)或多個(gè)邊緣或側(cè)壁的至少一部分形成的一個(gè)或多個(gè)亞微米或納米尺寸的半導(dǎo)體線(絲)。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述亞微米或納米尺寸的半導(dǎo)體線可具有在20nm到800nm之間的范圍中選擇的橫截面大小，優(yōu)選地50nm到600nm之間，更優(yōu)選地lOOnm到500nm之間。
[0011]在一個(gè)實(shí)施例中，所述一個(gè)或多個(gè)邊緣可限定凹部和/或臺(tái)面的至少一部分，其中所述凹部和/或臺(tái)面的高度選擇在20nm到2000nm之間，優(yōu)選地40nm和lOOOnm，更優(yōu)選地50nm到500nm之間。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述凹部和/或臺(tái)面具有選自40nm到5000nm之間的范圍的寬度，優(yōu)選地80nm到2000nm之間，更優(yōu)選地100nm到lOOOnm之間。因此，該方法因此允許使用微米寬的凹部和/或臺(tái)面來(lái)形成亞微米或甚至納米尺寸的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，微米寬的凹部和/或臺(tái)面可基于常規(guī)微米壓印(micro-printing)或印刷技術(shù)來(lái)容易地制成。
[0012]在實(shí)施例中，所述一個(gè)或多個(gè)凹部和/或臺(tái)面選擇拓?fù)湫螤?topology)，使得所述液體半導(dǎo)體前體由所述毛細(xì)管力靠著所述一個(gè)或多個(gè)邊緣的所述累積受到刺激(stimulated)。在實(shí)施例中，所述一個(gè)或多個(gè)邊緣與所述模板層的頂部表面之間的角度選擇成在30度到120度之間。邊緣(側(cè)壁)的傾斜可用來(lái)控制潤(rùn)濕，并且因此控制液體半導(dǎo)體前體靠著邊緣的累積。類(lèi)似地，凹部或臺(tái)面的底部可為傾斜的(例如，V形凹部或圍繞臺(tái)面的V形底部)，以便增加液體半導(dǎo)體前體靠著邊緣的累積。
[0013]在實(shí)施例中，所述一個(gè)或多個(gè)凹部具有大致梯形、長(zhǎng)方形或三角形(V形)的橫截面。
[0014]在實(shí)施例中，所述一個(gè)或多個(gè)邊緣的至少一部分包括具有對(duì)液體半導(dǎo)體前體的高親和性的材料，優(yōu)選地所述材料包括金屬且/或所述材料暴露于表面加工。在實(shí)施例中，所述模板層可包括至少第一模板層和第二模板層，其中所述第一模板層可包括具有比所述第二模板層的材料對(duì)液體半導(dǎo)體前體的親和性更高的親和性的材料。因此，一個(gè)或多個(gè)模板層的材料可選擇成模板結(jié)構(gòu)的某些部分具有比模板結(jié)構(gòu)的其它部分對(duì)液體半導(dǎo)體前體的親和性更高的親和性。
[0015]在實(shí)施例中，所述退火可包括將所述涂布的模板結(jié)構(gòu)的至少一部分加熱至高于所述液體半導(dǎo)體前體的沸騰溫度的溫度。因此，亞微米半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可通過(guò)使涂布有液體半導(dǎo)體(如CPS)的前體的模板結(jié)構(gòu)經(jīng)歷溫度退火來(lái)形成，以便在退火期間，相當(dāng)大量的CPS由于毛細(xì)管力朝向或向上靠著凹部或臺(tái)面的側(cè)壁拉拽(draw)。對(duì)于相對(duì)寬的凹部，毛細(xì)管力能夠保持足量的CPS在足夠的時(shí)間周期內(nèi)靠著側(cè)壁釘住(pin)，以便累積的CPS可轉(zhuǎn)變成非晶硅。同樣的方法可應(yīng)用于亞微米凹部，其中毛細(xì)管力在亞微米凹部中釘住CPS，從而使CPS能夠在CPS蒸發(fā)之前轉(zhuǎn)變成非晶硅。
[0016]另外，很少到?jīng)]有硅在遠(yuǎn)離側(cè)壁的凹部中發(fā)現(xiàn)。另外，模板結(jié)構(gòu)的頂部表面大致沒(méi)有多余材料，說(shuō)明那些區(qū)域中的CPS確實(shí)蒸發(fā)了。因此，以純CPS涂布模板結(jié)構(gòu)且在250°C到350°C之間的溫度下使CPS退火導(dǎo)致了在凹部中形成非晶硅亞微米結(jié)構(gòu)，同時(shí)其余的模板結(jié)構(gòu)大致沒(méi)有CPS和/或非晶硅材料。
[0017]在實(shí)施例中，所述退火可包括將所述涂布的模板結(jié)構(gòu)的至少一部分加熱至在180°C到350°C之間選擇的溫度，優(yōu)選地在190°C到340°C之間，更優(yōu)選地在200°C到320°C之間。
[0018]在實(shí)施例中，所述曝光包括使所述一個(gè)或多個(gè)涂布的模板結(jié)構(gòu)的至少一部分暴露于包括在200nm到400nm之間選擇的一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)的光；且/或使所述一個(gè)或多個(gè)涂布的模板結(jié)構(gòu)暴露于與在10 mj/cm2到1000mJ/cm2之間的范圍中選擇的能量密度相關(guān)聯(lián)的光，優(yōu)選地20 mj/cm2到600mJ/cm 2之間，更優(yōu)選地40 mj/cm2到600mJ/cm 2之間。
[0019]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述方法可包括以液體硅前體或摻雜液體硅前體來(lái)涂布所述模板結(jié)構(gòu)的至少一部分。在實(shí)施例中，所述娃燒基液體娃前體可由通式SinXm表不，其中X為氫；11為5或更大的整數(shù)，優(yōu)選地5到20之間的整數(shù)；且!11為n、2n-2、2n或2n+ 1的整數(shù)；更優(yōu)選地，所述娃燒基液體娃前體包括環(huán)戊娃燒(CPS)和/或環(huán)已娃燒(cyclohexasilane)。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述摻雜的娃燒基液體娃前體可由通式，其中X表不氫原子和/或鹵素原子，并且Y表示硼原子或磷原子；其中i表示3或更大的整數(shù)；j表示選自由i和2i + p + 2限定的范圍的整數(shù)；且p表示選自由1和i限定的范圍的整數(shù)。
[0020]在實(shí)施例中，所述方法可包括:使所述涂布的模板結(jié)構(gòu)在高于200°C的溫度下(優(yōu)選地在200°C到350°C之間選擇的溫度下)退火，以用于將所述液體硅前體的至少一部分轉(zhuǎn)變成非晶硅。
[0021]在其它實(shí)施例中，所述方法可包括:使所述涂布的模板結(jié)構(gòu)曝露于光，優(yōu)選地包括在200nm到800nm之間選擇的一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)的光，以用于將所述液體娃前體的至少一部分轉(zhuǎn)變成固態(tài)硅，優(yōu)選地非晶硅、多晶硅、微米晶硅或納米晶硅。
[0022]在實(shí)施例中，形成所述一個(gè)或多個(gè)模板結(jié)構(gòu)可包括:通過(guò)以液體電介質(zhì)(dielectric)前體涂布所述支承基底的頂部表面來(lái)形成模板層，優(yōu)選地，所述液體電介質(zhì)前體包括聚合物、金屬前體或金屬氧化物電介質(zhì)前體；使所述模板層退火；使用壓印技術(shù)(優(yōu)選地微米壓印或納米壓印技術(shù))來(lái)將所述模板層的至少一部分模壓(emboss)到所述模板層中。
[0023]在實(shí)施例中，所述支承模板可包括以下至少一個(gè):柔性基底層，優(yōu)選地金屬或塑料基底層；硅層，優(yōu)選地所述硅層包括非晶硅、多晶硅、微米晶硅或納米晶硅；和/或柵(gate)絕緣層。
[0024]在實(shí)施例中，所述方法可包括:摻雜所述半導(dǎo)體亞微米結(jié)構(gòu)的至少一部分。
[0025]在實(shí)施例中，所述方法可包括:形成至所述亞微米半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)接觸電極