Способ формирования электронного устройства - RU2515340C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к способу формирования электронного устройства. Изобретение, в частности, применимо к устройствам, таким как органические электронные устройства, и способам формирования таких устройств.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны технологии, такие как фотолитография, для нанесения шаблона различных элементов тонкопленочных транзисторов, таких как полимерные проводники, полупроводники и диэлектрики. Фотолитография представляет собой способ, используемый в микропроцессах для выборочного удаления частей тонкой пленки. Способ использует свет для переноса шаблона с фотомаски на чувствительный к излучению фоторезист подложки. Ряд химических обработок формирует шаблон на материале, находящемся под фоторезистом.

Во время фотолитографии, посредством технологий, таких как покрытие методом центрифугирования, щелевое покрытие и шаберное покрытие, на подложку осаждается однородная тонкая пленка фоторезиста. Вязкий, жидкий раствор фоторезиста осаждается на подложку и подложка стремительно закручивается для получения однородного по толщине слоя. Покрытая фоторезистом подложка затем высушивается для отвода избыточного растворителя. После сушки фоторезист экспонируется интенсивным светом в соответствии с шаблоном. Оптическая литография обычно использует ультрафиолетовое излучение, которое просвечивает сквозь фотомаску. Позитивный фоторезист после экспонирования становится растворимым в базовом проявителе. Это химическое изменение дает возможность удалить фоторезист раствором проявителя.

Во время травления химический реактив удаляет самый верхний слой подложки в областях, не защищенных фоторезистом. После того как фоторезист больше не нужен, он удаляется с подложки. Обычно для этого требуется жидкий реактив для удаления фоторезиста, который растворяет материал фоторезиста.

В WO 9910939 раскрыта такая технология фотолитографии, для нанесения шаблона проводящей полимерной пленки посредством воздействия ультрафиолетовым (УФ) светом через фотомаску. Фотомаска содержит в себе шаблон металлизированных областей, блокирующих ультрафиолетовый свет. Полимер смешивается со сшивающим агентом. В областях, где пленка подвергается воздействию ультрафиолетового света, индуцируется реакция сшивания, которая делает полимерную пленку нерастворимой, так, чтобы полимер мог последовательно вымываться из неэкспонированных областей.

Устройство переключения, такое как транзистор, может со временем или в определенных условиях деградировать. Дополнительный SAM (самоорганизующийся монослой) материал может обеспечить преодоление такой деградации. Осаждение SAM-материала для улучшения функционирования традиционных органических электронных устройств раскрыто в US 7132678.

При осаждении SAM поверх проводящего слоя, такого как электроды истока и стока, рабочие функции проводящего материала могут улучшиться, тем самым приводя к увеличению инжекции заряда от контактов истока и стока между соседними каналами полупроводниковых устройств.

Способы осаждения такого самоорганизующегося монослоя включают мокрый способ, такой как покрытие распылением, покрытие методом окунания и покрытие методом центрифугирования. Эти технологии осаждения SAM материала для улучшения рабочих функций проводящего материала, например электрических контактов, включают дополнительные этапы способа, использующие во время проведения несколько инструментов, что требует дополнительных расходов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предложен способ формирования электронного устройства, причем электронное устройство содержит подложку и проводящий слой, указанный способ содержит удаление фоторезиста с, по меньшей мере, одной поверхности электронного устройства с использованием смеси реактивов для удаления фоторезиста, причем смесь реактивов для удаления фоторезиста включает в себя первый материал самоорганизующегося монослоя и реактив для удаления фоторезиста для растворения фоторезиста, тем самым осаждая самоорганизующийся монослой на, по меньшей мере, одну поверхность электронного устройства.

Например, в способе формирования электронного устройства, содержащего подложку и проводящий слой, способ содержит: удаление фоторезиста с, по меньшей мере, одной поверхности электронного устройства, и осаждение самоорганизующегося монослоя на, по меньшей мере, одну поверхность электронного устройства на одном этапе способа, посредством использования смеси реактивов (для удаления фоторезиста), и SAM материалы (для осаждения на, по меньшей мере, одну поверхность электронного устройства).

В таком варианте осуществления, по меньшей мере, одна поверхность может включать в себя, по меньшей мере, одну поверхность упомянутого проводящего слоя и/или поверхность упомянутой подложки. Например, по меньшей мере, одна поверхность может быть одним или более электродом или электрическим контактом, таким как электрод истока и электрод стока. Дополнительно или альтернативно, поверхность подложки может быть поверхностью канала полупроводникового устройства между такими электрическими контактами.

Таким образом, удаление фоторезиста и осаждение самоорганизующегося монослоя происходит в рамках одного и того же этапа фотолитографического способа (удаление фоторезиста), тем самым снижая общее количество этапов способа. В частности, SAM материал может быть добавлен к реактиву для удаления фоторезиста для получения смеси и эта смесь осаждается в процессе этапа фотолитографического способа удаления резиста. На этом этапе раскрываются определенные контакты.

Таким образом, например, фоторезист, который удаляется в описанных выше вариантах осуществления, может использоваться в фотолитографическом способе нанесения шаблона на проводящий слой для формирования электрода истока и электрода стока.

В случае, когда электронное устройство содержит электрод истока и электрод стока, а канал полупроводникового устройства связывает соседние электроды истока и стока, поверхность подложки может включать в себя поверхность канала полупроводникового устройства.

В случае, когда электронное устройство включает в себя электрод истока и электрод стока, а канал полупроводникового устройства связывает соседние электроды истока и стока, по меньшей мере, одна поверхность проводящего слоя может включать в себя поверхность электрода истока и поверхность электрода стока.

Способ может также включать в себя осаждение полупроводникового материала на самоорганизующийся слой, осажденный на проводящий слой, без озоновой очистки проводящего слоя. Опущенный этап озоновой очистки может быть озоновой очисткой после осаждения проводящего слоя для улучшения адгезии последовательно осаждаемого фоторезиста и/или может быть озоновой очисткой непосредственно перед осаждением последующих слоев, например самоорганизующегося монослоя или полупроводникового слоя, на поверхность проводящего слоя.

Когда электронное устройство включает в себя электрод истока и электрод стока, способ может также включать в себя дальнейшее осаждение первого материала самоорганизующегося монослоя на поверхность электрода истока и поверхность электрода стока, за которым следует осаждение второго материала самоорганизующегося монослоя, отличающегося от первого материала самоорганизующегося монослоя, на поверхность подложки.

В описанных выше вариантах осуществления, способ также может включать удаление фоторезиста в способе фотолитографии для нанесения шаблона на проводящий слой для формирования электродов истока и стока.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, предложен способ создания смеси реактивов для удаления фоторезистов, в котором смесь реактивов для удаления фоторезиста содержит материал самоорганизующегося монослоя и также содержит реактив для удаления фоторезиста для растворения фоторезиста, при этом реактив для удаления фоторезиста содержит гликолевые компоненты и один или более других компонентов, при этом способ содержит: добавление материала самоорганизующегося монослоя к гликолевому компоненту; а затем добавление к материалу самоорганизующегося монослоя и гликолевому компоненту оставшихся компонентов реактива для удаления фоторезиста. Гликолевый компонент может содержать гликолевый эфир, а оставшиеся компоненты содержат 2-амино-этанол и деионизованную воду.

В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения, предложена смесь реактивов для удаления фоторезиста, содержащая материал самоорганизующегося монослоя и также включающая в себя реактив для удаления фоторезиста для растворения фоторезиста. Материал самоорганизующегося монослоя может содержать соединение тиолов (меркаптан), содержащее серу, или может содержать пентафторбензолэтиол. Реактив для удаления фоторезиста может включать в себя 2-аминоэтанол, гликолевый эфир и деионизованную воду. Более того, отношение материала самоорганизующегося монослоя к реактиву для удаления фоторезиста может быть около 0,0001-1%.

Таким образом, во всех упомянутых выше аспектах и вариантах осуществления, смесь реактивов для удаления фоторезиста может представлять собой раствор реактивов для удаления фоторезиста/смесь самоорганизующихся монослоев.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для лучшего понимания изобретения, предпочтительные варианты осуществления будут описаны посредством примеров со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает этапы осаждения фоторезиста и нанесения шаблона, за которыми следует этап травления, в соответствии со способом фотолитографии;

Фиг.2 изображает осаждение SAM материала на контакты истока и стока;

Фиг.3 изображает осаждение SAM материала в область канала;

Фиг.4 изображает осаждение SAM материала поверх контактов и в область канала.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В варианте осуществления, описанном выше, этап осаждения SAM преимущественно включается в установленный способ, посредством осаждения SAM материала в течение существующих этапов фотолитографического способа, таких как способ осаждения реактива для удаления фоторезиста.

Вариант осуществления может обеспечивать способ формирования электронного устройства, включающего SAM слой, осажденный на электроды истока и стока, для усиления рабочей функциональности электродов истока и стока и дальнейшее создание более благоприятных свойств инжекции заряда.

В предпочтительных вариантах осуществления SAM материал может добавляться на существующих этапах способа фотолитографии посредством смешивания SAM материала с материалом реактива для удаления фоторезиста, тем самым обеспечивая возможность удаления нежелательного фоторезиста и осаждения SAM в рамках одного и того же способа.

Еще один вариант осуществления обеспечивает способ формирования электронного устройства посредством формирования электродов истока и стока, используя фотолитографию, включающего в себя, по меньшей мере, один самоорганизующийся монослой (SAM) поверх электрических контактов для формирования усиленных рабочих функций электродов истока и стока, и дальнейшего формирования более благоприятных свойств инжекции заряда или внутри области канала для улучшения морфологии пленки и, тем самым, для улучшения переноса заряда. SAM материал добавляется к реактиву для удаления фоторезиста и осаждается на этапе фотолитографического способа формирования электрических контактов.

Кроме того, вариант осуществления может обеспечивать способ формирования электронного устройства, включающего SAM слой, который осаждается на поверхность подложки для создания улучшенной морфологии для переноса заряда. Осаждение SAM материала повторно добавляется к существующему этапу фотолитографии, посредством смешивания SAM материала с материалом реактива для удаления, тем самым уменьшая количество этапов способа.

Ниже, со ссылкой на Фиг.1, будет подробно описан первый вариант осуществления настоящего изобретения.

Вариант 1 осуществления - Осаждение SAM слоя на основе тиолов вместе с реактивом для удаления фоторезиста

Подложка 1 покрывается слоем проводящего материала 2, как показано на Фиг.1А. Подложка может быть как стеклянной, так и из полимерной пленки. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, подложка представляет собой пластиковую подложку, такую как пленка полиэтилентерефталата (PET) или полиэтиленнафталина (PEN), которая может иметь необязательное выравнивающее покрытие, осаждаемое на подложку для обеспечения высокого качества пленки. Может использоваться первый проводящий слой 2, который предпочтительно представляет собой слой неорганического металла, такого как серебро (Ag), и наиболее предпочтительно золото (Au), но может также использоваться или любой металл, который хорошо прилипает к подложке. Может осаждаться двуслойная структура, включающая затравочный или адгезионный слой между слоем металла и подложки. Альтернативно может использоваться проводящий полимер, такой как полиэтилендиокситиофен легированный полистиролсульфокислотой (PEDOT/PSS). Проводящий слой предпочтительно распыляется или осаждается из раствора посредством стандартных технологий нанесения тонких пленок, включающих, но не ограничивающихся покрытиями методами центрифугирования, окунания, шаберным, с удалением излишков с помощью планки, щелевой экструзии или распыления, печати методами чернильной, гравюрной, офсетной или трафаретной. Упомянутый проводящий материал формирует основу для электродов истока и стока транзистора.

После осаждения проводящего слоя поверхность подложки очищается для того, чтобы исключить присутствие каких-либо органических или неорганических загрязнений. Такие загрязняющие вещества могут быть удалены посредством таких технологий, как мокрая химическая обработка. Альтернативно, подложка с осажденным золотым слоем помещается под УФ лампу. УФ лампа излучает на длине волны 172 нм и очищает поверхность подложки от загрязнений, таких как углеводороды. Ультрафиолет реагирует с кислородом с формированием озона. Затем озон далее реагирует с углеводородами на поверхности подложки для устранения оставшихся углеводородов.

Затем подложка подготавливается посредством нагрева до температуры, достаточной для отвода какой-либо влаги, которая может присутствовать на поверхности подложки. Может использоваться жидкий или газовый стимулятор адгезии, такой как бис(триметилсилил)амин для стимулирования адгезии фоторезиста с поверхностью подложки.

Подложка покрывается фоторезистивным материалом 3, посредством таких технологий, как покрытие центрифугированием, щелевое и шаберное, как показано на Фиг.1А. Таким фоторезистивным материалом может быть AZ1500 (AZ) или SU8 (Microchem). Вязкий, жидкий раствор фоторезиста распределяется на подложке и подложка раскручивается для получения однородного по толщине слоя фоторезиста на поверхности подложки. Покрытие методом центрифугирования обычно производится со скоростью вращения от 1200 до 4800 вращений в минуту в течение от 30 до 60 секунд и формирует слой толщиной от 0,5 до 2,5 мкм. Покрытая фоторезистом подложка затем предварительно подогревается для отвода избыточного растворителя, обычно при температуре от 70 до 100°С в течение 30 минут.

Часть проводящего материала может затем иметь шаблон, сформированный посредством таких технологий, как лазерная абляция, оптическая литография и влажное травление. Например, область канала тонкопленочного транзистора TFT может быть определена на первом этапе, оставляя, в то же время, оставшуюся область пленки без нанесения шаблона. Этот способ используется для определения проводящего материала для создания областей канала 5 устройства. Предпочтительно, для определения контактов истока и стока могут использоваться стандартные методы фотолитографии.

После предварительного подогрева слой фоторезиста подвергается воздействию интенсивного света 6 через специально разработанную фотомаску для нанесения рельефа, как показано на Фиг.1В. Обычно в оптической фотолитографии используется ультрафиолетовый свет. Данный способ использует позитивный фоторезист, который становится растворимым в базовом проявителе при воздействии светом. Это химическое изменение дает возможность удалять часть фоторезиста раствором, называемым проявителем. Проявитель осаждается с использованием таких технологий, как метод покрытия центрифугированием. Проявители изначально содержат гидроксид натрия (NaOH) или тетраметиламмониум (TMAH).

Результирующая подложка и шаблон фоторезиста могут затем высушиваться, задубливаться. Обычно подложка задубливается при температуре в пределах 100°С до 150°С в течение 30 минут. Этап способа задубливания делает твердым материал фоторезиста, создавая более долговечный защитный слой для последующих этапов травления.

В процессе этапа травления (Фиг.1С) химическое вещество удаляет самый верхний слой подложки в областях, которые не защищены фоторезистом, как на предыдущих этапах способа. Альтернативно, используются технологии сухого травления, т.к. они могут быть сделаны анизотропными для того, чтобы избежать значительного подтравливания шаблона фоторезиста. Важно, чтобы ширина характерных элементов определялась величиной, такой же или меньшей, чем толщина вытравливаемого материала.

После того как фоторезистивный материал больше не нужен, слой фоторезиста удаляется с подложки. Обычно для этого требуется жидкий реактив для удаления фоторезиста, растворяющий фоторезистивный материал. Реактив для удаления фоторезиста может содержать самоорганизованный монослой (SAM). Самоорганизованным монослоем, который подходит для осаждения на золото (Au), является пентафторбензолэтиол. Однако другие подходящие SAM материалы включают другие соединения тиолов, содержащие связи серы, которые связываются с поверхностью, на которую осаждаются, такую как золото. SAM материалы на основе соединений силанов могут использоваться для осаждения на акрилы или другие выравнивающие слои подложки. Такой материал для удаления может включать в себя части компонентов, такие как 2-аминоэтанол, гликолевый эфир или деионизованную (DI) воду. SAM может добавляться к реактиву для удаления в отношении около 0,0001-1%. Подходящий материал для удаления фоторезиста включает (Nagase) N321. Было отмечено, что некоторые SAM материалы издают запах при добавлении к материалу для удаления. Несмотря на то, что это необязательно приведет к отрицательному воздействию на характеристики, такой запах может быть нежелательным в больших объемах. Для того чтобы избежать такого запаха, наиболее предпочтительным рецептом для изготовления было бы сначала добавить SAM материал к компоненту гликолевого эфира реактива для удаления, а затем добавить оставшиеся составляющие для формирования материала реактива для удаления. Однако отмечалось, что SAM материал может добавляться непосредственно к реактиву для удаления без ущерба для конечных характеристик раствора.

Смесь реактива для удаления фоторезиста и SAM затем осаждается на электрические контакты, включающие фоторезист, посредством покрытия распылением, как показано на Фиг.2. Присутствие SAM 6 на электродах истока и стока может изменить поверхностную энергию контактов истока и стока посредством расширения рабочих функций проводящих элементов и, таким образом, делая возможной более благоприятную инжекцию зарядов с контактов в полупроводник. Кроме того, SAM материал может предотвратить загрязнение золотых контактов истока и стока. Загрязнение может быть в форме, например, углеводородов, формирующихся на поверхности электродов истока и стока. После нанесения шаблона проводящего слоя для формирования электродов истока и стока, поверхность подложки далее очищается посредством промывания в DI воде или PGMEA для того, чтобы устранить наличие каких-либо органических или неорганических загрязнений. Такие загрязняющие вещества могут удаляться такими методами, как влажное химическое травление.

В случае осаждения SAM на золото (Au), удаление фоторезиста и осаждение самоорганизующегося монослоя происходит во время того же этапа способа, таким образом, снижается общее количество этапов способа и гарантируется оптимальная чистота золота для прилипания к SAM материалу. Сродство SAM материала с золотым слоем может далее способствовать удалению фоторезистивного материала с поверхности золота. Реактив для удаления служит для удаления фоторезистивного материла и, в то же время, осаждается SAM и прикрепляется к золоту. Объединяя эти две, стадии можно минимизировать вероятность появления загрязнений на поверхности золота и обеспечить прилипание SAM к золоту в его наиболее чистом состоянии.

Далее, сродство самоорганизующегося монослоя с золотыми контактами может исключить необходимость озонового этапа в способе. Это сродство происходит посредством формирования связей между золотом и атомами серы из соединений тиолов. Удаление озонового этапа предпочтительно потому, что озон имеет высокоэнергетичную поверхность, его сложно поддерживать в течение любого промежутка времени и он очень восприимчив к поступающим из воздуха загрязняющим веществам, которые могут ухудшить нижележащие слои структуры устройства. Самоорганизующийся монослой является более стабильным соединением по сравнению с озоном и поэтому является более предпочтительным соединением.

Как только на проводящий слой был нанесен шаблон для формирования электродов истока и стока описанным выше фотолитографическим способом и самоорганизующийся монослой был осажден поверх контактов истока и стока, затем можно осаждать слой полупроводникового материала с использованием технологий, таких как газофазное осаждение. Полупроводниковый слой может состоять из материалов, таких как, но не ограничивающихся производными от триамиламина, пентацена, полиариламина, полифтора или политиофена. Широкий спектр технологий печати может использоваться для осаждения полупроводниковых материалов, включающий, но не ограничивающийся чернильной печатью, мягкой литографической печатью (J.A. Rogers et al., Appl. Phys. Lett. 75, 1010 (1999); S. Brittain et al., Physics World May 1998, p. 31), трафаретной печатью (Z. Bao, et al., Chem. Mat. 9, 12999 (1997)), нанесением шаблона фотолитографией (см. WO 99/10939), офсетной печатью, щелевым покрытием или покрытием методами окунания, налива, менискового покрытия, распыления, экструзионного покрытия или флексографической печати.

Вышеизложенное также справедливо для SAM материалов на основе силанов, осаждаемых на акриловые или другие выравнивающие покрытия, как описано ниже в варианте 2 осуществления.

Вариант 2 осуществления - SAM материал, осаждаемый на поверхность подложки

Альтернативно, на Фиг.3 показано, что после нанесения шаблона на проводящий слой для формирования электродов 4, 5 истока и стока с использованием описанного выше способа фотолитографии, на поверхность подложки может осаждаться самоорганизующийся монослой 7, такой, чтобы SAM прилипал к поверхности подложки, а контакты истока и стока - нет, как показано на Фиг.3В. SAM материал смешивается с реактивом для удаления фоторезиста и эта смесь используется на существующем этапе фотолитографического способа удаления фоторезиста, в течение которого смесь осаждается на поверхность подложки, включая электрические контакты. Осаждение SAM на поверхность подложки оказывает эффект улучшения транспорта зарядов посредством контроля морфологии.

Альтернативно, SAM материал, необходимый для осаждения в области канала полупроводника, может добавляться на этапе способа травления, посредством смешивания SAM материала с травителем, используемым для удаления проводящего слоя, контактирующего с выравнивающим слоем или подложкой.

Вариант 3 осуществления - Первый SAM материал осаждается на контакты истока и стока, а второй SAM материал осаждается на поверхность подложки

В дополнительном варианте осуществления, представленном на Фиг.4, на проводящий слой наносится шаблон для формирования электродов 4, 5 истока и стока в соответствии с описанным выше способом фотолитографии, за которым следует осаждение SAM материала 6 на контакты истока и стока в способе удаления фоторезиста, таким образом, чтобы SAM материал прилипал к поверхности электрических контактов. Другой SAM материал 8 может осаждаться в течение этого же этапа способа на поверхность подложки, таким образом, чтобы SAM прилипал только к поверхности подложки, но не к контактам истока и стока, как показано на Фиг.4В. В результате слои разных SAM формируются над электродами истока и стока и поверхностью подложки.

Устройства, такие как TFT, изготовленные, как описано выше, могут быть частью более сложных схем или устройств, в которых одно или более таких устройств могут быть интегрированы друг с другом и/или с другими устройствами. Примеры применения включают логические схемы и схемы активных матриц для устройств отображения или устройств памяти или определяемую пользователем схему логической матрицы.

Заявитель здесь раскрывает в отдельности каждый индивидуальный признак, описанный здесь, и любую комбинацию двух или более таких признаков, в той степени, в которой такие признаки или комбинации способны выполняться на основе настоящего описания как целого, в свете общих знаний специалистов в области техники, безотносительно к тому, решают ли такие особенности или комбинации какие-либо задачи, раскрываемые здесь, или нет, и без ограничений объема формулы изобретения. Заявитель указывает на то, что аспекты настоящего изобретения могут состоять из любых таких отдельных признаков или комбинаций признаков. Ввиду представленного описания специалистам в области техники будет очевидно, что в рамках объема изобретения могут быть сделаны различные модификации.

Реферат

Изобретение относится к технологии полупроводниковых устройств. В способе формирования электронного устройства удаляют фоторезист с по меньшей мере одной поверхности проводящего слоя с использованием смеси реактивов, которая содержит первый материал самоорганизующегося монослоя и реактив для удаления фоторезиста, таким образом осаждают самоорганизующийся монослой на по меньшей мере одну поверхность указанного проводящего слоя и осаждают полупроводниковый материал на самоорганизующийся монослой, нанесенный на проводящий слой, без озонной очистки проводящего слоя. Техническим результатом изобретения является упрощение способа формирования электронного устройства. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула