通過使用聚合物掩模的選擇性沉積的制作方法
【專利摘要】通過在合適的接收基底上形成圖案化薄膜來制備電子器件。氰基丙烯酸酯聚合物用作沉積抑制劑材料并首先作為沉積抑制劑材料施加。該沉積抑制劑材料可以圖案化以便在接收基底上提供其中不存在沉積抑制劑的選定區(qū)域。隨后使用化學(xué)氣象沉積技術(shù)僅在其中不存在該沉積抑制劑材料的那些區(qū)域中在接收基底上沉積無機薄膜。該氰基丙烯酸酯聚合物沉積抑制劑材料可以在形成圖案化薄膜之前通過熱轉(zhuǎn)印從供體元件施加到接收基底上。
【專利說明】通過使用聚合物掩模的選擇性沉積
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及將材料選擇性沉積到基底上以制備電子器件的方法。沉積的材料包括是特定的氰基丙烯酸酯聚合物的沉積抑制劑材料。本發(fā)明還涉及使用該方法制備的器件。
[0002]發(fā)明背景
現(xiàn)代電子產(chǎn)品需要電活性或光學(xué)活性材料的多個圖案化層，有時在相對大的基底上。電子產(chǎn)品如射頻識別(RFID)標(biāo)簽、光伏器件、光學(xué)和化學(xué)傳感器在其電子電路中均需要一定水平的圖案化。平板顯示器，如液晶顯示器或電致發(fā)光顯示器依賴于精確圖案化的順序?qū)右孕纬杀嘲宓谋∧そM件。這些組件包括電容器、晶體管和電源總線。該行業(yè)為了性能增益與成本降低一直在尋找新的材料沉積和層圖案化的方法。
[0003]薄膜晶體管(TFT)可視為代表了許多薄膜組件的電子與制造問題。TFT廣泛用作電子設(shè)備中的開關(guān)元件，例如在有源矩陣液晶顯示器、智能卡和多種其它電子器件及其組件中。薄膜晶體管(TFT)是場效應(yīng)晶體管(FET)的一個實例。FET的最著名的實例是MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體FET)，當(dāng)今用于高速應(yīng)用的常規(guī)開關(guān)元件。對其中需要將晶體管施加至基底的應(yīng)用，通常使用薄膜晶體管。制造薄膜晶體管的關(guān)鍵步驟涉及將半導(dǎo)體沉積到襯底上。目前，大多數(shù)薄膜器件使用真空沉積無定形硅作為半導(dǎo)體來制造，其用傳統(tǒng)光刻法圖案化。作為用于TFT的半導(dǎo)體的無定形硅具有其缺點。因此，努力嘗試找到合適的替代品。
[0004]對于在塑性或柔性襯底上沉積薄膜半導(dǎo)體存在越來越大的興趣，特別是因為這些載體在機械上更為強健，重量更輕，并例如通過允許卷對卷處理而能夠更經(jīng)濟地制造。柔性襯底的可用實例是聚對苯二甲酸乙二醇酯。但是此類塑料將器件加工限制在低于200°C。
[0005]盡管柔性襯底具有潛在的優(yōu)勢，在常規(guī)制造過程中使用傳統(tǒng)光刻法時存在與塑性載體相關(guān)的許多問題，使得難以在高達一米或更高的典型襯底寬度上排列晶體管組件。傳統(tǒng)光刻法和設(shè)備受到襯底的最大處理溫度、耐溶劑性、尺寸穩(wěn)定性、水和溶劑溶脹的所有關(guān)鍵參數(shù)的嚴重影響、所有關(guān)鍵參數(shù)中塑料載體通常劣于玻璃。
[0006]存在對利用更低成本的沉積方法的興趣，該方法不涉及與真空處理和用光刻法圖案化相關(guān)的支出。在典型的真空處理中，需要大的金屬室和復(fù)雜的真空抽氣系統(tǒng)以提供必需的環(huán)境。在典型的光刻系統(tǒng)中，除去許多在真空室中沉積的材料。該沉積和光刻法項目具有高資產(chǎn)成本，并排除了容易地采用基于連續(xù)網(wǎng)輻的系統(tǒng)。
[0007]在過去十年中，已經(jīng)關(guān)注各種材料作為用于薄膜晶體管的半導(dǎo)體通道的無定形硅的潛在替代品。發(fā)現(xiàn)潛在的無機半導(dǎo)體作為目前基于硅的技術(shù)的替代是許多研究工作的主題。例如，金屬氧化物半導(dǎo)體是已知的，其包括含有或不含有附加摻雜元素(包括金屬如鋁)的沉積的氧化鋅、氧化銦、鎵銦鋅氧化物、氧化錫或氧化鎘。此類半導(dǎo)體，其是透明的，如下所述可以具有對特定應(yīng)用的附加優(yōu)勢。此外，金屬氧化物電介質(zhì)如氧化鋁(Al2O3)和TiO2可用于實際的電子應(yīng)用以及光學(xué)應(yīng)用如干涉濾光器。
[0008]此外，金屬氧化物材料可以在各種電子器件中充當(dāng)阻隔或封裝元件。這些材料也需要圖案化以連接封裝的器件。
[0009]盡管已經(jīng)用濺射技術(shù)在電子器件中制造了成功的薄膜，顯然，需要非常精確地控制反應(yīng)氣體的組成(如氧含量)以制造品質(zhì)良好的器件?；瘜W(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)(其中一種或多種反應(yīng)性氣體沉積或反應(yīng)以便在表面處形成所需膜材料)是可用于實現(xiàn)高品質(zhì)膜生長的路線。原子層沉積(“ALD”)是又一種可選的膜沉積技術(shù)，與其CVD前身相比，該技術(shù)能夠提供改善的厚度分辨率和保形能力。該ALD法將常規(guī)CVD的常規(guī)薄膜沉積過程分解為單原子層沉積步驟。
[0010]ALD可以用作形成多種類型的薄膜電子器件的制造步驟，所述薄膜電子器件包括半導(dǎo)體器件和配套的電子部件，如電阻器與電容器、絕緣子、總線和其它導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。ALD特別適于在電子器件的組件中形成金屬氧化物薄層。可以用ALD沉積的官能材料的一般類別包括導(dǎo)體、電介質(zhì)或絕緣體，以及半導(dǎo)體。可用的半導(dǎo)體材料的實例是化合物半導(dǎo)體如砷化鎵、氮化鎵、硫化鎘、氧化鋅和硫化鋅。
[0011]有利地，ALD步驟是自終止的，并可以在運行高至或超過自終止暴露時間時精確地沉積單原子層。原子層通常是具有大約不超過幾埃的典型尺寸的0.1至05分子單層。在ALD中，沉積原子層是反應(yīng)性分子前體與襯底之間化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。在各個單獨的ALD反應(yīng)沉積步驟中，凈反應(yīng)沉積所需原子層并基本消除初始包括在分子前體中的“額外”原子。在其最純凈的形式中，ALD涉及在完全不存在該反應(yīng)的其它前體的情況下該前體的吸附與反應(yīng)。在實踐中，在任何過程中均難以避免不同前體的某些直接反應(yīng)，這導(dǎo)致少量的化學(xué)氣相沉積反應(yīng)。宣稱實施ALD的任何方法的目的是獲得與ALD工藝相稱的器件性能與屬性，同時承認可以容忍少量的氣相成核。
[0012]在ALD方法中，通常在不同的階段將兩種分子前體引入到ALD反應(yīng)器中。在美國專利申請公開2009/0081827 (Yang等人)的[0016]-[0034]中解釋了此類階段和各自可用的分子前體的細節(jié)，其內(nèi)容與這些段落中提及的參考文獻一起并入本文作為參考。
[0013]美國專利申請公開2005/0084610 (Selitser)公開了一種大氣壓原子層化學(xué)氣相沉積法，其包括用于該工藝的各階段的單獨的室，并且一系列分離的注射器圍繞旋轉(zhuǎn)的圓形襯底支架軌道間隔排布。
[0014]空間依賴型ALD法可以用其它設(shè)備或方法實現(xiàn)，所述其它設(shè)備或方法更詳細地描述在WO 2008/082472 (Cok)、美國專利申請公開2008/0166884 (Nelson等人)、2008/0166880 (Levy),2009/0130858 (Levy),2009/0078204 (Kerr 等人)、2009/0051740(Baker),2009/0081366 (Kerr 等人)以及美國專利 7，413，982 (Levy),7, 456, 429 (Levy)和7,572,686 (Levy等人)中，其均經(jīng)此引用全文并入本文。這些公開文獻描述了克服空間ALD系統(tǒng)的困難方面之一(連續(xù)流動的互相反應(yīng)性氣體的不合意的互相混合)的各種努力。
[0015]在將ALD與稱為選擇性區(qū)域沉積(或“SAD”)的技術(shù)結(jié)合方面存在越來越大的興趣，在該SAD技術(shù)中，材料僅沉積在所期望或所選擇的那些區(qū)域內(nèi)。Sinha等人Vac.Sc1.Technol.B 24 6 2523-2532 (2006)]已經(jīng)注意到，選擇性區(qū)域ALD要求表面的指定區(qū)域被掩蔽或“保護”以防止在這些所選區(qū)域中的ALD反應(yīng)，由此確保ALD膜僅在所需未掩蔽區(qū)域上成核和生長。還有可能存在以下SAD方法，其中該表面區(qū)域的所選區(qū)域被以使得膜僅沉積在活化區(qū)域上的方式“活化”或表面改性。選擇性區(qū)域沉積技術(shù)存在許多潛在的優(yōu)勢，如消除了用于膜圖案化的蝕刻工藝，減少了所需清洗步驟的數(shù)量，以及圖案化難以蝕刻的材料。結(jié)合圖案化與沉積半導(dǎo)體的一種方法顯示在美國專利號7，160, 819 (Conley等人)中，該專利描述了用于在硅片上圖案化氧化鋅的材料。[0016]研究者已經(jīng)采用了許多材料作為用于選擇性區(qū)域沉積的沉積抑制劑材料。上文提到的Sinha等人在他們的掩蔽層中使用聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)。Conley等人使用丙酮和去離子水以及其它工藝污染物一起作為沉積抑制劑材料。
[0017]美國專利申請公開2009/0081827和2009/0051740 (上文所述)描述了在ALD法
中使用可交聯(lián)有機化合物或聚合物，如有機硅氧烷聚合物作為沉積抑制劑材料以提供各種電子器件。這些可交聯(lián)材料通常用有機溶劑涂布。
[0018]美國公開專利申請2011/2011/0120757 (Levy)描述了使用親水性聚合物作為沉積抑制劑材料。該材料可溶于包含50%的水和一種或多種水混溶性有機溶劑的水溶液。這些方法依賴于在原子層沉積步驟前預(yù)圖案化該抑制劑并通常后接清洗步驟以便在進一步處理前除去抑制劑。各種常規(guī)方法可用于制造該預(yù)圖案化抑制劑，包括噴墨、膠版印刷、苯胺印刷、絲網(wǎng)印刷、熱和激光熱成像。
[0019]熱成像和激光熱成像法引人關(guān)注，因為它們適于高分辨率特征和動態(tài)重合控制(dynamic registration control),特別是在柔性載體上。需要尋找對熱成像方法,例如使用激光熱成像的方法特別有利的沉積抑制劑材料。
[0020]發(fā)明概述
本發(fā)明提供了形成圖案化薄膜的沉積方法，包括:
將包含沉積抑制劑材料的組合物施加到接收基底(receiver substrate)上，
與該施加步驟同時或在該施加步驟后，圖案化該沉積抑制劑材料以提供接收基底上其中不存在該沉積抑制劑材料的所選區(qū)域，并
僅在其中不存在該沉積抑制劑材料的那些區(qū)域中通過化學(xué)氣相沉積在該接收基底上沉積無機薄膜，
其中該沉積抑制劑材料是包含下列結(jié)構(gòu)(I)表示的重復(fù)單元的聚合物:
【權(quán)利要求】
1.形成圖案化薄膜的沉積方法，其包括: 將包含沉積抑制劑材料的組合物施加到接收基底上， 與所述施加步驟同時或在所述施加步驟后，圖案化所述沉積抑制劑材料以提供所述接收基底上其中不存在所述沉積抑制劑材料的所選區(qū)域，并 僅在其中不存在所述沉積抑制劑材料的那些區(qū)域中通過化學(xué)氣相沉積在所述接收基底上沉積無機薄膜， 其中所述沉積抑制劑材料是包含下列結(jié)構(gòu)(I)表示的重復(fù)單元的聚合物:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉積方法，其中所述沉積抑制劑材料是包含結(jié)構(gòu)(I)所表示的重復(fù)單元的氰基丙烯酸酯聚合物，其中R是氫或烷基或氰基，并且R1與R2的至少一個是氰基。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉積方法，其中所述沉積抑制劑材料是包含結(jié)構(gòu)(I)所表示的重復(fù)單元的氰基丙烯酸酯聚合物，其中R1是氫或具有I至8個碳原子的烷基，并且R2是氰基。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉積方法，其中所述沉積抑制劑材料是包含至少兩種不同的結(jié)構(gòu)(I)表示的重復(fù)單元的氰基丙烯酸酯聚合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉積方法，其中所述沉積抑制劑材料是以總聚合物重復(fù)單元的至少I摩爾％和最多100摩爾％的量包含相同或不同的結(jié)構(gòu)(I)表示的重復(fù)單元的氰基丙烯酸酯聚合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉積方法，其中所述沉積抑制劑材料是以至少I重量％和最多并包括100重量％的量包含相同或不同的結(jié)構(gòu)(I)表示的重復(fù)單元的氰基丙烯酸酯聚合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉積方法，其包括通過原子層沉積在所述接收基底上沉積所述無機薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉積方法，其包括通過由包含熱轉(zhuǎn)印層的供體元件熱轉(zhuǎn)印，在所述接收基底上圖案化包含所述沉積抑制劑材料的所述組合物，所述熱轉(zhuǎn)印層含有包含所述沉積抑制劑材料的所述組合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的沉積方法，其包括通過由供體元件熱轉(zhuǎn)印在所述接收基底上圖案化包含所述沉積抑制劑材料的所述組合物，在其期間所述供體元件與所述接收基底直接接觸或間隔最多并包括50微米。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的沉積方法，其包括使用聚焦激光能量通過由供體元件熱轉(zhuǎn)印在所述接收基底上圖案化包含所述沉積抑制劑材料的所述組合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的沉積方法，其包括通過由包含輻射吸收劑的供體元件熱轉(zhuǎn)印在所述接收基底上圖案化包含所述沉積抑制劑材料的所述組合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的沉積方法，其包括由供體元件熱轉(zhuǎn)印在所述接收基底上圖案化所述沉積抑制劑材料，所述供體元件在所述供體元件中的包含所述沉積抑制劑材料的熱轉(zhuǎn)印層與供體基底之間的中間層中包含輻射吸收劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的沉積方法，其包括由供體元件熱轉(zhuǎn)印在所述接收基底上圖案化所述沉積抑制劑材料，所述供體元件在包含所述沉積抑制劑材料的熱轉(zhuǎn)印層中包含紅外輻射吸收劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉積方法，其包括在所述接收基底上涂布包含所述沉積抑制劑材料的所述組合物，接著通過熱燒蝕圖案化所述涂布的沉積抑制劑材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉積方法，其包括在所述基底上涂布包含所述沉積抑制劑材料的所述組合物，接著使用聚焦激光通過熱燒蝕圖案化所述涂布的沉積抑制劑材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉積方法，其中所述沉積的無機薄膜具有至少200埃的抑制力。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉積方法，其中所述沉積的無機薄膜是金屬或含金屬化合物。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉積方法，其中所述薄膜使用空間依賴型ALD沉積，包括: 提供一系列氣體通道，各通道與接收基底的離散分開的區(qū)域接觸，并且各氣體通道具有氣體組合物，所述氣體組合物按順序包含至少第一反應(yīng)性氣態(tài)材料、惰性吹掃氣體和第二反應(yīng)性氣態(tài)材料，以及任選地重復(fù)所述順序一次或多次，并 相對于所述氣體通道移動所述接收基底，以使得所述接收基底的一部分依次與至少兩個氣體區(qū)域接觸， 其中第一反應(yīng)性氣態(tài)材料能夠與已經(jīng)用所述第二反應(yīng)性氣態(tài)材料處理過的所述接收基底表面反應(yīng)以形成所述無機薄膜。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述接收基底包含移動的網(wǎng)輻。
20.使用根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法制備的電子器件，所述電子器件包含接收基底和包含結(jié)構(gòu)(I)表示的重復(fù)單元的氰基丙烯酸酯聚合物沉積圖案。
【文檔編號】H01L21/02GK103959434SQ201280059809
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月5日
【發(fā)明者】M.S.伯貝里, D.H.萊維 申請人:伊斯曼柯達公司