专利名称：用于密封薄膜晶体管的方法
技术领域：
本发明涉及用于制造和密封薄膜晶体管的方法。
背景技术：
当薄膜晶体管的半导体层暴露于某种环境中(例如，湿法处理过程中的溶剂)时，薄膜晶体管(TFT)的性能很可能被退化。因此，为了保护TFT半导体寻求适合的密封材料。特别，关注保护或密封有机半导体。有机薄膜晶体管(OTFT)(亦即，具有有机半导体的TFT)得到关注，作为能够围绕低成本电子设备为中心的各种应用的技术。该观点是有机半导体可以被人工合成，以引入用于各种器件所必需的电性能。这些器件也可以被构造为允许低成本、卷带处理，该卷带处理对于晶体硅微电子来说当前是不可能的。但是，有机半导体材料通常是不能容忍湿法处理的。因此用于有机TFT的处理方法被限制。
为保护或密封半导体材料的先前成果可能导致半导体性能降低，特别对于有机半导体。为了防止它们的性能退化，例如，保形的涂敷已被应用于有机半导体器件，但是该涂敷一般降低器件性能或引起故障。许多已知方法还需要不止一个处理步骤。例如，某些方法包括用密封剂密封整个TFT，然后使用光刻术，包括将光刻胶涂敷到该区域，以保持、刻蚀掉不被该光刻胶保护的区域，以及选择性地除去光刻胶。其它已知方法包括涂敷光敏材料的薄膜层(例如，光敏的聚乙烯醇)到半导体层，将该光敏材料暴露于紫外光，然后除去未曝光的光敏材料。
发明内容
鉴于上述因素，我们认识到需要一种快速的、容易的和较少损坏的密封TFT半导体层的方法，以对环境提供阻挡层和允许进一步处理，包括将在器件的顶上进行的湿法处理。简要地，在一个方面，本发明提供一种用于密封薄膜晶体管的方法。该方法包括(a)提供一种包括栅电极、栅介质、源电极和漏电极以及半导体层的薄膜晶体管；以及(b)通过孔眼掩模(aperture mask)的图形，在半导体层的至少一部分上蒸气淀积密封材料。
在另一方面，本发明提供一种制造薄膜晶体管的方法，该方法包括以下步骤(a)提供一衬底；(b)通过孔眼掩模的图形，在衬底上淀积栅电极材料；(c)通过孔眼掩模的图形，在栅电极材料上淀积栅介质；(d)通过孔眼掩模的图形，邻近于栅介质淀积半导体层；(e)通过孔眼掩模的图形，邻近半导体层淀积源电极和漏电极；以及(f)通过孔眼掩模的图形在半导体层的至少一部分上蒸气淀积密封材料。优选，制造薄膜晶体管的该方法的步骤按列出的顺序来执行。步骤(b)至(e)的每个可以是蒸气淀积，以及该淀积步骤可以按所叙述的顺序来执行。
在再一方面，本发明提供一种薄膜晶体管，包括衬底、栅电极、栅介质、源电极和漏电极、半导体层以及半导体层的至少一部分上的蒸气淀积的密封层。
密封层使器件与其它电子元件绝缘，以及使器件与环境杂质例如湿气和水隔离。有利地，可以借助于所述的孔眼掩模，在一个步骤中淀积并构图密封材料。迄今为止，仅仅可以通过多个步骤来淀积构图的密封材料。而且，据发现上述方法提供具有增加的耐溶剂性和耐刮擦的TFT。令人惊讶地，根据本发明的方法制造的OTFT显示出几乎不减小的性能。
此外，整个TFT，包括密封剂层，可以使用孔眼掩模技术来制造。对于标准的孔眼掩模工序，本发明的方法可以仅仅增加一个附加处理步骤。此外，整个TFT可以在永远不中止真空的条件下制造。
因此，本发明的方法满足快速、容易和较少损坏的密封TFT半导体层的方法的技术需要。
图1描绘了本发明的密封薄膜晶体管。
具体实施例方式
薄膜晶体管(TFT)，通常包括栅电极、栅电极上的栅介质、邻近栅介质的源电极和漏电极，以及邻近栅介质和邻近源电极和漏电极的半导体层(例如，参见S.M.Sze，Physics of Semiconductor Devices，2ndedition，John Wiley and Sons，page 492，New York(1981))。这些元件可以以各种结构组装。
栅电极TFT的栅电极可以是任意有用的导电材料。例如，栅电极可以包括掺杂的硅或金属，如，铝、铜、铬、金、银、镍、钯、铂、钽和钛，以及透明的导电氧化物，如氧化铟锡。导电聚合物也可以被使用，例如聚苯胺或聚(3，4-乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)(PEDOTPSS)。此外，这些材料的合金、组合物和多层可能是有用的。在某些TFT中，相同的材料可以提供栅电极功能和也可以提供衬底的支撑功能。例如，掺杂硅可以用作栅电极并支撑TFT。
栅介质栅介质通常被设置在栅电极上。栅介质使栅电极与TFT器件的平衡(balance)电绝缘。它可以被淀积在TFT上作为分离层，或通过氧化(包括阳极氧化)栅极材料形成在栅极上，以形成栅介质。栅介质优选具有约超过2的相对介电常数(更优选，约超过5)。栅介质的介电常数可以较高，例如，80至100以上。栅介质的有用材料可以包括，例如，有机或无机电绝缘材料。
无机材料可以用作器件中的溶胶介质(sole dielectric)。可用于栅介质的有机材料的特定例子包括聚合的材料，如聚偏1，1-二氟乙烯(PVDF)、氰基纤维素(cyanocelluloses)、聚酰亚胺、环氧树脂等。在2003年5月8日申请的另案待审的申请USSN10/434,377中描述了其它有用的有机材料，在此将其引入作为参考。无机帽盖层可以包括别的聚合栅介质的外层。
可用于栅介质的无机材料的具体例子包括碳锶盐(strontiate)、钽酸盐、钛酸盐、锆酸盐、氧化铝、硅氧化物、氧化钽、氧化钛、硅氮化物、钛酸钡、钛酸锶钡(barium strontium titanate)和锆酸钛酸钡(barium zirconate titanate)。此外，这些材料的合金、组合物和多层可以用于栅介质。
栅介质的优选无机材料包括氧化铝、硅氧化物和硅氮化物。
源电极和漏电极源电极和漏电极通过栅介质与栅电极隔开，而半导体层可以在源电极和漏电极之上或之下。源电极和漏电极可以是任意有用的导电材料。包括如上所述的用于栅电极的那些材料的大部分的有用材料，例如，铝、钡、钙、铬、铜、金、银、镍、钯、铂、钛、透明的导电氧化物如氧化铟锡、聚苯胺、PEDOTPSS、其它导电聚合物、其合金其组合物以及其多层。作为公知技术，这些材料的一些适用于n-型半导体材料以及其它材料适用于p-型半导体材料。
半导体半导体层可以包括有机或无机半导体材料。有用的无机半导体材料包括非晶硅、碲、氧化锌、硒化锌、硫化锌、硫化镉以及硒化镉(优选，非晶硅)。有用的有机半导体材料包括并苯和其替代的衍生物。并苯的特定例子包括并三苯、萘、并四苯、并五苯和替代的并五苯(优选并五苯或替代的并五苯，包括氟化的并五苯)。其它例子包括半导电的聚合物、二萘嵌苯、富勒烯(fullerene)、酞菁、低噻吩(oligothiophene)、聚噻吩、聚苯基偏乙烯(polyphonylvinylenes)、聚乙炔、金属酞菁(metallophthalocyanines)和替代的衍生物。在2003年7月15日申请的另案待审的申请USSN10/620027中描述了有用的二-(2-acenyl)乙炔半导体材料，在此将其引入作为参考。
并苯的替代衍生物包括用至少一个电子-捐赠(donating)基团、卤原子或其组合物替代的并苯、或用至少一个电子-捐赠基团、卤原子或其组合物选择地替代的苯并-成环的(annellated)并苯或聚苯并-成环的并苯。该电子-捐赠基团选自具有1至24个碳原子的烷基、烷氧基或硫代烷氧(thioalkoxy)基团。烷基的优选例子是甲基、乙基、n-丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、正戊基、正己基、n-庚基、2-甲已基、2-乙己基、n-辛基、n-壬基、n-癸酸、n-十二烷基、n-十八烷基、3，5，5-三甲己基(trimethylhexyl)。在2002年9月27日申请的另案待审的申请USSN10/256489和USSN10/256616中教导了替代的并五苯及其制造方法，在此将其引入作为参考。
苯并-成环的和聚苯并-成环的并苯的更多细节可以在已有技术中发现，例如，NIST Special Publication 922″Polycyclic AromaticHydrocarbon Structure Index″U.S.Govt.Printing Office，by Sander andWise(1997)。
密封剂根据本发明制造的TFT包括密封层。密封层的有用材料包括可以被蒸气淀积和具有半导体层的至少10倍电阻率的材料(优选至少100倍)。通常，密封层具有至少1×106ohm-em的电阻率。密封层被设置在半导体层的至少一部分上(优选，密封材料还至少覆盖源电极和漏电极的一部分；更优选，密封材料覆盖TFT的有源部分)。密封层可以包括有机或无机材料的任何一种，或两种都包括。
可用于密封层的有机材料的特定例子包括可以被蒸气淀积的聚合材料，如，聚偏1，1-二氟乙烯(PVDF)、聚苯乙烯、聚酰亚胺、环氧树脂等。可用于密封层的无机材料的具体例子包括碳锶盐(strontiate)、钽酸盐、钛酸盐、锆酸盐、氧化铝、硅氧化物、氧化钽、氧化钛、硅氮化物、钛酸钡、钛酸锶钡和锆酸钛酸钡。此外，这些材料的合金、组合物以及多层可以用于密封材料。
优选，密封材料是金属氧化物、金属氮化物、硅氧化物、硅氮化物或聚对二甲苯基(parylene)。聚对二甲苯基是用来描述聚-p-二甲苯的分类的普通术语，由具有下列结构的二聚物获得 其中X是H或卤素。聚对二甲苯基涂层通常通过淀积工艺由它们的各种二聚物涂敷，其中二聚物被蒸发、热分解(亦即，分为单体蒸气形式)并提供给淀积室。淀积工艺是公知技术，例如美国专利号5,536,319中所述。
在此使用的“聚对二甲苯基”包括所有聚对二甲苯基涂层，例如。
以及替代的聚对二甲苯基。
对于某些实施例，透明的密封材料是优选的。例如，金属氧化物的密封层可以为诸如光发射体和光探测器的器件提供合符需要的透明度。
根据本发明制造的TFT可以包括密封材料的多个层，以提供很好的阻挡性能。例如，根据本发明制造的TFT可以选择性地包括在密封材料的顶上的金属层。通常，金属提供优异的阻挡性能。但是，如果金属被直接放置在器件上，TFT将短路。因此，密封层必须在金属层和TFT之间。用于金属层的适合材料包括，例如，铝、铬、金、银、镍、钯、铂、钽、锌、锡、铟和钛。
据估计在密封材料的顶上可以层叠附加的有源层，可能包括增加的器件。在叠层的顶上也可以用密封材料密封这些层叠的器件。因此可以使用本发明的方法制造被密封材料分开的器件的多个层。
衬底根据本发明制造的TFT可以被设置在衬底上。在制造、测试和/或使用过程中该衬底典型地支撑TFT。例如，一个衬底可以被选择用于测试或筛选各个实施例，同时其它衬底被选择用于商用实施例。选择性地，衬底可以提供用于TFT的电功能。有用的衬底材料包括有机和无机材料。例如，衬底可以包括无机玻璃、陶瓷箔、聚合材料(例如，丙烯酸树脂、环氧树脂、聚酰胺、聚碳酸脂、聚酰亚胺、聚酮、聚(氧代1，4-亚苯氧基(phenyleneoxy)-1，4-亚苯基羰基(phenylenecarbonyl)-1，4-亚苯基)(有时称为聚(醚醚酮)或PEEK)、聚降冰片烯、聚亚苯基氧化物(polyphenyleneoxide)、聚(乙烯萘基二羧酸(ethylenenaphthalenedicarboxylate))(PEN)、聚(对苯二甲酸乙二酯)(PET)、聚(亚苯基硫化物)(PPS))、填充的聚合材料(例如，纤维-增强的塑料(FRP))、纤维状材料，如纸和纺织品和涂敷的或未涂覆的金属箔。
在本发明的某些实施例中使用柔性衬底。这些材料允许辊轧处理，可以是连续的，提供超过平坦和/或刚性衬底规模经济和制造经济。所选的柔性衬底优选能够围绕约小于50cm直径(优选，约小于25cm直径；更优选，约小于10；最优选约小于5cm)的柱体周边缠绕，不变形或破裂。用来围绕特定柱体缠绕本发明的柔性衬底的压力一般地是低的，如通过无人帮助的手(亦即，没有杆、机器、液压装置等的辅助)。优选的柔性衬底可以在它自己上辊轧。
制造薄膜电极(亦即，栅电极、源电极和漏电极)可以通过任意有用的方法提供，例如，电镀、喷墨印刷或汽相淀积(例如，热蒸发或溅射)。优选，通过汽相淀积提供薄膜电极。半导体层可以通过任意有用的方法提供，例如溶液淀积、旋涂、印刷技术或汽相淀积(优选，通过汽相淀积)。密封材料可以通过汽相淀积并使用孔眼掩模构图来提供。
薄膜电极和半导体的图形可以通过已知的方法来完成，如孔眼掩模、加法光刻、减法光刻、印刷、微接触印刷和图形涂敷(优选，通过孔眼掩模)。密封材料的图形可以使用孔眼掩模来完成。
在本发明的某些实施例中，通过一个或多个孔眼掩模的图形蒸气淀积栅电极、栅介质、半导体层、源电极和漏电极以及密封材料。对于元件层的淀积，可以使用包括一个或多个孔眼掩模的多个图形。单个层可以通过一个或多个孔眼掩模上的相同或不同的图形来淀积。孔眼掩模能够淀积希望的材料和同时用希望的图形形成材料。由此，在淀积之前或之后不需要分开的构图步骤。
优选，TFT层或部件通过由聚合物材料如聚酰亚胺或聚酯形成的孔眼掩模的图形来淀积。聚合物孔眼掩模一般具有约5微米和约50微米之间的厚度。用于孔眼掩模的聚合材料的使用提供超过其它材料的优点，包括易于孔眼掩模的制造、降低孔眼掩模的成本以及其它优点。但是，非聚合材料，如硅、金属或结晶材料可以被使用。由于折皱或永久性弯曲的意外形成，聚合物孔眼掩模是柔性的以及通常很少被损坏。此外，聚合物孔眼掩模很少损坏现有的淀积层。此外，某些聚合物掩模可以用酸清洗。
通过一个或多个孔眼掩模可以淀积两个或更多的TFT层或部件，或每个TFT层或部件可以通过一个孔眼掩模淀积。淀积孔的布置和形状取决于由用户预想的TFT和电路布局经历各种变化。一个或多个淀积孔可以形成为具有约小于1000微米的宽度(优选，约小于50微米；更优选，约小于20微米；更加优选，约小于10微米；最优选，约小于5微米)。通过形成具有在这些范围内的宽度的淀积孔，可以减小TFT或电路元件的尺寸。而且，两个淀积孔之间的距离(间距)可以约小于1000微米(优选，约小于50微米；更优选，约小于20微米；最优选约小于10微米)，以减小各个TFT或电路元件的尺寸。当制造、使用、重使用或重定位孔眼掩模时，部件之间的距离，如孔之间的距离或子图形之间的距离可以再重现在约1.0％的范围内(优选，约0.5％，更优选约0.1％)。
激光烧蚀技术可以用来在聚合物孔眼掩模中限定淀积孔的图形。由此，由聚合膜形成的孔眼掩模可以允许使用可以较便宜、较不复杂的制造工艺，和/或比与诸如硅掩模或金属掩模的其它孔眼掩模通常需要的那些技术相比更精确。而且，因为激光烧蚀技术可以用来产生图形，图形的宽度可以被制成更加大于常规图形。例如，激光烧蚀技术可以便于图形的形成，以便图形的宽度约大于1厘米、约大于25厘米、约大于100厘米、甚至约大于500厘米。这些大的掩模，可以是网的宽度，且是非常长的(例如，辊的长度)，然后可以用于淀积工序，以产生分布在大的表面积上和被大距离分开的TFT或电路元件。
另外，如果孔眼掩模由硅晶片形成，那么可以使用反应离子刻蚀或激光烧蚀产生孔的图形。金属掩膜可以通过各种技术来制造，包括，例如常规加工、微机械加工、金刚石加工、等离子体或反应离子刻蚀以及放电加工(EDM)或电火花腐蚀加工。
TFT层或部件也可以通过掩模组的一个或多个分开的孔眼掩模来淀积。掩模组包括供淀积工艺用的大量孔眼掩模。掩模组可以包括许多孔眼掩模，例如，取决于将在淀积工序中产生的TFT或电路元件。掩模形成“组”，其中每个掩模可以对应于TFT或集成电路内的TFT或电路元件的特定层或组。每个孔眼掩模可以用淀积孔的图形来形成，该淀积孔的图形限定TFT或电路的层的至少一部分。
掩模组中的每个孔眼掩模优选包括聚合物。然后激光烧蚀技术可以用来形成如上所述的一个或多个淀积孔。
淀积台可以用于执行汽相淀积工序，其中材料被蒸发并通过孔眼掩模淀积在衬底上。淀积台一般是真空室。在接近衬底放置孔眼掩模之后，通过淀积单元蒸发将被淀积的材料。淀积单元可以包括材料的舟(boat)，该材料被加热以蒸发该材料。蒸发的材料通过孔眼掩模的孔(多个孔)淀积在衬底上，以在衬底上限定TFT或电路层的至少一部分。在淀积时，材料形成被孔眼掩模限定的图形。当在真空室中蒸气淀积本发明的TFT的每个层(亦即，栅电极、栅介质、半导体、源电极和漏电极以及密封材料)时，可以整体制造TFT而不中止真空。
当柔性孔眼掩模被制得足够地大时，例如，包括具有大尺寸的图形，可能产生下陷问题。具体，当这种柔性的孔眼掩模被接近淀积衬底放置时，由于柔性孔眼掩模上的万有引力，柔性孔眼掩模可能下陷。当孔眼掩模位于淀积衬底下面时，该问题通常最明显。而且，由于柔性孔眼掩模被制得越来越大，下陷问题可以复合。
各种技术可用来解决下陷问题或别的方法控制淀积工序过程中孔眼掩模中的下陷。例如，柔性孔眼掩模可以具有可以可动地粘附到淀积衬底的表面的第一侧面，以便于在淀积工序过程中孔眼掩模和淀积衬底之间的最紧密接触。具体，第一侧面可以包括在淀积工序之后可以被除去的压敏粘结剂。
控制下陷的另一方法是使用磁力。例如，孔眼掩模可以包括聚合物和磁性材料。磁性材料可以被涂敷或层叠在聚合物上，或可以渗透到聚合物中。例如，磁性颗粒可以被分散在用来形成孔眼掩模的聚合材料内。当使用磁力时，在淀积台内可以施加磁场，以控制孔眼掩模中的下陷的方式吸引或排斥磁性材料。
控制下陷的另一方法是使用静电。孔眼掩模可以包括被静电地涂敷或处理的聚合物。电荷可以被应用于孔眼掩模、淀积衬底或两种，以控制孔眼掩模中的下陷的方式提高静电引力。
控制下陷的另一方法是拉伸孔眼掩模。拉伸单元可以被实现，以拉伸孔眼掩模至足以减小、消除或别的方式控制下陷的量。因为掩模被紧密地拉伸，因此可以减小下陷。为了控制下陷，使用拉伸，孔眼掩模必须具有可接受的弹性系数。
附加地，拉伸聚合孔眼掩模的原理也可以用来正确地对准用于淀积工序的孔眼掩模。
TFT和电路制造的另一挑战使用孔眼掩模淀积技术，涉及在淀积衬底上使孔眼掩模与淀积层对准的困难。而且，因为淀积越来越多TFT或电路层，对准问题可以被复合。
因此孔眼掩模可以包括具有对准边缘的掩模衬底。淀积孔的图形可以相对于对准边缘被限定在掩模衬底中，以便掩模衬底的边缘的空间定位对准用于淀积工序的图形。如果掩模组中的每个掩模形成有相同的定位边缘，那么在连续的淀积过程中该掩模可以相对于淀积层被容易地对准。
该淀积衬底可以包括定位边缘，该定位边缘基本上对应于孔眼掩模的定位边缘。以此方式，孔眼掩模的边缘和淀积衬底的边缘的空间定位相对于用于淀积工序的淀积衬底正确地对准与淀积孔相关的图形。此外，如上所述，如果掩模组中的每个掩模具有相似的定位边缘，那么在连续的淀积中容易实现每个掩模相对于淀积层的定位。
孔眼掩模图形也可以形成在一个或多个柔性膜的延伸网中。通过在网中形成的孔眼掩模图形可以连续地淀积材料，以限定TFT或电路的层或元件。淀积衬底也可以由延伸的网形成，以及淀积衬底网可以通过一系列淀积台馈送。每个淀积台可以具有用孔眼掩模图形形成的其自己的延伸网。
优选，柔性掩模是足够柔软的，以便它可以被缠绕，从而形成辊，而不损坏。柔性掩模也可以是可拉伸的(例如，在交叉-网方向上、向下-网方向或两这方向都可拉伸)，以便它可以被拉伸，从而实现精确的定位。柔性掩模可以由一个或多个各式各样的聚合物构成，例如，聚酰亚胺、聚酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸脂等。优选，柔性掩模包括聚酰亚胺。柔性膜的网一般至少约3cm的宽度，以及约小于200微米的厚度(优选，约小于30微米；更优选约小于10微米)。
激光烧蚀技术可以用来在柔性薄膜的网中限定淀积孔图形。孔眼掩模图形具有多种形状和尺寸。柔性材料的网中形成的每个孔眼掩模可以限定大量图形。不同的图形可以限定TFT或电路的不同层，或不同的图形可以限定相同TFT或电路层的不同部分。
在其它情况中，不同的图形可以基本上是相同的。然后每个不同的图形可以用来产生用于不同TFT或电路的基本上相似的淀积层。例如，在直排网工序中，淀积衬底的网可以垂直通过孔眼掩模。在每次淀积之后，淀积衬底的网可以直排移动，用于下一淀积。因此，第一图形可用于在淀积衬底的网上淀积一个层，然后第二图形可以用于类似的淀积工序，使淀积衬底的网进一步向下。在淀积衬底的不同部分上或在一个或多个不同的淀积衬底上也可以再使用包含图形的孔眼掩模的每个部分。
直排孔眼掩模淀积技术可以通过例如滑动用孔眼掩模图形形成的聚合薄膜经过淀积衬底来进行。聚合薄膜的网中的第一图形可以与淀积衬底对准，以及可以执行淀积工序，以根据第一图形在淀积衬底上淀积材料。然后，聚合薄膜的网可以被移动，以便第二图形与淀积衬底对准，以及可以执行第二淀积工序。对于聚合薄膜的网中形成的大量图形，该工序可以被重复。通过在不同的淀积衬底或相同衬底的不同部分上重复上述步骤，可以再使用聚合薄膜的孔眼掩模图形。
直排孔眼掩模储淀积技术也可以使用淀积衬底来进行，该衬底包括网。亦即，孔眼掩模和淀积衬底都可以包括网。该网可以由例如聚合材料制成。另外，淀积衬底网可以包括运载一系列分立衬底的运输网。孔眼掩模网中的第一图形可以与用于第一淀积工序的淀积衬底网对准。然后，孔眼掩模网和淀积衬底的任何一个或两者都可以被移动，以便孔眼掩模网中的第二图形与淀积衬底网对准并执行第二淀积工序。如果孔眼掩模网中每个孔眼掩模图形是基本上类似的，那么该技术可用于沿淀积衬底网在大量连续的位置中淀积相似的淀积层。
在2002年2月14日申请的另案待审的申请10/076003、10/076005和10/076174中可以发现关于孔眼掩模的更多细节，在此将其引入作为参考。
可选的层本发明还提供一种薄膜晶体管，包括在所述的有机半导体和栅介质之间布置的表面处理层。该表面处理层可以选自非氟化的聚合物层、自-组装的单层、硅氧烷聚合物层。该表面处理层提供具有超过巳知器件的一个或多个改进的OTFT，包括诸如阈值电压、亚阈值斜率、导通/截止比率和电荷-载流子迁移率的性能改进。此外，该表面处理层可以获得至少一种性能的大改进，如电荷-载流子迁移率，同时保持其它OTFT性能在所希望的范围内。由本发明提供的器件性能的改进能够通过复杂电路的较简单的处理条件来产生，该复杂电路与没有表面处理层制造的OTFT相比具有更高的工作速度。该表面处理层也能够制造较大的电路元件，具有可比得上有非常小特征的器件的性能。具有大特征尺寸的器件可能是价格低廉的，因为它们不需要昂贵的精确构图方法。
表面处理层可以包括在栅介质和半导体层之间插入的基本上非氟化的聚合层(“聚合层”)。在此使用的“基本上非氟化”意味着具有氟取代基的聚合层中的碳约小于5％(优选，约小于1％；更优选0％)。该聚合层可以增加一种或多种性能，如阈值电压、亚阈值斜率、导通/截止比率和电荷-载流子迁移率。
聚合层适用的材料包括由单体的前体衍生的聚合物、单体和包括芳香-官能段(例如，芳香热固性聚合物，如聚亚芳基(polyarylene))的低聚物；以及由开环聚合衍生的聚合物(例如，直链或分支C1-C18烷基-替代的降冰片烯，三烷氧基甲硅烷基(trialkoxysilyl)-替代的降冰片烯、5-降冰片烯-2-羧酸的酯、2-膦酰基-5-降冰片烯的酯，1，4-环辛二烯以及二环戊二烯)。
聚合层也可以包括具有根据该化学式的互聚单元的聚合物
在互聚单元的约50至100％的量中，根据该化学式的互聚单元的0至约50％ 其中当R1和X不同时，每个R1和R2包括独立地选自氢、C1-C20脂肪族、氯、溴基、羧基、酰氧基、腈、氨基、烷氧基、碳环氧基、芳氧基、氯化的脂肪族、溴化的脂肪族、C6-C20芳基、C7-C20芳基烷基(arylalkyl)、羟基的基团以及其组合物，该组合物可以包含一种或多种异质原子和一种或多种官能团；以及每个X独立地包括能键合到栅介质的官能团(例如，-PO3H2、-OPO3H2和三甲氧基甲硅烷(trimethoxysilyl)。此外，至少两个R1，R2和/或X基团的任意组合可以在一起形成环状的或多环的脂肪族、芳香烃或多环的芳基。
具有化学式I和选择性地化学式II的互聚单元的材料的具体例子包括同聚物，诸如聚苯乙烯、聚(1-己烯)、聚(甲基丙烯酸甲酯(methylmethacrylate))、聚(苊烯)、聚(乙烯萘)、聚(丁二烯)、聚(醋酸乙烯酯)和由α-甲基苯乙烯、4-叔-丁基苯乙烯、2-甲基苯乙烯、3-甲基苯乙烯和4-甲基苯乙烯衍生的那些材料。在这种同聚物例子中，根据化学式II聚合层包括0％的互聚单元。
聚合层通常具有约小于400埃(的厚度(优选，约小于200；更优选，约小于100)以及至少约5(优选，至少约10)。它可以通过汽相淀积设置在栅介质上。
根据本发明制造的TFT也可以选择性地包括在栅介质和半导体层之间插入的自组装单层。在此使用的术语“自组装单层”或“SAM”指约5至约30厚度的数量级的单分子层。SAM是栅介质和SAM的前体之间反应的产物。SAM前体典型地包括具有该化学式的组合物X-Y-Zn其中X是H或CH3；Y是线性或枝状的C5-C50脂肪族或环状的脂肪族连接基团，或线性的或枝状的C8-C50基团，包括芳基和C3-C44脂肪族或环状的脂肪族连接基团；Z选自-PO3H2、-OPO3H2、苯并三唑基(benzotriazoylyl)(-C6H4N3)、羰基氧基苯三唑(carbonyloxybenzotriazole)(-OC(＝O)C6H4N3)、氧苯三唑(oxybenzotriazole)(-O-C6H4N3)、氨苯三唑(aminobenzotriazole)(-NH-C6H4N3)、-CONHOH、-COOH、-OH、-SH、-COSH、-COSeH、-C5H4N、-SeH、-SO3H、异腈(-NC)，氯二甲基甲硅烷基(chlorodimethylsilyl)(-SiCl(CH3)2)、二氯甲基甲硅烷基(dichloromethylsilyl)(-SiCl2CH3)、氨基和磷酰基；以及n是1，2或3，假如当Z是-SiCl(CH3)2或-SiCl2CH3时，n是1。
适合的SAM前体包括，例如，1-膦酰基辛烷(phosphonooctane)、1-膦酰基己烷(phospbonohexane)、1-膦酰基-2-乙基己烷(ethylhexane)、1-膦酰基-2，4，4-三甲基戊烷(trimethylpentane)、和1-膦酰基-3，5，5-三甲基己烷(trimethylhexane)以及1-膦酰基-3，7，11，15-四甲基十六烷(tetramethylhexadecane)。
SAM前体可以通过巳知的方法设置在栅介质上，例如，通过诸如喷射、旋转、浸渍、凹版印刷、微接触、喷墨印刷、压印、转印或汽相淀积的涂敷处理。单层前体允许与栅介质表面相互作用。相互作用或反应可以是瞬时的或可以需要时间，无论在哪种情况下，增加温度可以减小需要的时间。当SAM前体的溶液被设置在栅介质层上时，通过与所涉及的材料相容的方法除去该溶剂，例如通过加热。在有机半导体的淀积之前，任意过剩的SAM前体一般被漂洗掉。
SAM添加到TFT可以提供超过缺少SAM的器件的性能改进，诸如阈值电压、亚阈值斜率、导通/截止比率、电荷-载流子迁移率等性能。
在OTFT中，表面处理层也可以包括在栅介质和有机半导体层之间插入的、具有约小于400厚度基本上是硅氧烷的聚合层(硅氧烷聚合层″)。硅氧烷聚合层包括基本上非氟化的聚合物，具有根据该化学式的互聚单元 其中每个R3独立地包括选自氢、C1-C20脂肪族、C4-C20脂环族、芳烷基或芳基的基团及其组合物，其组合物可以包含一种或多种异质原子和/或一种或多种官能团。在此使用的“异质原子”意味着非碳原子如O、P、S、N和Si以及“基本上非氟化”意味着具有氟取代基的聚合层中的碳约小于5％(优选，约小于1％；更优选0％)。
硅氧烷聚合层具有约400埃()的最大厚度，更优选约小于200，最优选约小于100。硅氧烷聚合层通常具有至少约5的厚度，更优选至少约10。该厚度可以通过巳知方法来决定，例如，椭圆光度法。
用于R3基团的特定选择包括，例如，甲基、苯基，2-苯乙基、C2-C18脂族基团，以及包括但是不限于羟基、乙烯基、5-己烯基、氢、氯、3-(甲基)烯酰氧基丙基(acryloxypropyl)、3-巯丙基(mercaptopropyl)、3-环氧丙氧基丙基(glycidoxypropyl)、2-(3，4-环氧环己基(epoxycyclohexyl)乙基、3-氨丙基(aminopropyl)、3-乙酸基丙基(acetoxypropyl)、3-氯丙基(chloropropyl)、3-羧丙基(carboxypropyl)、3-氰丙基(cyanopropyl)、氯苯基(chlorophenyl)、C1-C62-二烷基膦酰基(dialkylphosphono)乙基的含半族官能团。
硅氧烷聚合层的有用聚合材料的例子包括聚(聚二甲基硅氧烷)、聚(聚二甲基硅氧烷-共-联苯硅氧烷(diphenylsiloxane))、聚(甲苯基硅氧烷(methylphenylsiloxane)-共-联苯硅氧烷)和聚(聚二甲基硅氧烷-共-甲苯基硅氧烷)。
在本发明的实践有用的硅氧烷聚合物可以通过为所属领域的技术人员所熟知的大量方法的任意一种来制备，包括，例如，阴离子、冷凝、或开环聚合。可用于本发明的硅氧烷聚合物也可以用官能端基团或官能侧基团的引入来制备。这些材料可以通过官能单体、官能引发剂、或功能链终止剂的使用来完成，例如，具有氯三烷氧基硅烷(chlorotrialkoxysilane)的阴离子聚合的聚二有机硅氧烷(polydiorganosiloxane)的终止。它们也可以通过现有硅氧烷聚合物的改进来制备，例如，烯化的官能聚二有机硅氧烷与甲硅烷如三氯硅烷的反应。
尽管本发明强调线性聚二有机硅氧烷的使用，其中硅氧烷聚合物中的每个单元由双官能前体衍生而来，但是采用引入少量的硅氧烷单元的聚硅氧烷也被认为在本发明的范围内，该硅氧烷单元由三官能或四官能的前体衍生而来。三官能-和四官能-衍生的硅氧烷单元的数目不应该超过聚合物中的硅氧烷单元的总平均数的约10％，优选约5％以下。
集成电路为了形成集成电路(IC)，多个TFT可以被互连。集成电路包括但是不局限于，例如，环形振荡器、射频识别(RFID)电路、逻辑元件、放大器和时钟。因此，根据本发明的方法制造的密封TFT可以通过巳知技术的方法互连到其它TFT，以形成IC。密封的TFT也可以用于各种电子物品，例如RFID标记、用于显示的背板(例如，供个人电脑、单元电话或手持装置用)、智能卡、存储装置等。根据本发明的方法制造的密封TFT特别适合用于显示的背板使用，因为密封层提供对显示器中经常使用的液体的阻挡。
典型地，当使用孔眼掩模技术制造TFT IC时，通过连接两个或更多导电TFT层(例如，栅电极层和源电极和漏电极层)上的较短线段制造长的导电线，以便克服与用模板印刷图形相关的限制。在许多应用中，特别显示背板(例如，用于液晶或有机发光二极管(OLED)有源矩阵显示器)，希望用绝缘材料覆盖除像素电极之外的所有电路。该绝缘材料通过使它们与显示介质(例如，液晶或OLED)电绝缘减小TFT和导电线的可见度。但是，使用孔眼掩模技术淀积绝缘材料，覆盖除像素电极之外的所有事物是不可能的，因为像素电极彼此被断续的隔离。意外地，使用孔眼掩模技术可以仅仅用栅介质层和TFT密封层使导电线和TFT与显示介质完全绝缘。例如，通过使用与第二绝缘层(例如，栅绝缘层)一致的密封层可以应用本发明，以用绝缘材料完全地覆盖集成电路的选择部分。
因此，使用本发明的方法可以密封未被密封的TFT，未被密封的TFT是IC的一部分。而且，如上所述的相同教导可以用于密封IC的元件(例如，引线或互连)。
例子通过以下例子进一步说明本发明的目的和优点，但是这些例子中所述的特定材料和其数量以及其它条件和细节不应该被认为过度地限制本发明。
密封的有机薄膜晶体管(OTFT)的制造基本上如2002年2月14日申请的另案待审的申请10/076003中所述制造四个2英寸×2英寸KaptonTM聚酰亚胺孔眼掩模。该孔眼掩模被设计成能提供具有20微米的沟道长度和30微米线宽的TFT。
由Precision Glass和Optics(Santa Ana，CA)购买两英寸正方形浮化玻璃载片。玻璃载片22被放置在浓盐酸中约一分钟。然后从酸除去载片，用去离子水漂洗，并用氮气吹干。然后使用TX1009 TexWipeTM(ITW Texwipe，Upper Saddle River，NJ)用异丙醇擦掉干载片。然后该载片被放置在100℃加热板上两分钟。然后在该载片上放置第一孔眼掩模并使用小的手夹具适当的保持。该载片被装载到用于淀积的第一真空室中。
在真空室中，在2×10-6乇的压力下，通过电子束蒸发Ti(以每秒3的速度，通过石英晶体微量天平测量时达到20的厚度)，在玻璃载片22上通过孔眼掩模淀积钛/金(Ti/Au)栅极层24，然后在相同的真空室中和相同压力下热蒸发Au(以每秒5的速度，达到600的厚度)。从真空室除去所得的样品。从该样品除去第一孔眼掩模。然后使用显微镜并用夹具适当的保持，在样品上对准第二孔眼掩模。样品被回装载到第一真空室中。
通过电子束蒸发，以每秒3的速度，达到2000的厚度，在栅层24上通过第二孔眼掩模淀积氧化铝介质层26。在该淀积过程中，小的水储蓄器被打开到真空室，以允许压力保持约5×10-5乇。再从真空室除去该样品，以及除去第二孔眼掩模。通过在介质层26上涂敷几ml甲苯中0.1wt的聚(α-甲基苯乙烯)(平均分子量，Mw，680,000g/mol)溶液，然后以500rpm旋转该样品20秒和以1500rpm旋转40秒。然后在120℃下，在烤箱中烘焙该处理样品30分钟。然后使用显微镜并用夹具适当的保持，在样品上对准第三孔眼掩模。样品被回装载到用于半导体淀积的第一真空室中。
在300℃的最高温度下，在96％氮气和4％氢气的恒流下，在减小的压力下，在3-区熔炉(Thermolyne 79500管式炉，BarnsteadThermolyne，Dubuque，IA)中提纯并五苯(Aldrich化学公司，Milwaukee，WI)。通过在真空(约10-6乇)下的升华，在聚合物表面-修正层27上，以每秒0.5的速度，通过第三孔眼掩模淀积该提纯的并五苯，当通过原子力显微镜台阶高度图像测量时达到300的厚度，以提供并五苯半导体层28。从真空室除去该样品。从该样品除去第三孔眼掩模。然后使用显微镜并用夹具适当的保持，在样品上对准第四孔眼掩模。样品被回装载到第二真空室中。
通过热蒸发(在2×10-6乇的真空中)通过第四孔眼掩模，以每秒5的速度淀积金(Au)源30和漏电极32层，以提供具有600厚度的层。从真空室除去该样品。从该样品除去第四孔眼掩模。然后使用显微镜并用夹具适当的保持，在样品上重新对准第二孔眼掩模。该样品被回装载到第一真空室中。
通过电子束蒸发，在2×10-5乇的压力下，以每秒3的速度，通过第二孔眼掩模淀积氧化铝，以提供具有2000厚度的密封剂层34。从第一真空室除去该样品，以及第二孔眼掩模被除去。
用于密封OTFT的性能测试的方法使用，例如，如S.M.Sze，Physics of Semiconductor Devices，page442，John Wiley & Sons，New York，1981中所示的技术，在空气中，在室温下测试晶体管性能。使用半导体参数分析器(来自Hewlett-Packard的Model 4145A，Palo Alto，CA)来获得该结果。对于-40V的恒定源-漏偏压，漏电流(Id)的平方根被绘制为从+10V至-40V的栅-源偏压(Vg)的函数。使用栅介质、沟道宽度和沟道长度的比电容，由曲线的直线部分计算饱和场效应迁移率。该直线部分的x-轴外延作为阈值电压(Vth)。此外，作为Vg的函数绘制的Id产生一曲线，其中沿包含Vt的部分曲线向下绘制直线部分。该线的斜率的倒数是亚阈值斜率(S)。“导通-截止”比率被取作Id-Vg曲线的最小和最大漏电流值之间的差值。
例1根据如上所述的方法制造和性能测试密封的晶体管OTFT1。表1列出超过二十二天的OTFT1的性能特性。
表1
例2-3根据如上所述的方法制造密封晶体管OTFT2和OTFT3，暴露于各种环境，然后性能测试。用以下变化如上所述执行性能测试对于-30V的恒定源-漏偏压(Vd)，漏电流(Id)的平方根被绘制为从+10V至-30V的栅-源偏压(Vg)。在表2中列出了该测试结果。
然后用丙酮洗涤OTFT2约1分钟。然后用氮气吹干OTFT2并再次进行性能测试。在表2中列出了该测试结果。OTFT3被暴露于蒸汽约1分钟，用氮气吹干，然后再次进行性能测试。在表2中也示出了该结果。
表2
对于所属领域的技术人员来说，在不脱离本发明的范围和精神的条件下，本发明的各种改进和改变将是显而易见的。应当理解本发明不打算被在此阐述的说明性实施例和例子过度地限制，以及例如仅仅在本发明的范围内提出这种例子和实施例，本发明的范围仅仅被如下所述的权利要求限制。
权利要求
1.一种用于密封薄膜晶体管的方法，该方法包括以下步骤(a)提供一种包括栅电极、栅介质、源电极和漏电极以及半导体层的薄膜晶体管；以及(b)通过孔眼掩模的图形，在所述半导体层的至少一部分上蒸气淀积密封材料。
2.根据权利要求1的方法，其中所述密封材料在所述半导体层的至少一部分上形成预选图形。
3.根据权利要求1的方法，其中所述密封材料具有所述半导体层的至少10倍的电阻率。
4.根据权利要求1的方法，其中所述密封材料具有所述半导体层的至少100倍的电阻率。
5.根据权利要求1的方法，其中所述密封材料具有至少1×106ohm-cm的电阻率。
6.根据权利要求1的方法，其中所述密封材料是金属氧化物、金属氮化物、硅氧化物、硅氮化物或聚合物。
7.根据权利要求6的方法，其中所述聚合物是聚对二甲苯基。
8.根据权利要求1的方法，其中所述密封材料是透明的。
9.根据权利要求1的方法，其中所述半导体层是有机半导体。
10.根据权利要求9的方法，其中所述有机半导体包括并五苯或替代的并五苯。
11.根据权利要求1的方法，其中所述孔眼掩模是聚合的孔眼掩模。
12.根据权利要求9的方法，其中所述薄膜晶体管还包括在所述介质层和所述半导体层之间插入的表面处理层。
13.根据权利要求1的方法，还包括通过所述孔眼掩模的所述图形在所述密封材料上蒸气淀积金属层的步骤。
14.根据权利要求1的方法，还包括将所述薄膜晶体管互连到至少一个其它薄膜晶体管以形成集成电路的步骤。
15.根据权利要求1的方法，其中所述薄膜晶体管是集成电路的一部分。
16.根据权利要求15的方法，其中所述密封材料覆盖所述集成电路的至少一部分。
17.根据权利要求16的方法，其中所述密封材料至少覆盖所述集成电路的导电线的一部分。
18.一种制造薄膜晶体管的方法，包括以下步骤(a)提供衬底；(b)通过孔眼掩模的图形，在所述衬底上淀积栅电极材料；(c)通过孔眼掩模的图形，在所述栅电极材料上淀积栅介质；(d)通过孔眼掩模的图形，邻近所述栅介质淀积半导体层；(e)通过孔眼掩模的图形，邻接所述半导体层淀积源电极和漏电极；以及(f)通过孔眼掩模的图形在所述半导体层的至少一部分上蒸气淀积密封材料。
19.根据权利要求18的方法，其中所述淀积步骤(b)至(e)的至少一个是在真空下的蒸气淀积步骤。
20.根据权利要求19的方法，其中所述淀积步骤(b)至(e)的所有步骤是在真空下的蒸气淀积步骤。
21.根据权利要求20的方法，其中该方法全部在不中止真空的条件下进行。
22.根据权利要求18的方法，其中按列出的排序执行该步骤。
23.根据权利要求18的方法，其中所述密封材料具有所述半导体层的至少10倍的电阻率。
24.根据权利要求23的方法，其中所述密封材料是透明的。
25.根据权利要求18的方法，其中所述半导体层是有机半导体。
26.根据权利要求25的方法，其中所述有机半导体层包括并五苯或替代的并五苯。
27.根据权利要求18的方法，其中通过形成有淀积孔的图形的单个孔眼掩模淀积所述的栅电极材料、栅介质、半导体层、源电极和漏电极以及密封材料。
28.根据权利要求18的方法，其中通过掩模组的分开孔眼掩模分别淀积所述的栅电极材料、栅介质、半导体层、源电极和漏电极以及密封材料。
29.根据权利要求18的方法，还包括在所述介质层和所述半导体层之间淀积表面处理层的步骤。
30.一种晶体管，包括衬底、栅电极、栅介质、源电极和漏电极、半导体层，以及所述半导体层的至少一部分上的蒸气淀积的密封层。
全文摘要
一种用于密封薄膜晶体管的方法，包括，提供一种包括栅电极、栅介质、源电极和漏电极以及半导体层的薄膜晶体管；以及通过孔眼掩模的图形，在所述半导体层的至少一部分上蒸气淀积密封材料。
文档编号H01L21/336GK1839491SQ200480023862
公开日2006年9月27日 申请日期2004年6月10日 优先权日2003年8月18日
发明者道恩·V·梅雷斯, 托米·W·凯利, 迈克尔·A·阿斯, 保罗·F·博德, 史蒂文·D·泰斯 申请人:3M创新有限公司