CN1744293B - 薄膜晶体管的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种薄膜晶体管的制作方法，所述薄膜晶体管的制作方法是利用压印技术，在模版上以金属或金属氧化物按预定图案制作出不透光凸块，将感光材料涂布在基板，以该模版压印该基板时，提供紫外光固化该感光材料，分离模版与基板后，再利用化学溶液去除该基板上未固化的感光材料；借此，经由具有该不透光凸块的该模版压印并固化定型该感光材料，可形成所需的薄膜晶体管。

Description

薄膜晶体管的制作方法 

技术领域

本发明是有关于一种薄膜晶体管的制作方法，尤其是有关于一种可取代半导体制程的薄膜晶体管的制作方法。

背景技术

一般传统薄膜晶体管的制作方法是利用半导体制程技术来达成，其中包括薄膜、黄光、蚀刻等技术，其制作时间耗费过长、且制作设备费用高昂等问题，常为时人所诟病。

传统半导体制程，必须先利用化学气相沉积(Chemical VaporDeposition，CVD)沉积半导体与绝缘体薄膜、物理气相沉积(PhysicalVapor Deposition，PVD)沉积导体薄膜，再使用黄光制程与蚀刻制程定义图案；如上所述的沉积设备与蚀刻设备均所费不赀。

请参阅图1A至图1D所示的第一习知，是为传统感光压印制程，一透光模版1a凸设有凸块，该凸块亦呈透光，利用该透光模版1a接近该玻璃基版2a时，在其空隙内灌入感光材料3a，经由紫外光曝光固化定型后，再进行干式(dry etching)或湿式(wet etching)蚀刻来去除部分不必要的感光材料3a，借此可形成薄膜晶体管；由于传统感光压印制成的该凸块为透光，是以该感光材料3a是全部曝光成型，额外利用的蚀刻制程除了去除部分不必要的感光材料3a之外，其进一步的意义在于作为光阻并达到图案成型的深度。

请参阅图2所示的第二习知，是为美国专利US 6,518,189号揭露的 奈米转印法(nanoimprint)的流程示意图，不透光模版1b凸设有凸块，该不透光模版1b压印至涂布有热塑性高分子材料3b的基板2b上，由于热塑性高分子材料的特殊性质，须利用加热(摄氏300度以上)和加压使得分子熔融并固化在一起，是以热塑性高分子材料所需要的制程条件须小心搭配使用其压印设备；此外，热塑性高分子材料经冷却成型后仍须再进行蚀刻制程，以保留所需的图案。

图3所示的第三习知，是为美国专利US 5,900,160号揭露的微接触印刷技术(microcontact printing)的流程示意图；涡轮式模具1c以旋转滚压的方式对具有进行压印至具有微粒分子层3c的基板2c上；然此方式缺乏对准(alignment)的稳定度与精确度；此外，模具材料是为聚二甲基硅氧烷(dimethylsiloxane，PDMS)所制成，容易磨耗变形，更进一步影响的图形压印的精确度。

图4A至图4D所示的第四习知，是为美国专利US 6,060,121号揭露的微接触印刷技术的流程示意图，其利用具有凸块的模版1d，该模版1d表面涂覆有印压材料3d，压印涂覆有薄膜4d的基板2d；然此法成型的材料过薄，必然以其它步骤实施他种材质于其上以增加图形厚度。

图5A至图5D所示的第五习知，是为美国专利US 6,380,101号揭露的微接触印刷技术的流程示意图，其利用具有凸块的模版1e，该模版1e表面涂覆有印压材料3e，压印涂覆有薄膜4e的基板2e；其类似第一习知的传统感光压印制程，该印压材料3e亦同样作为光阻以利后续的时刻制程。

图6A至图6D所示的第六习知，是为美国专利US 6,413,587号揭露的微接触印刷技术的流程示意图，其利用具有凸块的模版1f，该模版1f表面涂覆有印压材料3f，压印涂覆有薄膜4f的基板2f；其类似第四习知的微接触印刷技术，成型材料过薄，须实施他种材质于其上以增加图形厚度。

此外，如同第三至第六习知所揭露的接触式印刷，其第一步均须先制作一个高分子材质的印刷铸模，其可以有足够的形变，且在印压后容易与基板分离；然因软性物质具弹性的特性，在模具上的图案受压力的影响于印刷时产生会缺陷(defect)，并影响到印压的精确度；此外，由于高分子本身的化学特性，模具易与非极性有机溶剂(如甲苯、己烷)反应而使体积膨胀，是以制造环境须加强控制。

于是，发明人有感上述缺失，乃潜心研究并配合学理的运用，提出一种设计合理且广泛且有效改善上述缺失的本发明。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种薄膜晶体管的制作方法，是可利用简单步骤达成取代半导体制程，提高制作效率与节省制作费用。

本发明的次一目的，在于提供一种薄膜晶体管的制作方法，是可直接控制图案成型的深度，无须外加蚀刻或其它制程。

为了达成上述目的，本发明是提供一种薄膜晶体管的制作方法，是包括先置备一玻璃基板；涂布制作一层负型感光材料于该玻璃基板上，该负型感光材料为半导体材料、导体材料或绝缘材料；置备一透光模版并按一预定图案(Pattern)设有不透光凸块；下压该透光模版至该玻璃基板；并利用紫外光(UV)曝光固化定型该负型感光材料；及分离该透光模版与该玻璃基板后，提供化学溶液清洗并去除因该不透光凸块遮蔽而未固化定型的该负型感光材料；借此，经由具有该不透光凸块的该透光模版压印并固化定型该半导体材料、导体材料和绝缘材料，可形成所需的薄膜晶体管。

附图说明

图1A至图1D所示的第一习知，是为传统感光压印制程的流程示意图；

图2所示的第二习知，是为美国专利US 6,518,189号揭露的奈米转印法的流程示意图；

图3所示的第三习知，是为美国专利US 5,900,160号揭露的微接触印刷技术的流程示意图；

图4A至图4D所示的第四习知，是为美国专利US6,060,121号揭露的微接触印刷技术的流程示意图；

图5A至图5D所示的第五习知，是为美国专利US6,380,101号揭露的微接触印刷技术的流程示意图；

图6A至图6D所示的第六习知，是为美国专利US6,413,587号揭露的微接触印刷技术的流程示意图；

图7A至图7C所示本发明的较佳实施例，是为薄膜晶体管制作方法的实施示意图；

图8所示本发明的模版的侧视示意图。

符号说明：

透光模版～1a

玻璃基版～2a

感光材料～3a

不透光模版～1b

基板～2b

热塑性高分子材料～3b

涡轮式模具～1c

基板～2c

微粒分子层～3c

模版～1d

基板～2d

印压材料～3d

薄膜～4d

模版～1e

基板～2e

印压材料～3e

薄膜～4e

模版～1f

基板～2f

印压材料～3f

薄膜～4f

透光模版～1

不透光凸块～11

玻璃基板～2

负型感光材料～3

紫外光(UV)～4

附着层～5

脱膜层～6

具体实施方式

为了使贵审查委员能更进一步了解本发明特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图所示，然而所附图所示式仅提供参阅与说明用，并非用来对本发明加以限制。

本发明在透光模版上制作不透光凸块，进而压制涂覆有负型感光材料的基板上，该不透光凸块可遮蔽部分感光材料，避免因照射紫外光而固化，再利用化学溶液清洗去除未固化的感光材料，达成不必额外使用蚀 刻或其它制成，即可直接完成该基板上的图形定义，且可直接定义出图形深度。本发明是可搭配不同性质的感光材料应用在薄膜晶体管的各层结构上，如半导体材料用来作为半导体层，如active layer、ohmiccontact layer等；导电材料作为导线或电极层，如gate electrode、source and drain electrode、contact pad、capacitance electrode、circuit line等；以及绝缘材料作为隔离之用，如insulator layer、dielectric layer、passivation layer等。其明显较半导体制程的繁复过程，有简单而快速的制造流程，也节省半导体设备的支出。

请参阅图7A至图7C，是为一种薄膜晶体管制作方法的实施示意图，其包括：如图7A，先置备一玻璃基板2；旋转涂布(Spin Coating)制作一层负型感光材料3于该玻璃基板2上；置备一透光模版1并按一预定图案(Pattern)设有不透光凸块11。如图7B，水平下压该透光模版1至该玻璃基板2，施予该负型感光材料3的均匀压力，可控制该透光模版1下压该负型感光材料3至一预定深度，且该负型感光材料3会流动填满该透光模版1与该玻璃基板2之间的空间；并利用紫外光(UV)4曝光固化定型该负型感光材料3，此时该不透光凸块11是可遮蔽其下的该负型感光材料3，避免因照射紫外光4而固化。图7C，分离该透光模版1与该玻璃基板2后，提供特定的化学溶液清洗并去除因该不透光凸块11遮蔽而未固化定型的该负型感光材料3，完成该玻璃基板2上的图案化的过程；借此，经由具有该不透光凸块11的该透光模版1压印并固化定型该负型感光材料3，可搭配不同性质的感光材料(如半导体材料、导体材料或绝缘材料)应用在薄膜晶体管的各层结构上，以形成所需的薄膜晶体管。

该透光模版1是为透光材料所制成，如玻璃(glass)或石英(quartz)，其制作的该不透光凸块11是可为金属等不透光材料制作而成，如铬(Cr)、钼(Mo)或钨(W)，该不透光凸块11的制作高度是略低于制程要求高度。

该透光模版1的制作是利用半导体制程清洗，再利用物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术镀上一层附着层5(如金属氧化物)后再镀上该不透光凸块11(如金属薄膜)，请参阅图8，该附着层5是位于该不透光凸块11与该透光模版1之间，其热膨胀系数(coefficient of thermal expansion)是介于该不透光凸块11与该透光模版1之间，该附着层5是为由该不透光凸块11的金属材料形成的金属氧化物材料所制成。较佳实施态样如使用铬时，先镀上一层氧化铬，其厚度小于500埃 再镀上铬，铬的实际厚度要略小于之后压印预期的图形高度，其差值与后续压力和材料黏度有关，其中较恰当的差值约在10％以内。当金属薄膜镀完后，再利用黄光与蚀刻(电浆蚀刻、湿式蚀刻、E-beam光刻或Laser书写等)制程将图形定义出来，再均匀镀上透明材料(如铁氟龙(Teflon))，铁氟龙材料对于压印材料具有相斥效果(de-wetting)，此层称之为脱膜层6(de-wetting layer)。

在下压透光模版之前是以一感光元件对准该透光模版1与该玻璃基板2，该感光元件是可以为感光耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)或互补性氧化金属半导体元件(Complementary Metal-OxideSemiconductor，CMOS)。

本发明的薄膜晶体管的制作方法及其结构是具有下列优点：

1、本发明较半导体制程的繁复过程，有简单而快速的制造流程，也节省半导体设备的支出。

2、本发明可直接控制图形深度无须额外步骤，借以降低成本。

3、本发明是可取代全部或部分的半导体制程制作薄膜晶体管的各层结构，按需求制作并降低成本。

4、本发明是提供耐用的金属凸块压印，不易变形，是以图形印制的精确度与稳定度均较习知为高。

Claims (11)

1.一种薄膜晶体管的制作方法，所述薄膜晶体管的制作方法是包括：

置备一玻璃基板；

涂布制作一层负型感光材料于该玻璃基板上，该负型感光材料为半导体材料、导体材料或绝缘材料；

置备一透光模版，该透光模版是按一预定图案布设有不透光凸块；

下压该透光模版至该玻璃基板；

利用紫外光曝光固化定型该负型感光材料；

分离该透光模版与该玻璃基板，提供化学溶液清洗并去除因该不透光凸块遮蔽而未固化定型的该负型感光材料；

借此，经由具有该不透光凸块的该透光模版压印并固化定型该半导体材料、导体材料和绝缘材料，可形成所需的薄膜晶体管。

2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管的制作方法，是包括：以旋转涂布制作该层负型感光材料。

3.根据权利要求1所述的薄膜晶体管的制作方法，其中该透光模版是压迫该负型感光材料有一预定深度。

4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管的制作方法，其中该透光模版为玻璃或石英，该不透光凸块为金属材料。

5.根据权利要求4所述的薄膜晶体管的制作方法，是包括：设置一附着层于该不透光凸块与该透光模版之间，该附着层的热膨胀系数是介于该不透光凸块与该透光模版之间。

6.根据权利要求5所述的薄膜晶体管的制作方法，其中该附着层是由该金属材料形成的金属氧化物材料所制成。

7.根据权利要求6所述的薄膜晶体管的制作方法，其中该金属材料为铬、钼或钨，该金属氧化物材料为铬、钼或钨所形成的氧化物。

8.根据权利要求4所述的薄膜晶体管的制作方法，是包括：镀上一层与该负型感光材料有相斥性的脱膜层于该金属材料之上。

9.根据权利要求8所述的薄膜晶体管的制作方法，其中该脱膜层为铁氟龙。

10.根据权利要求1所述的薄膜晶体管的制作方法，是包括：在下压透光模版之前是以一感光元件对准该透光模版与该玻璃基板。

11.根据权利要求10所述的薄膜晶体管的制作方法，其中该感光元件为感光耦合元件或互补性氧化金属半导体元件。

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