BR0304104B1 - Método de modelar um substrato e método de mascarar um substrato - Google Patents

Método de modelar um substrato e método de mascarar um substrato Download PDF

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Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DE MODELAR UM SUBSTRATO E MÉTODO DE MASCARAR UM SUBS- TRATO".
Fundamentos Nos últimos anos, o uso cada vez mais difundido de dispositivos monitores como alternativas para o tubo de raios catódicos (CRT) tem au- mentado a demanda de arranjos eletrônicos de grande área. Em particular, os monitores de cristal líquido de silício amorfo e de polissilício recristalizado a laser são comumente usados em computadores portáteis ("lap-top"). En- tretanto, a fabricação de tais arranjos de grande área é dispendiosa. Uma grande parte do custo de fabricação dos arranjos de grande área decorre do processo fotolitográfico usado para modelar o arranjo. A fim de evitar tais processos fotolitográficos, as técnicas de marcação direta têm sido conside- radas alternativas para a fotolitografia.
Exemplos de técnicas de marcação direta usadas em substitui- ção à fotolitografia incluem a utilização de um processo fotoeletrostático para depositar um toner que atua como uma máscara de gravação ("etch mask"), e que usa um cabeçote de impressão a jato de tinta para depositar uma máscara líquida. Ambas as técnicas possuem problemas correspondentes.
Os materiais baseados em toner são difíceis de controlar e difíceis de remo- ver após a deposição. O emprego de líquidos aplicados por jato de tinta para escrever diretamente máscaras de gravação é uma alternativa prática para toner im- presso, embora a impressão a jato também apresente complexidades ine- rentes. O controle dos tamanhos de traço de máscaras de líquido impressas é difícil porque o líquido se espalha na superfície após a deposição. Por exemplo, quando são depositadas gotas de líquido sobre uma superfície, a configuração de gotícula é em grande parte determinada por suas proprie- dades de umectação. Tipicamente, pequenos ângulos de umectação ou de contato (o ângulo formado pelo bordo de uma gotícula e a superfície de substrato) são necessários para proporcionar uma boa adesão a uma super- fície, mas esta condição permite que o líquido se espalhe e forme traços re- lativamente grandes. Por outro lado, se o líquido não molha a superfície de- vido a uma energia de superfície elevada, então se forma um ângulo de contato grande, o que permite a produção de traços de gotas pequenos. No entanto, estas gotículas impressas podem aderir mal. Nenhuma das situa- ções é desejável no processamento de semicondutores - as gotículas de ân- gulo de contato pequeno aumentam o tamanho de traço, enquanto as gotí- culas de ângulo de contato grande produzem uma modelagem pouco confiá- vel.
Cabeçotes de impressão a jato de tinta piezelétricos especiais permitem a geração de volumes baixos de gotícula. Pequenos traços im- pressos têm sido obtidos usando cabeçote de impressão a jato de tinta con- forme descrito no artigo de W. S. Wong et al. intitulado "Amorphous Silicon thin-film transistors and arrays fabricated by jet printing" (Transistores e ar- ranjos de película fina de silício amorfo fabricados por impressão a jato), pu- blicado em Appl. Phys. Lett., 80, 610 (2002). Na referência descrita, másca- ras para ataque químico de cera modeladas por impressão a jato de tinta são usadas para produzir tamanhos de traço da ordem de 20-40 pm com re- gistro de camada dentro de uns poucos micrometros. Entretanto, mesmo com estes cabeçotes de impressão, os tamanhos pequenos de traço críticos na fabricação de arranjos microeletrônicos de grande área têm sido difíceis de obter. Com o emprego de um traço impresso a jato como uma máscara para ataque químico, o tamanho mínimo de traço ficou limitado pela menor gotícula de todas, tipicamente na faixa de 20 pm.
Conseqüentemente, faz-se necessário um método de formar tra- ços menores usando técnicas de impressão pouco dispendiosas.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Trata a presente invenção, de um modo geral, do campo de pro- cessamento de dispositivo. Em particular, a invenção refere-se a um método e aparelho para fabricar dispositivos de traços pequenos usando materiais provenientes de soluções orgânicas aquosas ou não-aquosas.
Na invenção, um procedimento de impressão marca ou imprime uma camada protetora num modelo ou padrão em regiões de um substrato para definir áreas expostas e cobertas na superfície. As áreas expostas de substrato são tratadas para provocar a formação de traço nas regiões ex- postas. Numa modalidade da invenção, o tratamento de substrato altera as características de superfície das regiões expostas. A camada modelada é, em seguida, removida e o substrato é revestido de tal maneira que um mate- rial de interesse adere apenas às regiões com as características de superfí- cie alteradas.
Numa segunda modalidade, a camada modelada protetora im- pressa cobre uma superfície pré-tratada. As áreas da superfície não-protegi- das pela camada modelada protetora são, em seguida, tratadas de novo para remover ou modificar a superfície pré-tratada. A camada modelada pro- tetora é subseqüentemente removida, e uma nova camada é depositada pa- ra formar traços desejáveis. A nova camada adere apenas às áreas da su- perfície que originalmente estavam desprotegidas pela camada modelada protetora. O tamanho mínimo de traço da região modelada não é crítico, já que o traço de interesse é definido por aberturas na região modelada ou pelo espaçamento entre regiões modeladas adjacentes.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Uma apreciação mais completa da invenção pode ser pronta- mente efetuada com referência à descrição detalhada e aos desenhos ane- xos. A figura 1 mostra uma realização de um sistema de fonte de go- tículas usado para ejetar um material de mudança de fase sobre um substra- to. A figura 2 mostra uma fonte de ondas acústicas que podem ser usadas para ejetar gotículas no sistema de fonte de gotículas da figura 1. A figura 3 mostra uma vista de topo de um substrato em diversos estágios num processo para formar traços finos. A figura 4 é um fluxograma que descreve as operações usadas para fabricar traços finos. A figura 5 mostra uma vista de topo de um substrato passando por uma modelagem de impressão por imersão para formar traços finos. A figura 6 é um fluxograma que descreve um método de formar um transistor de película fina de semicondutor amorfo, usando uma modali- dade da invenção. A figura 7 mostra uma vista lateral da formação de um transistor de película fina de semicondutor amorfo em diversos estágios de fabricação. A figura 8 é um fluxograma que descreve um método de formar um transistor de película fina de semicondutor polimérico. A figura 9 é uma vista de topo de um substrato semicondutor em diversos estágios de formação de um semicondutor polimérico revestido por imersão.
DESCRICÃO DETALHADA
Na descrição detalhada que se segue, serão apresentados um método e um sistema para formar dispositivos de traço fino num substrato usando modelos impressos. O sistema criará um modelo, usando uma im- pressora para ejetar, de forma controlável, gotículas individuais para formar uma camada ou revestimento protetor modelado sobre regiões do substrato para definir um contorno de um traço. As regiões que, num dado momento, não estavam cobertas por uma camada protetora serão submetidas à depo- sição (ou remoção) de materiais usados para formar diversos traços. Conse- quentemente, o tamanho de traço não será limitado pelo tamanho de gotícu- la, porém, em vez disto, pela maneira na qual gotículas proximamente espa- çadas podem ser posicionadas juntas sem se combinarem para formar uma única gotícula. Será descrito também um sistema para controlar rigorosa- mente os limites da gotícula e minimizar uma possível coalescência de gotí- culas justapostas. A figura 1 mostra um sistema 100 que inclui uma fonte de calor 104 que aquece um reservatório 108 de material típico de mudança de fase até uma temperatura suficiente para manter o material num estado líquido.
Numa modalidade da invenção, a temperatura do reservatório é mantida aci- ma de 100 graus centígrados e, em determinadas modalidades, a tempera- turas acima de 140 graus centígrados, uma temperatura suficiente para li- quefazer a maiores dos orgânicos de mudança de fase. 0 material de mudança de fase pode ser um meio orgânico que derrete a temperaturas baixas. Outras características vantajosas do material de mudança de fase incluem o fato do material modelador não reagir com materiais orgânicos e inorgânicos usados no processamento de materiais semicondutores típicos, e do material de mudança de fase possuir uma alta seletividade a agentes de gravação. Uma modalidade alternativa da inven- ção pode incluir também um material suspenso num líquido. Quando é usa- da a suspensão de líquido, o material de substrato é mantido acima do ponto de fusão do líquido, e, após a deposição do material de modelagem, o veí- culo líquido se evapora ao contactar a superfície de substrato. Quando é usada evaporação, o processo de mudança de fase é dirigido de líquido para vapor, em vez de líquido para sólido.
Uma outra característica vantajosa do material de modelagem de mudança de fase é que o modelo resultante deve ser suficientemente ro- busto para suportar processos de gravação por química-úmida ou a seco.
Quando é usado um processo de ataque químico a seco, podem ser usados materiais de modelagem de mudança de fase com pressões de vapor bai- xas. Cera é um exemplo de um material de mudança de fase com as carac- terísticas descritas anteriormente. Ceras baseadas em Kemamide 180 da Xerox Corporation, de Stamford, Connecticut, representam um exemplo de uma cera adequada para emprego como um material de modelagem de mu- dança de fase.
Uma pluralidade de fontes de gotículas, tal como uma fonte de gotículas 112, recebe o material líquido de marcação de mudança de fase a partir de um reservatório 108, e emite gotículas 116 para deposição sobre um substrato 120. O substrato é tipicamente uma película fina de material semicondutor, ou um metal de película fina, tal como o alumínio. O substrato é mantido a uma temperatura tal que a gotícula resfrie rapidamente após a deposição. Em algumas modalidades da invenção, um agente umectante, ti- picamente um material dielétrico, tal como dióxido de silício, S1O2 ou nitreto de silício, SÍ3N4 pode ser incluído na superfície para melhorar a umectação, deste modo assegurando que ocorra umectação suficiente para formar um bom contato entre o modelo e o substrato. A temperatura do sistema é man- tida de tal modo que a taxa de resfriamento seja suficiente para controlar o comportamento da gotícula após contactar o substrato 120, apesar das pro- priedades de umectação intensificadas da superfície a ser atacada.
Quando há necessidade de uma maior coalescência entre gotí- culas adjacentes, a temperatura de substrato pode ser aumentada para au- mentar a dispersão de gotículas e portanto aumentar a coalescência. Na im- pressão de linhas de cera baseada em Kemamide a partir de uma impresso- ra a jato de tinta acústica, verificou-se que o aumento da temperatura de substrato de 30 graus para 40 graus centígrados melhora a qualidade de im- pressão do modelo. No caso de ceras baseadas em Kemamide, verificou-se que são obtidos excelentes resultados quando a superfície é mantida a 40 graus centígrados, que é cerca de 20 graus centígrados a menos que o pon- to de congelamento da cera. A 40 graus centígrados, a temperatura do subs- trato ainda é suficientemente baixa para que a gotícula "congele" rapidamen- te ao contactar o substrato 120. A fim de minimizar a possibilidade de congelamento parcial no ar de gotículas num espaço 121 entre a fonte de gotículas 112 e o substrato 120, pode ser aplicado um campo elétrico 122 para acelerar a gotícula da fonte de gotículas 112 para o substrato 120. O campo elétrico pode ser gera- do pela aplicação de uma tensão, tipicamente entre um e três quilovolts, en- tre a fonte de gotículas 112 e um eletrodo ou placa de prensa 122 sob o substrato 120. O campo elétrico minimiza o tempo de deslocamento de gotí- cula através do espaço 121, e permite que a temperatura na superfície de substrato seja o fator principal que controla a operação de mudança de fase.
Além disto, a maior velocidade de gotícula no espaço 121 melhora a capaci- dade de direcionamento da gotícula, permitindo melhores traços em linha re- ta.
Após uma gotícula de material de marcação ser depositado so- bre o substrato 120, as posições relativas do substrato e da fonte de gotícu- las são ajustadas para recolocar a fonte de gotículas sobre a segunda posi- ção a ser modelada. A operação de reposicionamento pode ser obtida seja movendo a fonte de gotículas 112 ou movendo o substrato 120. Na modali- dade ilustrada, um circuito de controle 124 move a fonte de gotículas 112, segundo um modelo predeterminado, sobre o substrato 120. Um circuito aci- onador 128 fornece energia para a fonte de gotículas 112, causando a eje- ção de gotículas quando a fonte de gotículas 112 está colocada sobre uma região de substrato 120 a ser modelada. Mediante a coordenação do movi- mento da fonte de gotículas 112, com a sincronização de saídas de fonte de gotículas, pode ser "impresso" um modelo sobre o substrato.
Enquanto cada gota é impressa, pode ser usado um sistema de realimentação para assegurar gotículas de tamanho apropriado. Um sistema formador de imagem, tal como uma câmera 122, pode ser usado para mo- nitorar o tamanho de gotícula. Para imprimir traços menores, ou quando o tamanho de gotícula é, de alguma outra maneira, reduzido, um circuito de controle de temperatura 123 baixa a temperatura de uma superfície de subs- trato 120. A temperatura menor aumenta a taxa de esfriamento brusco, re- sultando em solidificação rápida do material de modelagem de mudança de fase pelo contato com o substrato 120. Quando são necessárias gotículas maiores, usualmente para fundir gotículas em traços maiores, o circuito de controle de temperatura 123 eleva a temperatura do substrato 120. Numa modalidade da invenção, o circuito de controle de temperatura 123 inclui um elemento aquecedor acoplado termicamente ao substrato 120 de modo a mi- nimizar o aquecimento ambiental dos meios em volta do substrato.
Numa modalidade da invenção, o material de mudança de fase é um sólido a temperaturas abaixo de aproximadamente 60 graus centígrados, Em tais modalidades, pode não ser necessário esfriar o substrato abaixo da temperatura ambiente porque, conforme mencionado acima, uma gotícula suficientemente pequena esfria rapidamente quando um diferencial de tem- peratura de 20 graus é mantido entre o ponto de congelamento do material de mudança de fase e a temperatura do substrato. Nestes casos, o circuito de controle de temperatura pode ser simplesmente um sensor e um aquece- dor que eleva o substrato um pouco acima da temperatura ambiente para imprimir tamanhos de traço maiores. A fim de controlar e alinhar o movimento da fonte de gotículas 112, marcas de alinhamento impressas, tais como uma marca 113, modela- da a partir de uma camada modelada anterior, podem ser usadas para coor- denar a camada sobrejacente seguinte. Um sistema de processamento de imagem, tal como a câmera previamente descrita, pode ser usado para capturar a orientação da camada modelada anterior. Um sistema de proces- samento então ajusta a posição da camada modelada sobrejacente alteran- do o arquivo de imagem de modelo antes da impressão propriamente dita da camada modelo. Desta maneira, o substrato permanece fixo e o movimento mecânico do prendedor de substrato é desnecessário. Em vez disto, ajuste de posicionamento é realizado no software e traduzido em movimentos da fonte de gotículas 112.
Cada fonte de gotículas pode ser implementada usando uma va- riedade de tecnologias, inclusive tecnologia de jato de tinta tradicional. Uma tecnologia alternativa bem adequada para gerar tamanhos de gotícula extre- mamente pequenos consiste no emprego de ondas sonoras para provocar a ejeção de gotículas de material de modelagem, conforme realizado em siste- mas de impressão de tinta acústicos. A figura 2 mostra uma modalidade de uma fonte de gotículas acústica 200 implementada com emprego de tecnolo- gia de impressão de tinta acústica.
Na figura 2, uma fonte de ondas acústicas, tal como um aciona- dor piezelétrico 204, gera ondas acústicas 208 num reservatório 212 de ma- terial de modelagem de mudança de fase. Uma lente acústica 216 focaliza as ondas acústicas de tal modo que uma gotícula de material de modelagem de mudança de fase é ejetada da superfície do reservatório 212. A gotícula é depositada sobre o substrato 120 da figura 1. A figura 3 mostra uma vista de topo em vários estágios de um processo para formar traços finos, e a figura 4 é um fluxograma que descre- ve as operações usadas para fabricar os traços finos. Conforme aqui empre- gada, a expressão traços finos indica traços que possuem uma largura ou comprimento tipicamente menor que 50 micrometros. Inicialmente, é provido um substrato 300 conforme descrito no bloco 404. Exemplos de superfícies de substrato típicas incluem uma superfície de película fina, tal como uma camada epitaxial, suportada por vidro ou um polímero, tal como tereftalato de polietileno. Quando estão sendo formados transistores de película fina, os materiais de substrato comuns incluem óxido de ouro ou silício. Tipicamente, o substrato é facilmente umectável por líquidos polares, de tal modo que o ângulo de contato dos líquidos no substrato forma ângulos de contato pe- quenos, tipicamente de menos de 90 graus. Uma superfície umectável hidro- fílica permite que gotículas de líquido sejam rapidamente absorvidas no substrato.
Um aparelho de impressão, tal como o aparelho de impressão da figura 1, ejeta gotículas de um material protetor num modelo sobre o substrato no bloco 408, resultando numa camada protetora modelada 304 sobre o substrato 300. O material protetor pode ser produzido de uma varie- dade de materiais, tipicamente materiais que se solidificam razoavelmente cedo após contato para minimizar a absorção no substrato. O material prote- tor pode ser depositado usando uma variedade de técnicas. Um método de deposição está descrito nos pedidos de patente depositados de série N9 09/838.685, intitulado "APPARATUS FOR PRINTING ETCH MASKS USING PHASE-CHANGE MATERIALS11, e de série N9 09/838.684, intitulado "ME- THOD FOR PRINTING ETCH MASKS USING PHASE-CHANGE MATERI- ALS". O material protetor que se solidifica rapidamente pode ser produzido de diversos compostos diferentes. Um exemplo de um material protetor ade- quado é o composto de cera descrito anteriormente, tal como a cera basea- da em Kemamide 180 da Xerox Corporation, de Stamford, Connecticut,. O modelo depositado inclui aberturas 308 na camada protetora que definem traços a serem produzidos. As dimensões mínimas das abertu- ras na camada protetora 304 definem a resolução dos traços a serem produ- zidos.
Após a deposição do modelo, é aplicado um tratamento superfi- cial às partes expostas do substrato (partes do substrato não cobertas pelo modelo), inclusive as aberturas, conforme descrito no bloco 412 da figura 4.
Numa modalidade do tratamento superficial, as regiões expostas do substra- to ficam expostas a um aglutinante, a um agente tensoativo ou a outro tra- tamento químico para diferenciar, das áreas modeladas, a superfície exposta do substrato. Um método de diferenciar se baseia no fato de que o tratamen- to químico muda a capacidade de umectação do substrato, de modo que, quando era formado um modelo protetor positivo, se o substrato originalmen- te for hidrofílico, as regiões expostas serão hidrofóbicas. Em modalidades al- ternativas, um substrato originalmente hidrofóbico pode ser convertido para um substrato hidrofílico nas regiões expostas.
Após o tratamento superficial, o modelo de camada protetora po- de ser removido conforme descrito no bloco 416. A remoção do modelo pode ser efetuada por meio de uma variedade de técnicas, inclusive usando sol- ventes orgânicos, tais como tetraidrofurano (THF). Após a remoção do mo- delo, o substrato é revestido de um material de interesse o qual, de preferên- cia, adere a áreas anteriormente modeladas ou não-modeladas, dependen- do do tratamento superficial, conforme descrito no bloco 420. Um negativo do modelo impresso é formado quando o material de interesse adere, de preferência, a áreas previamente não-modeladas. Um positivo do modelo im- presso é formado quando o material de interesse adere, de preferência, a áreas previamente modeladas. Os modelos negativos permitem a formação de traços pequenos, por exemplo, um traço de linha fina, que possui um ta- manho de traço menor que o tamanho de ponto mínimo de uma gotícula de cera submetida a jato de tinta, pode ser criado entre linhas adjacentes num modelo impresso.
Numa modalidade alternativa da invenção, o tratamento superfi- cial pode envolver deposição direta de um material de interesse sobre o substrato modelado. Por exemplo, uma camada de película fina 312 pode ser formada para aderir a partes não-modeladas ou expostas do substrato.
Uma tal camada de película fina pode ser depositada usando técnicas de im- pressão, deposição convencional ou processos de revestimento. Quando é usada uma solução de um material num solvente polar, o modelo protetor atua como uma superfície não-umectante a fim de evitar a cobertura de regi- ões protegidas, permitindo cobertura apenas do substrato umectável exposto nas aberturas da camada protetora. Um exemplo de um polímero condutor numa mistura aquosa é Baytron B, fabricado pela Bayer Corporation (de Píttsburgh, PA), que pode ser aplicado à superfície usando uma aplicação "spin-on". Métodos alternativos de exposição a uma solução polar podem in- cluir impressão atravessante ou imersão numa solução em banho. Após a aplicação da película fina, o modelo protetor pode ser removido, deixando a película fina cobrir apenas as áreas que eram anteriormente aberturas na camada protetora.
As operações acima podem ser repetidas em diversas combina- ções para eventualmente formar uma estrutura semicondutora de múltiplas camadas. Os materiais usados para formar uma camada de película fina 312 não são necessariamente dissolvidos numa solução aquosa. Em certos ca- sos, a hidrofobia do material de modelagem impede umectação suficiente das regiões expostas. Nestes casos, podem ser usados solventes para auxi- liar a umectação das regiões expostas ou, alternativamente, podem ser adi- cionados agentes tensoativos a soluções aquosas para melhorar as caracte- rísticas de umectação. Numa modalidade alternativa, tanto as áreas mode- ladas como as expostas podem ser revestidas simultaneamente, seguindo- se um processo de remoção por levantamento (‘lift-off") que retira a cera e define as regiões expostas. A figura 5 mostra uma série de vistas de topo de um substrato submetido à modelagem de impressão-imersão para formar traços finos. A modelagem de impressão-imersão mostrada na figura 5 é um exemplo es- pecífico dos métodos gerais mostrados nas figuras 3 e 4 e descritos no texto anexo. Em particular, o método descrito na figura 5 mostra um método de obter um substrato hidrofóbico através de um revestimento de película fina e um tratamento superficial de limpeza de plasma para obter uma região não- modelada hidrofílica e uma região modelada hidrofóbica.
Na primeira estrutura 500 da figura 5, um substrato hidrofílico é revestido com uma película fina, tal como uma película polimérica fina ou uma monocamada. Um exemplo de um material de revestimento típico é o octadeciltriclorossilano, também conhecido com OTS. Um outro exemplo de uma camada de revestimento é o triclorossilano. Outros compostos orgâni- cos, tipicamente triciclinas, também podem ser usados como um material de revestimento. A fim de manter uniformidade pela superfície de revestimento e minimizar o tempo de processamento, a camada tipicamente é mantida fi- na, com menos de 10 nanômetros de espessura. Revestimentos mais es- pessos podem também ser usados caso o tempo de deposição não seja um fator importante no processo global de fabricação. O substrato revestido apresenta uma superfície hidrofóbica, conforme mostrado na imagem do substrato revestido 504.
Um modelo protetor 512 é impresso sobre o substrato revestido para resultar numa superfície modelada impressa 508.0 modelo tipicamente é uma máscara de cera, tal como uma cera baseada em Kemamide. Embora a largura típica de cada linha impressa 516 possa ser de 50 micrometros, o espaçamento 520 entre linhas adjacentes pode ser controlado até 5 micro- metros. Numa implementação, um cabeçote de impressão Tektronix Piezo- electric, com um estágio de translação x-y e uma resolução de 100 nm, foi usado para depositar o modelo. O revestimento hidrofóbico é removido de regiões desprotegidas pelo modelo protetor, resultando numa estrutura 524. Um processo tal como tratamento de plasma ou um oxidante químico pode ser usado para remover o revestimento hidrofóbico. A remoção do revestimento hidrofóbico expõe o substrato hidrofílico subjacente em regiões 528 não-protegidas pelo modelo 512. Subseqüentemente, o próprio modelo 512 é removido. A remoção do modelo 512 resulta numa estrutura 532 onde as regiões anteriormente mo- deladas 536 são hidrofóbicas, e as regiões não-modeladas 540 são hidrofíli- cas.
Finalmente, um material de interesse pode ser depositado sobre a estrutura 532 de tal modo que o material de interesse adira apenas às re- giões não-modeladas 540, produzindo a estrutura 544. Uma tal deposição pode ocorrer revestindo por imersão a estrutura 532 numa solução que con- tém o material de interesse, tal como semicondutores orgânicos poliméricos ou inorgânicos coloidais, e condutores orgânicos poliméricos ou inorgânicos coloidais.
Os métodos descritos permitem que coberturas de camadas subseqüentes formem dispositivos que possuem tamanhos de traço inferio- res a 5 micrometros usando modelos impressos. O espaçamento entre pon- tos impressos, em vez dos próprios pontos impressos, define o tamanho de traço, tornando possível a formação de traços relativamente pequenos, mes- mo usando tamanhos de ponto maiores. No entanto, o emprego de pontos maiores não reduz a necessidade de controle rigoroso sobre os limites de ponto de impressão, Um método de controlar rigorosamente os limites de ponto de impressão consiste em imprimir usando um material de mudança de fase e controlar cuidadosamente a temperatura do substrato sobre o qual é depositado o material de mudança de fase. A temperatura é mantida de modo que, enquanto a fonte de gotículas deposita gotículas de material mo- delador de mudança sobre a superfície do substrato, as gotículas permane- cem num estado líquido por apenas um período de tempo muito curto. Con- forme mencionado anteriormente, isto pode ser obtido mantendo a tempera- tura do substrato abaixo do ponto de congelamento do material modelador de mudança de fase.
Uma aplicação do procedimento de tratamento superficial e mo- delagem descrito consiste em formar traços finos para fabricar um transistor de película fina de silício amorfo (TFT). A figura 6 é um fluxograma que mos- tra operações típicas para formar um TFT exemplificativo, enquanto a figura 7 mostra vistas em seção transversal do TFT em diversos estágios no pro- cesso de fabricação. No bloco 604, uma camada condutora 704, tal como de prata, ouro ou paládio, que forma subseqüentemente o eletrodo de porta in- ferior do TFT, é depositada sobre um substrato transparente 708, tal como vidro ou quartzo.
No bloco 608, uma primeira camada protetora modelada é im- pressa sobre a camada condutora. A camada protetora tipicamente é uma cera 712 que é depositada usando um processo de impressão a jato de tinta. O espaçamento 716 entre regiões mascaradas adjacentes define um traço fino a ser fabricado.
No bloco 612, é aplicado um tratamento superficial à estrutura de TFT. Os tratamentos superficiais típicos incluem exposição da superfície a OTS, ou uma monocamada automontada. A monocamada automontada 720 forma uma camada de máscara para o eletrodo de porta. Embora o ouro e o paládio sejam tipicamente associados à formação de monocamada, me- tais de eletrodo de porta mais convencionais, tal como o cromo, podem tam- bém ser usados com uma monocamada automontada compatível.
No bloco 616, a camada protetora impressa é removida, deixan- do o tratamento superficial, tipicamente uma monocamada automontada, co- mo o elemento de mascarar. As regiões de substrato transparente não prote- gido pelo tratamento superficial são submetidas a ataque químico no bloco 620, deixando atrás apenas um eletrodo de porta 724 que permanece sobre o substrato 708, conforme mostra a figura 7. Após a formação do eletrodo de porta, uma pilha de transistores de película fina 726 é formada sobre o ele- trodo de porta 724. No bloco 624, uma camada dielétrica inferior 728, tal co- mo de nitreto de silício ou dióxido de silício, é depositada sobre o eletrodo de porta. Uma camada de silício amorfo 732 é depositada sobre a camada die- létrica inferior 728 no bloco 628. Finalmente, no bloco 632, uma camada di- elétrica superior 736, tal como de nitreto de silício ou dióxido de silício, é de- positada sobre a camada de silício amorfo 732 a fim de completar a pilha de transistores de película fina. As espessuras típicas das camadas de eletrodo de porta, dielétrica inferior, de silício amorfo e dielétrica superior são de 100 nm, 300 nm, 50 nm e 200 nm, respectivamente. O processo de modelagem descrito pode ser repetido em camadas depositadas subsequentemente, compostas por camadas dielétrica inferior, semicondutora e dielétrica supe- rior por toda a superfície de substrato, para formar múltiplos TFTs.
Uma segunda máscara para ataque químico de traço 740 (deno- minada máscara de ilha) é depositada sobre a camada dielétrica superior no bloco 636 para formar a pilha de área ativa de transistor, também chamada de estrutura de ilha. A pilha de dielétrico e semicondutor é gravada no bloco 640 e o modelo impresso é removido para definir os traços de ilha e as áreas ativas de dispositivo. Uma camada de máscara fotossensível, tal como um fotorresistor 740 é, em seguida, depositada sobre a superfície de substrato no bloco 644. No bloco 648, a camada de máscara é definida por exposição do fotorresistor 740 à luz ultravioleta através do lado de trás do substrato transparente 708. O eletrodo de porta inferior opaco 724 serve de máscara para a luz ultravioleta que atinge o fotorresistor. Conseqüentemente, os tra- ços de máscara são automaticamente auto-alinhados aos eletrodos de porta inferiores 724 que formam uma região de fonte/dreno auto-alinhada sobre a área de ilha.
Uma segunda camada condutora, tal como: camadas triplas de ouro/titânio-tungstênio ou paládio/titânio-tungstênio, é depositada no bloco 652 para formar um metal de contato fonte/dreno 744. A espessura típica do metal de contato fonte/dreno é de 100-200 nm; enquanto a espessura típica da camada de adesivo (titânio/tungstênio) é de 5-10 nm. Uma segunda ca- mada modelo 748 é impressa sobre a segunda camada condutora 744. Nu- ma modalidade da invenção, a camada modelo 748 é impressa de maneira a definir traços finos pelas aberturas na camada modelo 748. A segunda su- perfície condutora é tratada com um tratamento superficial tal como OTS ou uma monocamada automontada no bloco 656. No bloco 660, a segunda ca- mada modelo 748 é removida deixando para trás o tratamento superficial que define os traços finos. A segunda camada condutora é, em seguida, submetida a ataque químico com o tratamento superficial atuando como uma máscara para criar os traços finos no bloco 664. Outros metais de contato fonte/dreno, tais como camadas triplas de alumínio, cromo, alumínio/titânio- tungstênio ou camadas triplas de cromo/titânio-tungstênio podem ser usadas com a monocamada automontada apropriada para completar a estrutura fi- nal.
Uma outra aplicação específica de usar o processo de modela- gem e tratamento superficial descrito consiste em formar um transistor de película fina poliméricosemicondutor. A figura 8 é um fluxograma que mostra as operações usadas para formar um tal transistor. A figura 9 mostra vistas de topo do transistor de película fina poliméricosemicondutor (TFT) em vári- os estágios de fabricação onde o dreno, fonte e porta do TFT são formados.
No bloco 804, uma camada condutora 904, tal como de ouro ou paládio, é depositada sobre um substrato, tal como de silício, vidro, quartzo ou um ma- terial flexível baseado em polimérico. Uma camada de máscara de gravação modelada 908 é impressa sobre a camada condutora para definir traços de eletrodo de porta inferior no bloco 808. A superfície mascarada é gravada no bloco 812 usando um agente de gravação úmido ou seco, para remover ca- madas condutoras expostas pela máscara impressa deixando o substrato 912 exposto. Após gravação, a máscara de gravação impressa é removida no bloco 816, revelando uma porta condutora 920.
Uma camada de dielétrico, tal como nitreto de silício ou dióxido de silício, (espessura típica entre 200-300 nm), é depositada sobre toda a superfície de substrato no bloco 824. Materiais dielétricos alternativos inclu- em vidro "spin-on", poliamida ou benzociclobuteno. Os contatos de fonte e dreno são formados pela deposição de uma segunda camada condutora 924 da figura 9, tipicamente ouro ou paládio, sobre a camada de dielétrico no bloco 828. A espessura típica do metal de contato fonte/dreno está entre 100-200 nm. Para definir os traços de contato fonte/dreno, uma segunda ca- mada modelo 928 é impressa sobre a segunda camada condutora de con- tato fonte/dreno no bloco 832. No bloco 836, esta segunda camada conduto- ra é atacada para definir os traços de contato fonte/dreno 936/940, conforme aparece na estrutura 942 da figura 9. No bloco 840, a segunda camada mo- delo é removida deixando definidos os traços de contato fonte/dreno 936/940.
No bloco 848, uma camada de máscara 944 é impressa para cobrir as regiões ativas do TFT polimérico a ser formado. O substrato é re- vestido com uma camada de tratamento superficial 948 da figura 9, tal como OTS ou uma monocamada automontada, no bloco 852. A camada de más- cara impressa é removida no bloco 856. As áreas que foram submetidas à camada de tratamento superficial 948 são hidrofóbicas, enquanto as superfí- cies previamente mascaradas 952 que não foram submetidas a tratamento superficial são hidrofílicas. Um semicondutor polimérico 956 que serve como a região ativa é depositado sobre o substrato tratado superficialmente. Um método de depositar o semicondutor polimérico sobre o substrato tratado su- perficialmente é o revestimento por imersão de todo o substrato, conforme descrito no bloco 860.0 semicondutor polimérico que serve de material ativo adere às regiões hidrofílicas e remove a umidade de áreas hidrofóbicas. A estrutura final que resulta é um transistor de película fina poliméricosemicon- dutor.
Os métodos descritos podem usar cera como a camada modela- da e material de máscara para ataque químico. A coincidência perfeita de camadas sobrejacentes é realizada por marcas de alinhamento sobre a su- perfície processada. O alinhamento pode ser executado visualmente usando uma câmera e controlador de estágio de substrato. Além disto, a aplicação do semicondutor polimérico ou de qualquer material baseado em líquido po- de ser executada por diversos métodos, tais como impressão a jato, revesti- mento por centrifugação, raspagem por lâmina ("doctor blading"), ou outros métodos de revestimento de grandes áreas conhecidos por aqueles versa- dos na técnica.
Deve ficar entendido que a descrição apresentada pretende ser ilustrativa da invenção. Variações e modificação das descrições aqui apre- sentadas se evidenciarão a aqueles versados na técnica. Por exemplo, a descrição identificou exemplos de materiais de mudança de fase, assim co- mo diferentes métodos de fazer com que uma gotícula seja ejetada de um reservatório de fluido. Exemplos de dispositivos fabricados, tais como um transistor de película fina, foram descritos. Entretanto, outros métodos, ou- tros materiais de mudança de fase também podem ser usados. Outros dis- positivos podem também ser fabricados usando os métodos aqui descritos.
Semdo assim, a presente descrição não deve ser considerada limitadora do escopo da invenção, exceto conforme descrito nas reivindicações que se se- guem.
Lista dos Sinais de Referência: Figura 5: Sh = substrato (hidrofílico) A5 = Revestir com monocamada ou película polimérica fina (<~20 nm) SRh = Substrato revestido (hidrofóbico) B5 = Imprimir cera C5 = Limpar de plasma o substrato para remover o revestimento D5 = Remover cera E5 = Revestir por imersão Figura 7: V = vidro A7 = Definir porta Cr B7 = Definir ilha C7 = Definir camada de nitreto superior D7 = Definição S/D

Claims (29)

1. Método de modelar um substrato (120), caracterizado por compreender as operações de: ejetar de modo controlável a partir de uma cabeça de impressão gotículas (116) sobre o substrato (120) para formar uma primeira porção de uma camada padrão (modelo) para cobrir uma primeira região da superfície do substrato (120); mudar a posição relativa da cabeça de impressão e do substrato (120); ejetar de modo controlável a partir de uma cabeça de impressão gotículas (116) adicionais sobre uma segunda região da superfície do subs- trato (120) para formar uma segunda porção da camada padrão, a posição relativa modificada da cabeça de impressão alinhada com relação ao subs- trato (120) para depositar as gotículas (116) adicionais de modo que a pri- meira região e a segunda região estejam separadas por uma distância me- nor que a largura de uma gotícula (116); definir traços em áreas entre a primeira região e a segunda regi- ão; tratar o substrato (120) para mudar as características de umec- tação do substrato (120) em regiões não cobertas pela camada padrão (mo- delo); e remover a camada padrão.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ainda compreender as operações de: tratar a superfície de substrato (120) com um revestimento de pré-tratamento para mudar as características de umectação do substrato (120) antes da operação de produzir uma camada padrão (modelo).
3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a operação de tratamento do substrato (120) remove o revesti- mento de pré-tratamento.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o padrão é definido por escrita direta.
5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a operação de tratar a superfície de substrato (120) inclui depo- sitar uma camada de revestimento.
6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a camada de revestimento é contínua sobre uma região modela- da definida.
7. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a camada de revestimento é um filme fino menor que 1 micro- metro.
8. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a camada de revestimento é uma camada única (monocamada).
9. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a camada de revestimento é usada como uma camada de más- cara.
10. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a camada de revestimento é resistente à gravação química.
11. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a superfície do substrato (120) é planar.
12. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a superfície do substrato (120) é não-planar.
13. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada padrão é uma camada de cera.
14. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma largura de pelo menos uma abertura na camada padrão é menor que 40 micrometros.
15. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ainda compreender: depositar uma segunda camada padrão, a segunda camada pa- drão alinhada com a dita camada padrão.
16. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a cabeça de impressão tem uma pluralidade de fontes de gotí- culas (112) de modo que as fontes de gotículas (112) que imprimem a se- gunda porção da camada padrão são diferentes das fontes de gotículas (112) que imprimem a primeira porção da camada padrão (modelo).
17. Método de modelar um substrato (120), caracterizado por compreender as operações de: ejetar de modo controlável gotículas (116) individuais sobre o substrato (120) para formar uma camada padrão para cobrir regiões da su- perfície do substrato (120); definir traços em áreas não cobertas pelo pela camada padrão; tratar o substrato (120) para mudar as características de umec- tação do substrato (120) em regiões não cobertas pela camada padrão, em que o substrato (120) é umectante e a operação de tratamento faz com que a região não coberta pelo padrão seja não-umectante por solvente orgânico polar ou água; e remover a camada padrão.
18. Método de modelar um substrato (120), caracterizado por compreender as operações de: ejetar de modo controlável gotículas (116) individuais sobre o substrato (120) para formar uma camada padrão para cobrir regiões da su- perfície do substrato (120); definir traços em áreas não cobertas pela camada padrão; tratar o substrato (120) para mudar as características de umec- tação do substrato (120) em regiões não cobertas pela camada padrão (mo- delo); remover a camada padrão; e usar um revestimento profundo para revestir áreas não cobertas pela camada padrão.
19. Método de mascarar um substrato (120), caracterizado por compreender as operações de: ejetar de modo controlável gotículas (116) individuais a partir de uma fonte de gotículas (112), para formar uma camada protetora num pa- drão para cobrir regiões protegidas do substrato (120), a camada protetora incluindo aberturas na camada padrão que possuem uma dimensão menor que 40 mícrons; processar o substrato (120) para mudar as características hi- drofóbicas do substrato (120) em regiões não-protegidas pela camada pro- tetora, remover a camada protetora; e revestir o substrato (120) de um material de interesse de tal modo que o material de interesse adira apenas a áreas do substrato (120) que não foram cobertas pelo padrão.
20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o material de interesse é um semicondutor polimérico.
21. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o espaçamento nas regiões não cobertas pela camada pa- drão é menor que 40 micrometros.
22. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a camada protetora é uma camada de cera.
23. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a fonte de gotículas (116) é uma cabeça de impressão pie- zelétrica.
24. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a fonte de gotículas (116) é uma cabeça de impressão de tinta, acústica.
25. Método de mascarar um substrato (120), caracterizado por compreender as operações de: revestir o substrato (120) com uma camada de revestimento; ejetar de modo controlável gotículas (116) individuais a partir de uma fonte de gotículas (116), para formar uma camada protetora num pa- drão para cobrir regiões protegidas do substrato (120), a camada protetora incluindo aberturas na camada padrão que possuem uma dimensão menor que 40 mícrons; gravar quimicamente para remover a camada de revestimento em regiões não cobertas pela camada protetora; remover a camada protetora; e revestir o substrato (120) de um material de interesse de tal modo que o material de interesse adira apenas a áreas do substrato (120) que não foram cobertas pelo padrão.
26. Método de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que o substrato (120) é hidrofílico e o revestimento é hidrofóbi- co.
27. Método de modelar um substrato (120), caracterizado por compreender as operações de: posicionar uma cabeça de impressão e imprimir a jato, de modo controlável, gotículas (116) individuais sobre o substrato (120) para formar uma primeira porção de uma camada padrão para cobrir uma primeira região do substrato (120), mudar a posição relativa da cabeça de impressão com relação ao substrato (120); imprimir a jato de modo controlável gotículas (116) adicionais para formar uma segunda porção de uma camada padrão (modelo) que co- bre uma segunda região do substrato (120) de modo que um espaço é pro- vido entre a primeira região e a segunda região do substrato (120); definir traços no dito espaço, os traços possuindo pelo menos uma dimensão menor que 40 micrometros; e, remover a camada padrão.
28. Método de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que as gotículas (116) incluem um material que é um condutor imprimível.
29. Método de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que um material na camada padrão modifica a umectação do substrato (120).
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