JP2013518428A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明の方法（２０）は、端部の第１の組を有する分離された要素を含むパターンで導電材料層を基板上に提供する段階（２１）を含む、半導体装置の製造に関する。本方法は、段階（２２）において、基板上にそれらの間に一つ以上のキャビティを形成するための一連の壁構造体を提供する段階をさらに含む。壁構造体は端部の第１の組と協働する端部の第２の組を有する。端部の第２の組は所定の距離で端部の第１の組から後退する。さらに、本方法は段階（２４）において、キャビティ内に液体材料を堆積する段階を含む。上述の特徴を有するディスプレイおよび電子装置も開示される。

Description

本発明は半導体装置を製造する方法に関する。本発明は、半導体装置、それを含むディスプレイおよび電子装置にさらに関する。

半導体装置の製造方法は、国際公開第２００６／０５１４５７号で知られる。既知の方法は、パターニングされた金属層の部分を備える適切な基板表面に一連の壁構造体を配置することを含む。壁構造体はレジスト材料から製造されてよく、それ以降印刷される材料を導くために働く一連の障壁およびキャビティを画定する。例えば、半導体領域を形成することが想定される適切な液体材料が、これらのキャビティ内に提供されてよい。既知の方法において、キャビティの各々の形状は、装置構造体の層の間のレジストレーションを維持するように構築される。特に、既知の方法は半導体装置の自己整列層を提供する。

国際公開第２００６／０５１４５７号

既知の方法の不利な点は、表面不均一性、または基板上の適切な溶液からの沈殿物もしくは分散系によって、乾燥する液滴の液体・固体接触線が基板のある場所で動かなくなる、すなわち固定される現象が起こり得ることである。この場合、比較的迅速な蒸発が、液滴周囲への材料の移動をもたらす可能性がある。これによって、溶液または分散系が完全に乾燥した後、溶質の環状の堆積が現れる可能性がある。この効果は、予めパターニングされた表面上での溶液堆積（例えばウェル状の表面フィーチャ内部への半導体溶液のインクジェット印刷）によって半導体領域が画定されるとき、特に顕著であり得る。

上記内容を考慮して、ここに半導体装置の製造に関して方法が記載される。この方法は、基板上に、内部端の第１の組を有する分離された要素を含むパターンで導電性材料の層を提供する段階を含む。この方法は、基板上に、それらの間に１つ以上のキャビティを形成するための、一連の壁構造体を提供する段階をさらに含む。壁構造体は内部端の第１の組と協働する内部端の第２の組を有する。さらに、内部端の第２の組は、所定の距離によって第１内部端と第２内部端による形成されるキャビティの中心に関して内部端の第１の組の外側に配置される。本明細書において開示される方法は、キャビティ内に液体材料を堆積するさらなる段階を含む。

分離された要素の各々の端部のような、分離された要素のフィーチャに関して、壁構造体のフィーチャを横方向に変位することによって、液体材料の乾燥に関する有利な形状を提供する。壁構造体の各々の端部が、分離された材料の端部によって画定されたであろうものと比較して若干幅広いキャビティを画定するとき、実質的に均一な半導体層が提供されることが見出された。したがって、特定の実施形態において、壁構造体の各々の端部は、１から２０マイクロメータの距離、より詳細には１から１０マイクロメータの距離、さらに詳細には１から５マイクロメータの距離、およびさらに詳細には１から３マイクロメータの距離、分離された要素の端部の外側に配置される。記載「外側に配置」が、キャビティの中心から外側の方向を規定することは理解されるだろう。この特徴は、図１ａ−１ｄを参照してさらに詳細に議論される。

半導体装置はまた、装置が内部端の第１の組を有する分離された要素の組を含む導電性材料の層を有する基板を含むと記載される。分離された要素は、内部端の第１の組と協働する内部端の第２の組を有する壁構造体も含む。内部端の第２の組は、所定の距離によって第１の内部端および第２の内部端により形成されるキャビティに関連して内部端の第１の組の外側に配置される。

本発明は、上述の半導体装置を含むディスプレイおよび電子装置にさらに関する。

本発明のこれらの局面および他の局面は図面に関連してさらに議論され、図面において同じ参照番号は同じ要素を表す。図面は説明の目的でのみ提供され、添付されるクレームの範囲を制限しないことは理解されるだろう。

クレームが本発明の特徴を詳細に説明する一方で、添付される図面と併せて以下の詳細な説明から、本発明は、その物および利点と共に、最もよく理解されるだろう。

壁構造体の端部および分離された要素の端部の間の横方向の変位の各実施形態の概略的な図である。 壁構造体の端部および分離された要素の端部の間の横方向の変位の各実施形態の概略的な図である。 壁構造体の端部および分離された要素の端部の間の横方向の変位の各実施形態の概略的な図である。 壁構造体の端部および分離された要素の端部の間の横方向の変位の各実施形態の概略的な図である。 本発明による方法の実施形態を概略的に示す。 壁構造体の例示的実施形態を概略的に示す。 湾曲した壁構造体の製造方法の実施形態を概略的に示す。 フォトリソグラフィーを用いた壁構造体のパターニング方法の実施形態を概略的に示す。 本発明による方法のさらなる例示的実施形態を説明する図５に示される実施形態の上面図を概略的に示す。

図１ａ−１ｄは半導体装置の各々の例示的実施形態の概略図を提供し、壁構造体の端部と分離された要素の端部との間の横方向の変位を表す。図１ａに概略的に示される実施形態は、例示的実施形態による半導体構造体１０ａの上面図（上方）および線Ａ−Ａ’に沿った断面図（下方）を表す。

半導体構造体１０ａは、その上部に金属層が配置されてよく、これはその後適切な複数の横方向に分離した要素２ａ、２ｂにパターン形成される、基板１を含む。簡単のために、ただ２つの分離された要素のみが示される。さらに、基板１の上に、一組の壁構造体３ａ、３ｂが配置され、それらの間にキャビティが形成されるようにする。例示的な実施形態によれば、壁構造体の内部端は、それによって所定の距離ｘ１、ｘ２でそれらが協働する、分離された要素の内部端に関連して、横方向Ｌに外側にずらされる。所定の距離は、１から２０マイクロメータの範囲、より詳細には１から１０マイクロメータの範囲、さらに詳細には１から５マイクロメータの範囲、およびさらに詳細には１から３マイクロメータの範囲で選択される。距離ｘ１が距離ｘ２と同じであってよく、または同じでなくてもよいことは理解されるだろう。

壁構造体が適切に形成されてよいとき、例えば適切なレジストを上部から適切なフォトマスクを通じて露出することによるリソグラフィー法による。そのように形成された壁構造体の間に得られるキャビティは、適切な液体材料４で充填される。半導体材料、または前駆体材料のどちらかが液体材料として選択される。

壁構造体３ａ、３ｂは半導体装置１０ａの周縁において各々の領域３ｄ、３ｅにより互いに接続され、その結果閉じた構造を形成する。図１ａに示される実施形態は、単チャネル半導体装置、例えばＴＦＴが提供される構成に関する。

図１ｂは例示的実施形態による半導体装置１０ｂの実施形態の概略図を示し、複数の相互接続キャビティが提供される。同様に、上方の図は半導体装置１０ｂの上面図に関し、一方で下方の図は線Ｂ−Ｂ’に沿った断面に関する。

基板１は、横方向Ｌにおいて分離された、一組の要素２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、および２ｅ、および一組の要素２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、および２ｅと協働する一組の壁構造体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、および３ｅを含み、壁構造体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、および３ｅの内部端が要素２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、および２ｅの内部端に関して横方向に外側にずれるようにする。一体化されたキャビティに蛇型の形状を与えるために（上面図に示す）、個々のキャビティ４ａ、４ｂ、４ｃ、および４ｄが上面図に示される領域４ｅ、４ｆ、および４ｇによって相互接続されることは理解されるだろう。

図１ｃは、例示的実施形態による半導体装置１０ｃのさらなる実施形態を示し、分離された要素のピッチは壁構造体のピッチと等しくない。同様に図１ｃにおいて、上方の図は半導体装置１０ｃの上面図に関し、下方の図は線Ｃ−Ｃ’に沿った断面に関する。基板１は一組の分離された要素２ａ、２ｂ、２ｃを備え、キャビティが壁構造体３ａ、３ｂによって画定され、前記キャビティは長く、例えば隣接する要素２ａ、２ｂの間の距離の約２倍長い。壁構造体のピッチＰ２は、要素２ａ、２ｂ、２ｃのピッチＰ１と相違する。例示的な実施形態によれば、要素２ａ、２ｃの内部端と協働する壁構造体３ａ、３ｂの各内部端は、要素２ａ、２ｃの内部端から横方向Ｌに外側にずらされる。キャビティはその後半導体材料４ａ、４ｂによって充填される。同様に、この実施形態において、半導体の領域４ａ、４ｂが、上方の図に示されるように、ブリッジ４ｃによって互いに接続される。

半導体装置１０ｄのさらなる実施形態が図１ｄに概略的に示される。上方の図は、半導体構造体の上面図に関し、一方で下方の図は線Ｄ−Ｄ’に沿った断面に関する。図１ｂおよび１ｃに示される実施形態のような、この例示的な実施形態は、マルチチャネル半導体構造体、例えばＴＦＴに関する。チャネル４ａおよび４ｂは、ブリッジ４ｃによって相互接続される。この特定の実施形態において、横方向Ｌにおける要素２ｂの寸法は異なり、例えば要素２ａおよび２ｃの各々の寸法と比較して大きい。構造体１０ｄの他の特徴は、図１ｂに関して議論されたものと実質的に同じである。

図２は、例示的実施形態による方法の実施形態を概略的に示す。方法２０によれば、適切な金属層が最初に基板上に堆積される。その後、ステップ２１において、一組の分離された要素を得るために金属層がパターニングされる。分離された要素という用語が、図１ａ−１ｄに概略的に示されるように、個々の要素が基板上の横方向に沿って識別され得る構成に関することは理解される。要素は、横方向のブリッジによって周縁領域において相互接続され、その結果少なくとも部分的に各キャビティを限定する。

ステップ２２において、壁構造体は金属層の横方向に分離された要素に隣接してパターニングされる。金属層は、例えば半導体装置の、特にＴＦＴ装置のソース・ドレイン層に関する。壁構造体は、分離された要素の端部の第１の組と協働する端部の第２の組を含み、端部の第２の組は端部の第１の組に関して横方向に外側にずらされる。したがって、パターン形成されて基板上に備えられ、かつ内部端の第１の組を有する分離された要素を含む導電材料の層が形成され、これはその間に１つ以上のキャビティを形成するために配置された一連の壁構造体と協働するよう配置される。壁構造体は内部端の第１の組と協働する内部端の第２の組を有し、内部端の第２の組は所定の距離で第１内部端と第２内部端によって形成されるキャビティの中心に関して内部端の第１の組の外側に配置される。したがって、第１内部端はキャビティの境界に関して第２内部端の前に存在する。

基板上に壁構造体を提供するために、複数の適切な堆積法および／またはパターニング法を使用することが可能である。例えば、スピンコーティングの後フォトリソグラフィーおよび／またはエッチングが用いられてよい。壁構造体は、直線状のまたは湾曲した側壁を備える。これらの実施形態は、図３を参照してさらに詳細に議論される。

ステップ２３において、壁構造体の表面および／またはこのように形成されたキャビティを少なくとも部分的に充填する液体材料と接触するようになると考えられる下部層の表面は、そのような表面の濡れ性を変更するために処理される。特に、水または溶媒に関する濡れ性が変更される。好ましくは、キャビティおよび／または上部表面に向く表面のような、壁構造体の表面は、疎水性および／または疎溶媒性である。

ステップ２４において、キャビティは半導体または前駆体材料に関する適切な液体材料で充填される。任意に、この段階の後に、１つまたは複数の誘電層、半導体層、または金属層の堆積が実施される。半導体層は、可溶性のまたは分散性の有機または無機材料を含む。任意に、例えばバインダーおよび／または界面活性剤などの様々な添加剤が与えられる。

図３は、壁構造体の例示的な実施形態３０を概略的に示す。簡単のために、図１ａ−１ｄに示される金属層の別個の要素は記載されていない。第１の例示的実施形態において、基板３１がキャビティ中央に向かって傾く側壁を有する壁構造体３０ａ、３０ｂを備える。一定の接触角θに関して、傾き角αがキャビティ内に堆積される液体材料３４のメニスカスの高さに影響し得ることがわかる。角αは、壁構造体近傍の液体の高さｈ１＋ｈ２と、キャビティ中央の液体の高さｈ２との間の相対的関係に正の影響を有する場合がある。高さｈ１は最小化されることが好ましい。角αを増加することによって、キャビティ内の液体材料３４の高さのプロファイルの均一性は、ｈ２が増加してｈ１がゼロになる傾向を有するとき、改善される。ｈ１が、キャビティの端部および中央における液体の高さの間の差を概略的に示すことに留意されたい。

例えば、壁構造体の実質的に垂直に配置された側壁３０ｃ、３０ｄに関して、ｈ２の値は側壁３０ａ、３０ｂのｈ２の値に関して増加することがわかる。基板に関して側壁の傾斜をさらに増加することによって、外側に傾いた側壁３０ｅ、３０ｆが得られ、ｈ２の値はさらに増加し、ｈ１はゼロに向かう。結果的に、キャビティ内の半導体材料の実質的に均一な高さのプロファイルが確実になる。

図４は、湾曲する壁構造体の製造方法の実施形態を概略的に示す。方法４０ａにおいて、実質的に長方形の側壁４３（例えば基板４１上に配置される熱可塑性またはワックス材料を含む）は加熱され、凸面の壁側面を有する構造４３ａを形成してよい。

その代わりに、方法４０ｂにおいて、基板４１上に提供されるバルク壁構造体は、等方的にエッチングされ、凹面の壁側面を有する２つの壁構造体４３ｂ、４３ｂ’を形成してよい。その後エッチングプロセスに使用されたマスクは剥がされ、基板４１上に凹状の壁構造体４３ｂ、４３ｂ’を残す。簡単のために図１ａ−１ｄに関連して議論された分離された要素が図示されないことは理解されるだろう。

図５はフォトリソグラフィーを用いる壁構造体のパターニング方法の実施形態を概略的に示す。この実施形態において、表示５０ａはリソグラフィー装置（図示されない）の適切な照射源５５から生じる放射ビーム５５ａを用いて後方表面Ｒからリソグラフィーで加工された基板５１を示す。この配置において、金属層の分離された要素５２ａ、５２ｂが、分離された要素５２ａ、５２ｂの上にバルク層として配置される、感光性材料５６内の適切な壁構造体をパターニングするためのマスクフィーチャとして使用される。壁構造体５６の材料に関する露出および現像条件を変えることによって、所望する壁側面が得られる（露出後の条件を示す表示５０ｂを参照されたい）。例えば、ポジティブ型フォトレジスト材料を過剰に露出および／または過剰に現像することによって、導電パターンの端部から距離ｘ１およびｘ２だけ後退した端部を有する壁構造体を形成することが可能である。同様に、リソグラフィーおよび／または材料のパラメータを調整することによって、傾斜したまたは湾曲した側壁を有する壁構造体を形成することが可能である。

図６はここに概略が記載される方法のさらなる実施形態を示す図５に示される実施形態の上面図を概略的に示す。表示６０ａにおいて、基板６１（図５に示される基板５１に対応する）が示され、ここでキャビティ６６が壁構造体６３、６３’と協働する分離された要素６２ａ、６２ｂを含む層によって形成される。好ましくは、キャビティの領域６６ａ、６６ｂは、そこからの液体の漏れを回避するために最小に保たれる。そこから壁構造体が形成される層は、余分な領域６３ａ、６３ｂを含んでよい。これらの領域を除去するため、適切なリソグラフィー段階の間、層は前面向きで露出される。

表示６０ｂは壁層を覆うフォトマスクパターン６４を示し、余分な領域６３ａ、６３ｂは覆われないままである。表示６０ａは、フォトマスクパターン６４を介する前面リソグラフィー段階の結果を示し、電極領域６４ａ、６４ｂが示されている。

本発明の特定の例示的実施形態が上述されたが、本発明は記載された以外の他の方法で実施され得る。図は説明の目的で提供され、添付される請求項に説明されるような本発明の範囲を制限するために用いられるものではない。さらに、異なる図面に関連して議論される別個の特徴が組み合わされてよい。

１ 基板
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ 分離した要素
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ 壁構造体
４ 液体材料
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ キャビティ
４ｅ、４ｆ、４ｇ 領域
１０ａ 半導体構造体

Claims (18)

1. ・基板上に、内部端の第１の組を有する分離された要素を含むパターンで導電性材料の層を提供する段階、
   ・基板上に、それらの間に１つ以上のキャビティを形成するための、一連の壁構造体を提供する段階であって、前記壁構造体は内部端の前記第１の組と協働する内部端の第２の組を有し、内部端の第２の組は、所定の距離だけ第１内部端と第２内部端による形成されるキャビティの中心に関して内部端の第１の組の外側に配置される段階、
   ・前記キャビティ内に液体材料を堆積する段階、
   を含む、半導体装置を製造する方法。
2. 前記所定の距離が１から２０マイクロメートルの範囲内である請求項１に記載の方法。
3. 分離された要素が第１のピッチで配置され、壁構造体が第２のピッチで配置され、第１のピッチが第２のピッチと等しくない、請求項１に記載の方法。
4. 水または溶媒に関する前記表面の濡れ性を変更するために、壁構造体の表面の表面特性を変更する段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 表面が、キャビティに対向する表面および／または壁構造体の上表面を含む、請求項４に記載の方法。
6. 壁構造体が実質的に垂直な、角度を有する、または湾曲した壁を備える、請求項１に記載の方法。
7. 液体材料が少なくとも溶媒、および半導体材料または半導体材料の前駆体を含む、請求項１に記載の方法。
8. 液体材料が少なくとも分散媒体、および半導体材料の分散粒子、または半導体材料の前駆体を含む、請求項１に記載の方法。
9. 半導体材料として有機半導体材料が選択される、請求項７に記載の方法。
10. 半導体材料として無機半導体材料が選択される、請求項７に記載の方法。
11. バック−リソグラフィーによって壁構造体がパターニングされ、分離された要素がマスクとして使用され、バック−リソグラフィーに使用される放射波長に対して基板が実質的に透明である、請求項１に記載の方法。
12. 壁構造体を形成する層の余分な領域を除去するために、前面リソグラフィーの段階をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 内部端の第１の組を有する一組の分離された要素を含む導電性材料の層、および
    内部端の第１の組と協働する内部端の第２の組を有し、内部端の第２の組は、所定の距離だけ第１内部端と第２内部端による形成されるキャビティに関して内部端の第１の組の外側に配置される壁構造体、
    を含む基板を含む半導体装置。
14. 前記所定の距離が１から２０マイクロメートルの範囲内である請求項１３に記載の半導体装置。
15. 内部端の第１の組を有する一組の分離された要素を含む導電性材料の層、および
    内部端の第１の組と協働する内部端の第２の組を有し、内部端の第２の組は、所定の距離で第１内部端と第２内部端による形成されるキャビティに関して内部端の第１の組の外側に配置される壁構造体、
    を含む基板を含む半導体装置を含むディスプレイ。
16. 基板が柔軟である請求項１５に記載のディスプレイ。
17. 折り畳み式である請求項１６に記載のディスプレイ。
18. 半導体装置を含むディスプレイを含む電子装置であって、
    前記半導体装置が、
    内部端の第１の組を有する一組の分離された要素を含む導電性材料の層、および
    内部端の第１の組と協働する内部端の第２の組を有し、内部端の第２の組は、所定の距離で第１内部端と第２内部端による形成されるキャビティに関して内部端の第１の組の外側に配置される壁構造体、
    を含む基板を含む、電子装置。