一种薄膜晶体管的制造方法 【技术领域】
本发明涉及在绝缘表面，如玻璃或绝缘聚合物基片，上制造含有薄膜晶体管(TFTs)的电子器件的方法。所述器件可以是如有源矩阵液晶显示器(AMLCD)或平面显示器。背景技术
多年来已经存在着对在玻璃和/或其他便宜的绝缘基片上形成带有薄膜晶体管的薄膜电路的巨大兴趣，以用于大面积电子装置。这种用非晶或多晶半导体膜制成的TFTs可制成单元矩阵的开关元件，例如，在如美国专利US-A-5,130,829(我方参考号：PHB 33646)中介绍的平面显示器的有源屏板。
一般地，用于显示器的有源屏板的TFTs具有横向结构，这是由于源极和漏极要相对下面的基片横向间隔开。形成了TFTs沟道长度的这些电极之间的距离采用蚀刻平板印刷术技术来确定。先沉积一层均匀的电极材料，然后利用平板印刷术和蚀刻形成图案。这种工艺，由于相关的设备价格很高，是昂贵的而产量却很低，并使用大量的光致抗蚀剂和显示剂。并且当相对较大的基片，例如制造电视的液晶显示器时，难以精确地进行控制。另外，目前用来制造电子器件的蚀刻平板印刷设备对较大的基片能够可靠提供的沟道长度最小大约5微米。当制造高速TFTs时希望有更小的沟道长度。
在纵向TFTs中，源极和漏极相对于基片一般是间隔开的，此间隔的尺寸是由TFTs地一层或多层的厚度来决定，而不是通过蚀刻平板印刷来决定。
在Akihiko Saitoh和Masakiyo Matsumura于“日本应用物理杂志”1997年卷36的668-669页上发表的文章“一种受激准分子激光器生产的非晶硅纵向薄膜晶体管”中介绍了一种纵向TFT结构。这篇文章中介绍的用于制造TFT的工艺可通过对非晶硅进行激光结晶化而不是采用蚀刻平板印刷术来形成源极和漏极区。然而，接下来还要采用蚀刻平板印刷来形成源极和漏极。发明内容
本发明的目的是提供一种制造含有纵向薄膜晶体管的电子器件的改进方法。
本发明提供了一种制造含有薄膜晶体管的电子器件的方法，包括步骤：
(a)在绝缘表面上形成栅电极；
(b)在所述栅电极上和在靠近所述栅电极边缘的区域沉积绝缘层，使所述绝缘层包括两个外表面，所述外表面基本上平行所述绝缘表面并被所述绝缘表面位于其间的台阶间隔开；
(c)沉积半导体材料层；
(d)沉积电极材料层；
(e)在所述电极材料层上沉积负性抗蚀材料层，所述抗蚀材料可溶解于预定的溶剂；
(f)辐射所述抗蚀层使曝光部分不能溶解于所述溶剂，所述台阶上的部分曝光不够使其仍保持可溶解；
(g)使用预定的溶剂对所述抗蚀层显影，因此将所述台阶上的部分清除；和
(h)清除步骤(g)暴露的电极材料层部分，形成源极和漏极，所述源极和漏极在各自绝缘层的外表面延伸至所述台阶。
最好在沉积电极层和形成图案之前沉积半导体层。例如，当使用非晶体硅时，最好将非晶硅直接沉积到绝缘层上在其间形成完整的界面。但是，在另一个优选实施例中，沉积半导体层的步骤(c)是在步骤(h)之后进行。当使用的半导体材料不能够抵抗进行清除一部分电极材料层的步骤(h)所用工艺时，这样是有利的。例如，多晶半导体通常不能抵抗可使电极层形成图案的腐蚀剂。
最好所述栅电极的边缘基本正交于所述绝缘表面，形成基本垂直的晶体管沟道。然而，也可能希望与基片以一定角度形成栅电极，形成近似倾斜的晶体管沟道。应当理解在根据本发明的方法制造这样器件的过程中，有必要调整步骤(e)中光辐射的入射角，使之与栅电极边缘基本上平齐。
第二薄膜晶体管在相对第一晶体管沟道的所述栅电极边与所述第一薄膜晶体管同时形成。
可用低清晰度工艺形成一个或多个或全部的栅电极和其他层。如所属领域的技术人员可知道的，蚀刻平板印刷术是一种高清晰度工艺，低清晰度工艺包括印刷工艺，比如照相凹版胶印、喷墨印刷、或微细分光法(Micro-dispensing)。蚀刻平板印刷术要求使用贵重的真空设备而产量又相对较低。低清晰度工艺通常不需要真空设备就可以实现。根据本发明的方法，关键的形成间隔开的源极和漏极以及TFT沟道长度的图案形成步骤，不需要使用蚀刻平板印刷术就可以进行，避免了使用真空设备。由于其他TFT层的清晰度一般不那么关键，使用价格较低的低清晰度工艺可以足够精度地实现。这特别适合具有较大像素尺寸的AMLCDs，如屏幕对角线长度大于20”(510mm)的液晶电视。对于25”(635mm)的屏幕，VGA显示器具有的像素尺寸为265×795微米。对于较大的像素，要求其可用宽度除长度来表示的沟道长宽比同样也要大。因此，沟道的宽度可以用较为粗糙清晰度的工艺，比如印刷工艺，来形成。
通过印刷工艺，材料直接沉积成所要求的图案，避免了材料的浪费和可减少要求的工艺步骤。例如，抗蚀材料可以印刷到通常沉积成连续覆盖层的材料层上。另外，前体材料可以印刷到基片上，然后通过进一步的工艺步骤将材料层转变为具有所希望的电性能。
半导体材料可包括有机材料，或更具体地讲，包括聚合物材料。这些材料应当特别适合于低清晰度工艺，如印刷工艺或其他低成本大面积生产技术，这些技术工艺不要求使用昂贵的真空设备，因为这些材料可以溶液形式通过如旋涂等技术来沉积。
在基片上的栅电极上表面的高度最好在0.05到1.5微米的范围。这也表示制成器件中的晶体管沟道的长度。
在清除带有图案的抗蚀层所暴露的一部分电极材料层之前，所述抗蚀层最好进行回流工艺和/或灰磨工艺的步骤，以提高抗蚀层图案的清晰度。附图说明
现在通过示例和参考示意性附图，对本发明的实施例进行介绍，其中：
图1到4是根据本发明的第一实施例的制造方法处于各制造阶段的电子器件的TFT的剖视图；
图5是根据本发明的第二实施例的方法制造的电子器件的TFT的剖视图。具体实施方式
应当指出附图是示意图未按比例绘制。为使图形清楚和简化起见，这些图中的部件的相对尺寸和比例已经作了放大或缩小。
图1示出了根据本发明实施例的方法制造TFT的第一阶段。首先，在绝缘基片4上设置栅电极2。在例如AMLCD中，绝缘基片一般由玻璃或聚合物材料以及铬栅电极构成。栅电极可以通过已知的方式沉积金属层来形成，可通过真空溅射，然后用照相平版印刷图案形成工艺。也可以使用印刷工艺。
栅电极的厚度(即，在基片上的栅电极上表面的厚度)表示制成器件的晶体管沟道的长度。一般地，可以大约1微米，也可以在0.05到1.5微米之间变化。较低的值代表目前工艺设备的水平，由于其难以可靠地控制低于这个量级的厚度。当栅极厚度在大约1.5微米或以上时，用真空溅射进行沉积层的时间有很大地增加，还有，当沟道长度增加时，TFT开关速度降低。
绝缘层6然后沉积在栅电极2上，并在靠近栅电极的基片区域延伸。绝缘层6可以是单层的氮化硅，或者可包括多层绝缘材料。可以通过已知的等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺沉积到大约300nm的厚度。
半导体材料层8，如氢化非晶硅，在绝缘层6上形成。非晶硅可以用已知的PECVD工艺来形成，厚度可达大约160nm。接触层10设置在半导体层8上，接触层一般用n+掺杂硅来形成，可通过已知的PECVD工艺沉积到大约40nm的厚度。
接下来，电极材料层12沉积到接触层10。合适的电极材料是金属，比如铬。如同栅电极，电极材料层可以通过真空溅射工艺来形成。其后是设置负性抗蚀层14。沉积到栅电极的各个层具有对应于栅电极的边16A的台阶。
如图2所示，沉积在图1所示结构的负性抗蚀层14然后在辐射18下曝光，对辐射区域的成分进行改性。例如，使用包括MicroChem公司制造的Nano XP SU-82的抗蚀剂，可通过紫外光来改性。辐射以基本上正交于基片的角度入射，由于抗蚀层在台阶处的公称厚度相对较大，抗蚀层位于台阶处的部分20(见图2中的影线部分)基本上被遮挡，并未完全曝光。
当使用负性抗蚀层时，辐射到的区域变得不溶于特定的溶剂，例如，使用Nano XP SU82抗蚀剂及特定的溶剂为Microposit EC时，而被遮挡区域仍是可溶解的。抗蚀图案因此可以通过将结构浸在溶剂中进行显影，清除部分20和保留抗蚀层的其余部分。抗蚀图案可以在显影步骤后通过回流工艺来改性。例如，使用Nano XP SU-82抗蚀剂，可在150℃进行加热大约30分钟。回流工艺可减少残留在垂直台阶表面的抗蚀剂和靠近台阶的水平表面上的抗蚀剂数量。这样就形成了如图3所示的抗蚀层图案，其在台阶附近的电极层12上和下外表面22和24上延伸。还可进一步通过灰磨工艺清除位于进行蚀刻区域的多余抗蚀层来改进抗蚀图案。
使用残留的抗蚀层作为掩膜，电极层12的暴露部分和下面的接触层10部分然后可通过蚀刻工艺进行清除。其后将抗蚀材料清除，留下如图4所示的制成TFT结构。其余的抗蚀层可使用已知的剥离物，如发烟硝酸，进行清除。电极层的部分26和28和下面的接触层在半导体层上延伸到台阶，形成源极和漏极区(分别地或倒过来也可以)，下面半导体层8中的晶体管沟道32的长度30在其间形成。
作为图1到4所示的工艺流程的替代方式，半导体层8可以在电极26和28已经形成图案后进行沉积，形成图5所示的TFT结构。当使用的聚合物半导体材料不能够抵抗电极层形成图案所用的腐蚀剂时，这种方式是很合适的方法。在这个实施例中，接触层10可以省去。当使用非晶硅作为半导体材料时，由于需要兼顾到非晶硅和绝缘层之间界面的数量，不是十分希望采用这种方式。
图4和5所示的结构的优越性在于，未位于栅电极2上任何部分只位于基片上的部分28具有相对低的电极与栅极间电容。因此，在AMLCD中，由于各个像素的回扫电压独立于TFT的漏极和栅极之间的电容幅度，最好将该区域连接到像素电极，而不是连接到区域26。
在图1到5中，为了简化，只显示了TFT形成工艺沿栅电极一边16A形成的TFT结构。然而，实际上，对应的结构可沿相对边16B同步形成，这在某些应用中是希望进行的。当制造AMLCD时，最好禁止形成这样的对应结构。但是这可以通过改变辐射的入射角度来实现，使辐射曝光的负性抗蚀层有一边是遮挡的。
在图1到4介绍的工艺中，在电极层12和接触层10材料进行蚀刻的过程中使用了单个抗蚀层掩膜。还可以通过上面介绍的方式在接触层10上形成掩膜，对接触层材料的进行掩膜蚀刻，然后将掩膜去除，沉积电极层，在蚀刻电极层之前以相同的方式形成第二掩膜。这种方法比使用单个掩膜涉及更多的工艺步骤，但当在各蚀刻工艺中使用不同的蚀刻剂以便在进行蚀刻的层和下面层之间提供更大的蚀刻剂选择性时可能是合适的。
应当知道非晶硅以外的其他半导体材料可以用于形成晶体管主体。例如，可以使用纳米晶体硅、多晶硅、如CdTe的II-VI族半导体、如GaAs的III-V族半导体。另外，有机半导体(如戊省)，和尤其是聚合物半导体(如聚2，5亚噻吩基亚乙烯基)是优选的。还可以允许在柔性基片上形成柔性器件。另外，也可以使用有机-无机混合物半导体材料。
上面介绍的TFT结构不仅可应用于AMLCDs领域，还可以应用于其他的场合，特别是要求设置薄膜器件矩阵的场合，如其他大面积的电子器件。这些器件的示例有有源矩阵聚合物LED显示器，或大面积检测器，如可用于医学或指纹传感器的X光检测器。
根据本发明公开的内容，对所属领域的技术人员来说，很明显可以进行其他的变化和改进，这些变化和改进涉及包含薄膜电路、半导体器件和其元件的电子器件的设计、制造和使用中已经知道的其他特征和等同特征，这些特征可用来代替本文中介绍的特征或在本文所介绍的特征之外添加这些特征。
尽管本申请中的权利要求已经对特定的特征组合作出了阐明，应当指出本发明的范围还包括在本文中以明确的或隐含的或概括的方式公开的任何新的特征或任何新的特征组合，不管其是否涉及到权利要求目前限定的发明特征，不管其是否解决了任一部分的或全部的本发明所解决的技术问题。在单独实施例中介绍的特征还可以在单个实施例中以组合的方式提供。相反地，简单地讲，在单个实施例中介绍的各种特征也可以单独地或以任何适当的再组合方式提供。本申请人在这里提请注意，在本申请进行过程中或从本申请出发的任何进一步的申请中，新的权利要求可以包括这些特征和/或这些特征组合。