[发明专利]适用于纳米线薄膜的接触掺杂和退火系统以及工艺

说明书

有关申请的交叉参照

本申请要求2004年11月24日提交的美国临时专利申请60/630,743的优先权，该专利申请全文引用在此作为参考。

关于联邦资助研究的声明

无。

技术领域

本发明一般涉及纳米尺度的场效应晶体管的制造，更具体来讲，本发明涉及适用于纳米线薄膜的改进型接触掺杂与退火系统以及工艺，这种纳米线薄膜类似于在各种电子应用中的薄膜晶体管。

背景技术

就物理尺度而言，电子学正朝着的两个极端方向发展。微电子学根据摩尔定律而迅速小型化使得在降低成本的同时还能使计算能力显著提高。与此同时，在另一个人们相对关注较少的领域即宏观电子学领域中，也已经有了显著的进步。在该领域中，电子器件可集成在面积以平方米计的大面积基板上。目前宏观电子学主要是基于玻璃上的非晶硅(a-Si)或多晶硅(poly-Si)薄膜晶体管(TFT)，并且其在诸多领域中得到了越来越多的重要应用，其中包括平板显示器(FPD)、太阳能电池、射频识别标签(RFID)、图像传感器阵列以及数字X射线成像器。

尽管目前的技术已经成功地应用于许多方面，但仍局限于它所能够处理的这些应用。例如，人们对于将塑料用作宏观电子设备的基板越来越感兴趣，这是因为塑料具有重量轻、柔软、耐冲击且成本低等特点。然而，在塑料上制造高性能TFT还具有极大的挑战性，因为所有的工艺步骤都必须在低于塑料的玻璃转变温度的情况下进行。关于塑料上的TFT所适用的新材料(例如，有机材料和有机-无机混合材料)或新的制造策略的研究，人们已作出了相当多的努力但却鲜有成功。有机TFT具备有可能在塑料基板上使用卷式制造工艺的潜能，但载流子迁移率却只限于1cm²/V·s左右。材料和/或基板处理温度(特别是塑料)所导致的种种局限致使器件的性能降低，从而将器件限定在低频的应用中。因此，现有的TFT技术还无法应对那些即使只需要一般的计算、控制或通信功能的应用。

单独的半导体纳米线(NW)和单壁碳纳米管可用于制造纳米尺度的场效应晶体管(FET)，其电学性能可以与最高质量的单晶材料相比拟，在某些情况下甚至可超过这种单晶材料。特别是，已经证明了p-Si纳米线可以具有大小为300cm²/V·s的载流子迁移率，n-InP纳米线可以具有大小为2000-4000cm²/V·s的载流子迁移率，而单壁碳纳米管则可以具有高达20,000cm²/V·s的载流子迁移率。这些纳米FET可以将摩尔定律推至极限-分子水平，同时具有前所未有的性能。

对于纳米尺度的TFT(这种TFT可能应用于玻璃、塑料和其它需要低处理温度的基板)的制造方法而言，很重要的是一种接触掺杂与退火工艺，该工艺可用于将掺杂离子注入到纳米线中、激活纳米线的源极和漏极触点区中的掺杂剂并且修复因离子注入而造成的任何晶体破损。等离子体浸没式离子注入(PIII)是一种大面积且高产量的掺杂手段，具有许多固有的优于常规束离子注入的优点。当二十世纪八十年代后期引入时，这种技术主要用于提高金属的表面机械特性。最近已经将该技术用于半导体工艺，包括形成超浅的结、选择性的金属沉积、“绝缘体上的硅”基板(SIMOX和离子切割(Ion-Cut))的合成、多晶硅TFT的氢化，并且该技术还可用于高长宽比的沟槽掺杂。然而，PIII还尚未将本发明的知识应用于基于纳米线薄膜的TFT的接触掺杂。

另外，脉冲激光退火(PLA)工艺已经应用于有源矩阵液晶显示器(AMLCD)所采用的非晶硅和多晶硅TFT的制造工艺。脉冲激光可对非晶硅和多晶硅膜进行快速加热和冷却，且不会形成下层基板的熔化。与PLA相比，常规的加热炉退火都非常慢，具有较高的热平衡，而且不适于塑料基板。另外，非常快的热退火(VRTA)工艺只包括约1秒量级的加热周期，并且需要高的峰值温度，它不适于低温基板(例如，玻璃或塑料基板)。与之相反，PLA可以获得远优于加热炉退火和VRTA所能实现的TFT性能。