專利名稱：適用于納米線薄膜的接觸摻雜和退火系統(tǒng)以及工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及納米尺度的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造，更具體來講，本發(fā)明涉 及適用于納米線薄膜的改進(jìn)型接觸慘雜與退火系統(tǒng)以及工藝，這種納米線薄膜 類似于在各種電子應(yīng)用中的薄膜晶體管。
背景技術(shù)：
就物理尺度而言，電子學(xué)正朝著的兩個(gè)極端方向發(fā)展。微電子學(xué)根據(jù)摩爾 定律而迅速小型化使得在降低成本的同時(shí)還能使計(jì)算能力顯著提高。與此同時(shí), 在另一個(gè)人們相對(duì)關(guān)注較少的領(lǐng)域即宏觀電子學(xué)領(lǐng)域中，也已經(jīng)有了顯著的進(jìn) 步。在該領(lǐng)域中，電子器件可集成在面積以平方米計(jì)的大面積基板上。目前宏 觀電子學(xué)主要是基于玻璃上的非晶硅(a-Si)或多晶硅(poly-Si)薄膜晶體管 (TFT)，并且其在諸多領(lǐng)域中得到了越來越多的重要應(yīng)用，其中包括平板顯 示器(FPD)、太陽能電池、射頻識(shí)別標(biāo)簽(RFID)、圖像傳感器陣列以及數(shù) 字X射線成像器。
盡管目前的技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用于許多方面，但仍局限于它所能夠處理的 這些應(yīng)用。例如，人們對(duì)于將塑料用作宏觀電子設(shè)備的基板越來越感興趣，這 是因?yàn)樗芰暇哂兄亓枯p、柔軟、耐沖擊且成本低等特點(diǎn)。然而，在塑料上制造 高性能TFT還具有極大的挑戰(zhàn)性，因?yàn)樗械墓に嚥襟E都必須在低于塑料的玻 璃轉(zhuǎn)變溫度的情況下進(jìn)行。關(guān)于塑料上的TFT所適用的新材料(例如，有機(jī)材料和有機(jī)-無機(jī)混合材料)或新的制造策略的研究，人們已作出了相當(dāng)多的努力 但卻鮮有成功。有機(jī)TFT具備有可能在塑料基板上使用巻式制造工藝的潛能，
但載流子遷移率卻只限于l cm"V.s左右。材料和/或基板處理溫度(特別是塑料)
所導(dǎo)致的種種局限致使器件的性能降低，從而將器件限定在低頻的應(yīng)用中。因
此，現(xiàn)有的TFT技術(shù)還無法應(yīng)對(duì)那些即使只需要一般的計(jì)算、控制或通信功能 的應(yīng)用。
單獨(dú)的半導(dǎo)體納米線(NW)和單壁碳納米管可用于制造納米尺度的場(chǎng)效 應(yīng)晶體管(FET)，其電學(xué)性能可以與最高質(zhì)量的單晶材料相比擬，在某些情 況下甚至可超過這種單晶材料。特別是，已經(jīng)證明了p-Si納米線可以具有大小 為300cmVV's的載流子遷移率，n- InP納米線可以具有大小為2000-4000 cm2/V-s 的載流子遷移率，而單壁碳納米管則可以具有高達(dá)20,000 cm"V's的載流子遷移 率。這些納米FET可以將摩爾定律推至極限-分子水平，同時(shí)具有前所未有的性 能。
對(duì)于納米尺度的TFT (這種TFT可能應(yīng)用于玻璃、塑料和其它需要低處理 溫度的基板)的制造方法而言，很重要的是一種接觸摻雜與退火工藝，該工藝 可用于將摻雜離子注入到納米線中、激活納米線的源極和漏極觸點(diǎn)區(qū)中的摻雜 劑并且修復(fù)因離子注入而造成的任何晶體破損。等離子體浸沒式離子注入
(PIII)是一種大面積且高產(chǎn)量的慘雜手段，具有許多固有的優(yōu)于常規(guī)束離子 注入的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)二十世紀(jì)八十年代后期引入時(shí)，這種技術(shù)主要用于提高金屬的 表面機(jī)械特性。最近已經(jīng)將該技術(shù)用于半導(dǎo)體工藝，包括形成超淺的結(jié)、選擇 性的金屬沉積、"絕緣體上的硅"基板(SIMOX和離子切割(Ion-Cut))的合 成、多晶硅TFT的氫化，并且該技術(shù)還可用于高長寬比的溝槽慘雜。然而，PIII 還尚未將本發(fā)明的知識(shí)應(yīng)用于基于納米線薄膜的TFT的接觸摻雜。
另外，脈沖激光退火(PLA)工藝已經(jīng)應(yīng)用于有源矩陣液晶顯示器
(AMLCD)所采用的非晶硅和多晶硅TFT的制造工藝。脈沖激光可對(duì)非晶硅和 多晶硅膜進(jìn)行快速加熱和冷卻，且不會(huì)形成下層基板的熔化。與PLA相比，常 規(guī)的加熱爐退火都非常慢，具有較高的熱平衡，而且不適于塑料基板。另外， 非常快的熱退火(VRTA)工藝只包括約l秒量級(jí)的加熱周期，并且需要高的峰 值溫度，它不適于低溫基板(例如，玻璃或塑料基板)。與之相反，PLA可以 獲得遠(yuǎn)優(yōu)于加熱爐退火和VRTA所能實(shí)現(xiàn)的TFT性能。
在非晶硅和多晶硅膜的常規(guī)脈沖激光退火工藝中，通常使用稀有氣體鹵素準(zhǔn)分子激光器，因?yàn)檫@種激光器具有UV波段的短波長并且能夠產(chǎn)生較短的高強(qiáng)
度脈沖。在對(duì)非晶硅和多晶硅膜進(jìn)行激光結(jié)晶化和退火工藝的激光器中，ArF (193納米)、KrF (248納米)和XeCl (308納米)是最常使用的氣體混合物。 使用短波長的激光(例如，UV頻段)對(duì)于非晶硅和多晶硅膜是有益的，因?yàn)檫@ 些膜在UV頻段具有高吸收性，而大多數(shù)玻璃基板則不具有這種高吸收性。然而， 當(dāng)波長較短的激光器(比如發(fā)出UV光的激光器)與聚合物或塑料之類的其它基 板一起使用時(shí)，會(huì)出現(xiàn)問題，因?yàn)檫@些基板在UV范圍中具有高吸收性，當(dāng)暴露 于深UV激光激發(fā)時(shí)可能發(fā)生熱損壞(例如，熔化)。
激光能流也對(duì)脈沖激光退火后形成的膜的均勻性起著十分重要的作用。通 常，對(duì)非晶硅和多晶硅膜進(jìn)行常規(guī)激光退火需要約250mJ/cr^或更高的激光能 流。例如，當(dāng)激光能流低于約100mJ/cn^時(shí)，非晶硅和多晶硅膜的表面甚至不 會(huì)熔化，所發(fā)生的只不過是對(duì)膜進(jìn)行一定的加熱而已。然而，這種高激光能流 的熱沖擊可能又會(huì)對(duì)下層低溫基板材料形成破壞。
令人感到驚訝的是，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，納米線的熔化閾值遠(yuǎn)低于成塊的 硅(例如，非晶硅或多晶硅膜)，這表明可以在以低激光能流(例如，約小于 100mJ/cm2、約小于50mJ/cm2、約小于20mJ/cm2或介于2-18 mJ/cm2之間的激 光能流)進(jìn)行脈沖激光退火之后，使用PIII對(duì)NW-TFT中所用的納米線(例如 NW薄膜中所含的納米線)進(jìn)行有效地?fù)诫s和退火。由此，可以使用適合于塑 料基板的波長相對(duì)長一些的激光器(例如，使用Nd:YAG或Nd:YLF激光器， 其波長約大于400納米，例如約大于500納米)和/或低功率設(shè)置下的波長較短 的激光器(例如，準(zhǔn)分子激光器)，來進(jìn)行這種激光退火，從而避免了聚合物 (和其它低熔點(diǎn)的)基板中紫外吸收所造成的深度熱沖擊。通過使用這種PIII 摻雜和脈沖激光退火技術(shù)，可以在無需使用昂貴的常規(guī)離子注入和熱退火工藝 (這些工藝可能對(duì)下層低溫(例如，塑料)基板形成熱破壞)的情況下，產(chǎn)生 納米線晶體管上的低阻抗歐姆接觸(從而使跨導(dǎo)和/或接觸阻抗得到改進(jìn))。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例，等離子體浸沒式離子注入(PIII)可用于對(duì)基板 上的納米線和其它基于納米元件的器件進(jìn)行摻雜。例如，揭示了一種對(duì)樣品上 的至少一個(gè)納米線部分進(jìn)行摻雜的方法，該方法一般包括將樣品裝入腔中，其中該樣品上面包括至少一個(gè)納米線且該納米線包括至少一個(gè)暴露部分；將電 位耦合到樣品上；以及將等離子體引入腔中，該等離子體包括摻雜材料的離子； 由此將等離子體中的離子注入到上述至少一個(gè)納米線中的至少一個(gè)暴露部分。 該樣品可以包括柔性塑料基板(或其它低溫基板)，這種基板上面具有沉積的 納米線薄膜，由此可以使用PIII接觸摻雜在納米線薄膜中形成漏極和源極觸點(diǎn) 區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的其它方面，揭示了一種對(duì)樣品上的至少一個(gè)納米線進(jìn)行退火 的方法，該方法一般包括用小于約100mJ/cm2 (例如，小于約50mJ/cm2，或 小于約20mJ/cm2)的激光能流對(duì)樣品上的至少一個(gè)納米線(例如，納米線薄膜 中所包含的納米線)的區(qū)域進(jìn)行照射。因?yàn)槭辜{米線熔化所需的激光能流是很 低的，所以有利的是，可以使用像脈沖式Nd:YLF (釹:釔鋰氟化物)激光器或 Nd:YAG (釹:釔鋁石榴石)激光器等波長較長的激光器來進(jìn)行上述激光退火， 這些激光器發(fā)出不容易被低溫(例如，塑料)基板吸收的可見光(由此避免了 深度熱沖擊)，這些激光器也很容易買得到，相對(duì)便宜，并且很容易整合到納 米線器件制造工藝流程中。另外，也可以用波長較短的激光器(比如準(zhǔn)分子激 光器)來進(jìn)行上述激光退火-盡管存在這樣一個(gè)事實(shí)即塑料基板在短波長(例 如，在UV光范圍中)處具有高吸收性-因?yàn)閷?duì)納米線進(jìn)行退火工藝同時(shí)又不 使納米線熔化所必需的激光能流是足夠低的，以至于不會(huì)對(duì)下層基板形成明顯 的熱破壞。上述激光器最好具有大約介于2-18mJ/cn^之間的激光能流(例如， 大約介于6-14mJ/cn^之間)，以激活納米線的選定區(qū)域(例如，源極和漏極區(qū) 域)中的摻雜離子和/或修復(fù)PIII離子注入之后納米線中的晶體破損，同時(shí)又不 使納米線(或下層基板)熔化。在制造像晶體管、二極管、電阻器等半導(dǎo)體器 件的過程中，退火可以作為摻雜劑激活工藝的一部分來使用。
用激光能量照射的至少一個(gè)納米線區(qū)域可以包括源極區(qū)域和漏極區(qū)域，或 者可以包括一個(gè)或多個(gè)柵極區(qū)域。上述至少一個(gè)納米線可能被包括在樣品上所 沉積的(例如，從溶液中沉積的)納米線薄膜中。上述至少一個(gè)納米線可以包 括內(nèi)芯和至少一個(gè)環(huán)繞著內(nèi)芯而設(shè)置的殼層，比如自然的氧化層或沉積的氧 化層。在源極和漏極區(qū)域內(nèi)可以去除(例如，通過蝕刻)上述至少一個(gè)殼層在 納米線末端的選定部分，以形成上述至少一個(gè)納米線芯的金屬觸點(diǎn)。在用激光能量照射樣品之前，例如，可以利用等離子體浸沒式離子注入來 注入摻雜離子，從而將摻雜離子注入到上述至少一個(gè)納米線中。本發(fā)明還可以 任選地包括至少用第二種激光(比如Ar激光)來照射納米線的選定區(qū)域， 其中第一種激光使納米線的半導(dǎo)體材料成核，而第二種激光保持納米線的溫度 以修復(fù)摻雜過程中對(duì)納米線形成的任何破壞。上述樣品可以包括像玻璃或塑料 基板這樣的低熔點(diǎn)材料，該材料對(duì)于退火激光而言基本上是透明的，由此上述 激光波長基本上不被樣品吸收。在本發(fā)明的相關(guān)方面，揭示了一種對(duì)樣品上的至少一個(gè)納米線進(jìn)行退火的 方法，該方法一般包括對(duì)樣品上的至少一個(gè)納米線的區(qū)域發(fā)射激光束，以便 于引起至少一個(gè)納米線退火，其中激光束具有可見光范圍中的波長。該方法可 以包括脈沖發(fā)出激光束，對(duì)慘雜區(qū)域進(jìn)行退火。激光束可以是從選自下列的激光光源中發(fā)出的Nd: YLF (釹:釔鋰氟化物)激光光源或Nd: YAG (釹: 釔鋁石榴石)激光光源(或其它合適的長波長激光光源)。上述激光束最好具 有小于約100mJ/cm2的能流(例如，小于約50mJ/cm2，或小于約20mJ/cm2，或 介于約2-18mJ/cm2之間，或介于約6-14mJ/cm2之間)。在本發(fā)明的另一個(gè)方面，揭示了一種在器件基板的有源器件區(qū)域上制造場(chǎng) 效應(yīng)晶體管的方法，該方法一般包括在器件基板上沉積至少一個(gè)納米線；將 摻雜離子注入到上述至少一個(gè)納米線的至少源極和漏極區(qū)域中，以便形成源極 和漏極接觸結(jié)；以及用其能流約小于100mJ/cr^的脈沖激光器來進(jìn)行激光熱退 火，以便激活源極和漏極接觸結(jié)內(nèi)的摻雜離子。脈沖激光器可以選自Nd: YLF (釹:釔鋰氟化物)激光器；Nd:YAG (釹:釔鋁石榴石)激光器；或準(zhǔn)分子激 光器(比如KrF激光器)。脈沖激光最好具有小于約100mJ/cr^的能流(例如， 小于約50mJ/cm2，或小于約20mJ/cm2，或介于約2-18mJ/cm2之間，或介于約 6-14mJ/cr^之間)。注入摻雜離子的步驟可以包括利用等離子體浸沒式離子 注入來注入摻雜離子。在本發(fā)明的另一個(gè)方面，揭示了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括基板，其表面沉 積了至少一個(gè)納米線；至少一個(gè)第一激光光源，用于向基板表面上的至少一個(gè) 納米線的摻雜區(qū)域發(fā)射其能流大約小于100mJ/cn^的激光束；其中激光束是以 脈沖方式發(fā)出的，以便對(duì)摻雜區(qū)域進(jìn)行退火。該系統(tǒng)還可以包括第二激光光源，用于對(duì)摻雜區(qū)域發(fā)射第二激光束。摻雜區(qū)域可以包括上述至少一個(gè)納米線的源 極和漏極區(qū)域或一個(gè)或多個(gè)柵極區(qū)域。該基板還可以包括光緩沖層(例如， 該緩沖層對(duì)可見光基本上透明)，該光緩沖層可沉積在基板上且位于上述至少 一個(gè)納米線的下面；以及熱緩沖層，該熱緩沖層可沉積在光緩沖層的上面或下 面。熱緩沖層用作一種熱緩沖，以分散來自光緩沖層的任何熱量，從而減小基 板的表面溫度。上述至少一個(gè)納米線可以包括在基板上所沉積的納米線薄膜 內(nèi)。下文將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的其它實(shí)施例、特征和優(yōu)點(diǎn)以及本發(fā)明各 種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和操作。


圖1示出了制造納米線薄膜晶體管器件的示例性常規(guī)步驟。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例用于迸行等離子體離子浸沒式注入(PHI)的系統(tǒng)200的示例。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的示例性脈沖激光退火(PLA)系統(tǒng)300。圖4A-B示出了利用低激光能流以變化的脈沖對(duì)納米線中的硼摻雜劑進(jìn)行 激活所用的準(zhǔn)分子激光退火；圖4A示出了在使用準(zhǔn)分子激光退火的情況下各 激光能流處的納米線阻抗；圖4B示出了在使用準(zhǔn)分子激光退火的情況下納米 線阻抗與激光能量的脈沖數(shù)之間的關(guān)系。圖5A-G是示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的多個(gè)工藝步驟的示意圖，其中包括 在生長基板上生長納米線、將這些納米線轉(zhuǎn)移到器件基板上以及利用PIII和脈 沖激光退火在納米線中形成源極和漏極觸點(diǎn)區(qū)域。圖6是在實(shí)施本發(fā)明方法的過程中可以使用的一種巻式處理系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施方式
應(yīng)該理解的是本文所圖示和描述的特定實(shí)現(xiàn)方法都是本發(fā)明的示例，并 且并不試圖以任何方式對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限制。當(dāng)然，為了簡明，本文不再 詳細(xì)描述常規(guī)的電子器件、制造、半導(dǎo)體器件以及納米管、納米棒、納米線和 納米帶技術(shù)和系統(tǒng)的其它功能方面(以及系統(tǒng)的各個(gè)獨(dú)立操作部件)。此外，為了簡明，本文常常在涉及含納米線的半導(dǎo)體晶體管器件的情形中對(duì)本發(fā)明進(jìn) 行描述。然而，本發(fā)明并不限于納米線，像納米管、納米棒、納米觸須、納米 帶等其它納米結(jié)構(gòu)都可以使用。此外，盡管在所論及的特定實(shí)現(xiàn)方法中提供了納米線的數(shù)目及其納米線的間距，但是這些實(shí)現(xiàn)方法并不是限制性的，很寬范 圍的納米線數(shù)目和間距都可以使用。應(yīng)該理解的是本文所描述的制造技術(shù)可 以用于創(chuàng)建任何半導(dǎo)體器件類型和其它電子部件類型。此外，這些技術(shù)將適用 于電學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、消費(fèi)類電子設(shè)備、工業(yè)電子設(shè)備、無線系統(tǒng)、空間應(yīng) 用等方面的應(yīng)用或任何其它應(yīng)用。在本文中，術(shù)語"納米線" 一般是指任何細(xì)長的導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料，它包括 至少一個(gè)小于500納米(最好小于100納米)的橫截面尺寸并且具有大于10 (大 于50較佳，大于100更佳)的長寬比(長度:寬度)。這種納米線的示例包括國 際專利申請(qǐng)WO 02/17362、 WO 02/48701和01/03208中所描述的半導(dǎo)體納米線； 碳納米管；以及其它類似尺寸的細(xì)長導(dǎo)電或半導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。盡管本文所描述的示例性實(shí)現(xiàn)方法主要使用硅，但是其它類型的納米線(以 及像納米帶、納米管、納米棒等其它納米結(jié)構(gòu))都可以使用，其中包括由選自下列 半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的半導(dǎo)體納米線Si, Ge, Sn, Se, Te, B， C (包括金剛石)，P， B- C, B-P (BPo) , B-Si, Si陽C, Si隱Ge, Si誦Sn和Ge-Sn, SiC, BN/BP/BAs, AlN/AlP/AlAs/AlSb, GaN/GaP/GaAs/GaSb, 固/MVInAs/InSb, B薦P/BAs, AlN/AlP/AlAs/AlSb， GaN/GaP/GaAs/GaSb， InN/InP/InAs/InSb, ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe, CdS/CdSe/CdTe, HgS/HgSe/HgTe, BeS/BeSe/BeTe/MgS/MgSe, GeS, GeSe, GeTe, SnS, SnSe， SnTe, PbO, PbS, PbSe, PbTe, CuF, CuCl, CuBr, Cul, AgF, AgCl, AgBr， Agl， BeSiN2， CaCN2: ZnGeP2， CdSnAs2, ZnSnSb2, CuGeP3， CuSi2P3， (Cu,Ag) (A1, Ga, In, Tl, Fe) (S， Se,Te) 2, Si3N4， Ge3N4， A1203, (A1, Ga,In) 2 (S, Se,Te) 3，A12CO;以及 兩種或更多種這類半導(dǎo)體的適當(dāng)組合。在某些方面，半導(dǎo)體可以包括選自下列的摻雜劑周期表第m族的p型摻雜 劑；周期表第V族的n型摻雜劑；選自B、 Al和In的p型摻雜劑；選自P、 As 和Sb的n型摻雜劑；周期表第II族的p型摻雜劑；選自Mg、 Zn、 Cd和Hg的p 型摻雜劑；周期表第IV的p型摻雜劑；選自C和Si的p型摻雜劑；或選自Si、 Ge、 Sn、 S、 Se和Te的n型摻雜劑。14另外，納米線可以包括碳納米管、或?qū)щ姷幕虬雽?dǎo)電的有機(jī)聚合物材料(例 如，并五苯和過渡金屬氧化物)。因此，盡管本文中為了解釋說明而不斷提及術(shù)語"納米線"，但是本文也包 含納米管的使用。納米管可以按組合形式/納米管薄膜的形式來形成，就像針對(duì)納 米線所描述的那樣，單獨(dú)或者與納米線組合起來以便提供本文所描述的特性和優(yōu) 點(diǎn)。此外，值得注意的是，本發(fā)明的納米線薄膜可以是一種"非均勻的"膜，它 包括半導(dǎo)體納米線和/或納米管和/或不同組成和/或結(jié)構(gòu)特征的任何組合。例如， "非均勻的膜"可以包括具有不同直徑和長度的納米線/納米管；以及具有不同特征的"異質(zhì)結(jié)構(gòu)"的納米線和/或納米管，其中包括芯-殼納米線/納米管結(jié)構(gòu)和沿著納米線/納米管的長度而具有不同組成的納米線/納米管，例如，2002年3月29 日提交的題為"Methods of Fabricating Nanostructures and Nanowires and Devices Fabricated Therefrom,"的美國專利申請(qǐng)No. 10/112,578對(duì)此有過描述，該專利申請(qǐng) 整體引用在此作為參考。在本發(fā)明中，盡管詳細(xì)描述的焦點(diǎn)涉及在塑料基板上使用納米線薄膜，但 是納米線所附著的基板可以包括其它材料，包括但不限于均勻的基板，例如像 硅、玻璃、石英、聚合物等固體材料的基板；大的剛性固體材料板，例如玻璃、 石英、塑料(比如聚碳酸酯、聚苯乙烯等)；或者可以包括附加元件，例如結(jié) 構(gòu)的、組成的等。還可以使用柔性基板，比如一巻塑料(比如聚烯烴類、聚 酰胺和其它)；透明基板；或這些特征的組合。另外，基板可以包括其它電路 或結(jié)構(gòu)元件，這些電路或結(jié)構(gòu)元件是最終想要的器件的一部分。這種元件的特 定示例包括像電觸點(diǎn)、其它引線或?qū)щ娡返入妼W(xué)電路元件，其中包括納米 線或其它納米尺度的導(dǎo)電元件；光學(xué)和/或光電元件(例如，激光器、LED等)； 以及結(jié)構(gòu)元件(例如，微懸臂、凹坑、阱、立柱等)。基本上"對(duì)齊"或"定向"意指許多納米線中的多數(shù)納米線的縱軸被定向 成在單個(gè)方向的30度以內(nèi)。盡管在各種實(shí)施例中多數(shù)可以被視為大于50%的納米 線數(shù)目，但是其它百分比的納米線(比如60%, 75%, 80%, 90%)都可以被視為如 此定向的大多數(shù)。在某些較佳的方面，大多數(shù)納米線被定向成在所希望方向的10度以內(nèi)。在其它實(shí)施例中，大多數(shù)納米線可以被定向成在所希望方向的其它度數(shù)或 范圍以內(nèi)。應(yīng)該理解的是，本文中的空間描述(例如，"上方"、"下方"、"上"、 "下"、"頂部"、"底部")僅是說明性的，并且本發(fā)明的器件可以按任何定向 或方式來進(jìn)行空間排列。I.改進(jìn)的接觸摻雜和退火的實(shí)施例本發(fā)明的各實(shí)施例適用于改進(jìn)的接觸摻雜和退火系統(tǒng)以及工藝。這些實(shí)施 例都是示例性的而非限制性的。根據(jù)本文的描述，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將明顯 看到本發(fā)明的其它操作和結(jié)構(gòu)實(shí)施例。這些其它實(shí)施例都在本發(fā)明的范圍和精 神之內(nèi)。共同待批且一起轉(zhuǎn)讓的美國專利申請(qǐng)10/674,060 (題為"Large-Area Nanoenabled Macroelectronic Substrates And Uses Therefor"且于2003年9月30日提交)描述了用于高性能大面積薄膜電子器件的方法和系統(tǒng)，該方法和系統(tǒng)提供了 硅基板的電學(xué)性能，但可以在柔性塑料基板上進(jìn)行大面積低溫處理工藝。該申請(qǐng)所 描述的基板包括沉積于其中且被配置成按晶體管來操作的半導(dǎo)電納米線薄膜。這些 薄膜晶體管也可以被稱為納米束晶體管(NBT)。這些薄膜晶體管允許使用常規(guī)半導(dǎo)體工藝(比如CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半 導(dǎo)體)工藝)，以便能夠在柔性基板上以低溫方式形成高性能、低功率、大面積電 子器件，這是一種真正的"塑料上的半導(dǎo)體(semiconductor-on-plastic)"技術(shù)。 示例性NBT具有如下性能特征大于100cm2/V-s的遷移率；大于106的通斷電流 比；在小于5V的器件工作電壓下，導(dǎo)通電流為lmA且閾值電壓小于IV。盡管NBT可與柔性基板上的低溫和超大面積的工藝相兼容，但是它們的源極 和漏極觸點(diǎn)通常是利用常規(guī)離子束和高溫?zé)嵬嘶鸢雽?dǎo)體工藝制成的。這種源極和漏 極觸點(diǎn)形成工藝卻與適用于NBT的低溫柔性基板不兼容。這一步驟通常是唯一需 要高溫的工藝步驟，因此是妨礙使用柔性塑料基板的主要阻礙。因此，需要新穎的 低溫工藝來形成與納米線晶體管的歐姆接觸。圖1的流程100示出了用于制造NBT器件的示例性常規(guī)步驟。流程100的步 驟簡述如下。在步驟102中，納米線是在高溫下合成的。例如，納米線可以由任何種類的半導(dǎo)體材料所制成，其中包括硅。此外，納米線可以是單晶或其它類型。納 米線可以采用任何方式來合成/制造。在步驟104中，進(jìn)行熱氧化，以便在納米線周圍生長一層形狀一致的薄氧化 殼層。在晶體管應(yīng)用中，該殼層用作完整的柵極電介質(zhì)。在步驟106中，納米線被 轉(zhuǎn)移到基板上以形成均勻的薄膜。例如，步驟106可以在室溫下或其它溫度下進(jìn)行。 這些納米線可以彼此對(duì)齊或不對(duì)齊。這些納米線可以被密集地壓縮，或者按特定應(yīng)用所要求的那樣來壓縮。在步驟108中，形成柵極。例如，步驟108可以在低溫下 (<100 QC)進(jìn)行，比如通過使用標(biāo)準(zhǔn)薄膜沉積和光刻工藝。在步驟110中，進(jìn)行 空白離子注入，以便對(duì)柵極和觸點(diǎn)區(qū)域(例如，源極和漏極區(qū)域)進(jìn)行摻雜。在步 驟112中，使用熱退火工藝來激活摻雜劑并且使納米線晶格結(jié)構(gòu)重新結(jié)晶，以便去 除離子注入過程中所引起的晶體損傷。在步驟114中，進(jìn)行電介質(zhì)膜沉積工藝，使 器件鈍化。在步驟116中，進(jìn)行通孔形成工藝，以打開上述觸點(diǎn)。在步驟118中， 根據(jù)需要進(jìn)行金屬化工藝，以形成互連。流程100中除步驟106 (納米線沉積)以外的步驟都可使用常規(guī)的TFT (薄膜 晶體管)制造技術(shù)。這就是NBT技術(shù)的益處。例如，在硅材料實(shí)施例中，因?yàn)榘?導(dǎo)體納米線由硅制成而柵極電介質(zhì)由Si02制成，所以沒有必要改變制造工藝。利 用該工藝，可以形成其性能與同等程度摻雜的結(jié)晶硅MOS器件相接近的NBT (例 如，p-MOSNBT的跨導(dǎo)為0.75ixS4im，而與之相比的是常規(guī)p-MOS單晶硅器件的 跨導(dǎo)為l.O,m)。對(duì)于具有希望的器件性能特征而言，具有足夠多的連接NBT的源極和漏極區(qū)域的觸點(diǎn)是重要的。例如，這種希望的特征包括低串聯(lián)阻抗和高跨導(dǎo)。在常規(guī)的 半導(dǎo)體工藝中，觸點(diǎn)形成包括接觸摻雜(例如，流程100中的步驟110)，之后還 包括熱退火，以便于重新結(jié)晶和摻雜劑激活(例如，流程100中的步驟114)。目 前，在高級(jí)半導(dǎo)體器件中形成觸點(diǎn)的方法使用了低能量離子注入和快速熱退火。低 離子能量對(duì)于控制摻雜劑分布(即，摻雜劑在半導(dǎo)體中的分布)是必要的，以便形 成非常淺的結(jié)(例如，小于50納米)。快速熱退火允許較低的熱平衡，這使摻雜 劑擴(kuò)散得最少，并且快速熱退火允許良好的結(jié)分布控制。除了形成良好觸點(diǎn)的這些 要求以外，對(duì)于納米線宏觀電子器件而言，若干其它因素也需要考慮。這些包括低離子能量可用于形成淺結(jié)并且用于控制摻雜劑分布，以避免對(duì)納米線中的 晶格結(jié)構(gòu)造成永久損壞(像上述那樣)。例如，摻雜劑離子在離子注入過程中不應(yīng) 該完全穿透納米線，所以一部分下層結(jié)晶結(jié)構(gòu)可得以保持以利于重新結(jié)晶過程中的 恢復(fù)。納米線具有三維結(jié)構(gòu)。進(jìn)行納米線的共形離子摻雜，使得在整個(gè)納米線周圍 形成均勻表面的摻雜劑。值得注意的是，常規(guī)離子束注入通常導(dǎo)致不均勻的摻雜分 布，因?yàn)檫@些離子是通過使用聚焦的束線而被注入的，因此，很難利用離子束在納 米線周圍對(duì)納米線進(jìn)行均勻的摻雜。希望能夠?qū)⑸鲜黾夹g(shù)應(yīng)用于大尺度電子器件應(yīng)用，比如巻式工藝。在使用目 前的離子束注入方法的情況下，存在著一個(gè)幾乎線性的"工藝時(shí)間-基板尺寸"。 因此，從經(jīng)濟(jì)方面考慮，按比例調(diào)節(jié)成大基板并不總是可行。對(duì)于柔性塑料基板上待形成的納米線器件而言，希望工藝溫度較低。常規(guī)半 導(dǎo)體熱處理(爐退火或快速熱處理)需要高溫(例如，大于50(TC)，這不適于塑 料基板。本發(fā)明的各實(shí)施例克服了這些上述局限。在各實(shí)施例中，使用等離子體離子浸沒式注入(pm)工藝來進(jìn)行接觸摻雜。此外，在各實(shí)施例中，使用脈沖激光退火工藝(LAP)進(jìn)行重新結(jié)晶化和摻雜劑激活。這些工藝可具有下列優(yōu)點(diǎn)可以使用占空比約為l-5毫秒之間(例如，l-3毫秒之間)的低離子注入能量 (例如，小于5kV，例如，約l-2kHz之間)。因此，可以更好地控制會(huì)損傷納米 線的潛在晶體結(jié)構(gòu)。為了對(duì)源極/漏極觸點(diǎn)進(jìn)行重?fù)诫s和可控?fù)诫s從而形成較低的 接觸和串聯(lián)阻抗，可以進(jìn)行高劑量率注入。針對(duì)納米線中和周圍均勻的表面載流子 濃度，可以實(shí)現(xiàn)共形摻雜分布。這些工藝很容易針對(duì)大規(guī)格的基板進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中 包括巻式制造工藝?？梢詫?shí)現(xiàn)真正的低溫工藝，從而能夠使用高溫環(huán)境下無法處理 的柔性塑料基板。可以增強(qiáng)現(xiàn)存的高密度等離子體系統(tǒng)，用于低成本系統(tǒng)注入。 這些工藝都與CMOS技術(shù)兼容。下面的段落將采用更詳細(xì)的示例實(shí)施例來描述利用等離子體離子浸沒式注入 (PIII)工藝進(jìn)行接觸摻雜和脈沖激光退火工藝(LAP)以便于重新結(jié)晶和摻雜劑 激活。根據(jù)下面的描述，本發(fā)明的其它操作和結(jié)構(gòu)實(shí)施例對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人 員而言將是顯而易見的。a.使用PIII形成觸點(diǎn)的實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，Pin可用于對(duì)基板上的納米線和其它基于納米元件的 器件進(jìn)行摻雜。例如，在流程100的步驟110中，可以使用PIII，而不是使用常規(guī) 的摻雜技術(shù)。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例可用于接觸摻雜的常規(guī)PIII反應(yīng)系 統(tǒng)200。系統(tǒng)200包括源腔202、處理腔204、基板支架208、等離子體發(fā)生器或源 210，以及電壓/電位源212。圖2所示的等離子體源210產(chǎn)生等離子體220，該等 離子體220具有足夠高密度和足夠高能量的離子，以便對(duì)基板206的希望區(qū)域進(jìn)行 充分的摻雜劑注入，同時(shí)不損傷基板206。在該示例中，等離子體源210包括微波源214、氣體源216和磁線圈218。例 如，等離子體源210可以是商用的調(diào)節(jié)方便的1500-瓦ECR(電子回旋加速器諧振) 2.45GHz微波源。氣體源216提供了通常與惰性氣體混在一起的摻雜劑材料氣體。 微波源214將該氣體輻射成等離子體形式。例如，通過使用TEIO矩形到TE10圓 形模式轉(zhuǎn)換器，便可以將能量耦合到直徑6英寸的源腔202中，與常規(guī)耦合方案相 比，該轉(zhuǎn)換器消除了方位角等離子體的非均勻性并提供了增大的徑向均勻性。在根 據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)踐PIII摻雜的過程中，也可以使用其它高密度等離子體設(shè)備。等離子體220從源腔202中擴(kuò)展到直徑為18英寸、長度為30英寸的處理腔 204，在處理腔204中進(jìn)行注入。處理腔204中所產(chǎn)生的等離子體離子222注入基 板206?；?06被基板支架208固定在腔204中，基板支架208耦合到電位源212。 比如，通過Rogowski環(huán)路，可以監(jiān)控注入基板206的離子222的基板電流(或單 位脈沖的電荷)。在微波功率為IOOO瓦特的情況下，在基板支架208處可以達(dá)到 10夂10"/cm3的離子密度。在該示例中，在脈沖操作的情況下，最大劑量率約為 10"/cm、脈沖；而在DC操作的情況下，約為10H因?yàn)闆]有離子輸運(yùn)光學(xué)器件和質(zhì)量選擇，所以PIII能夠提供較高的離子通量。 它也是一種非"視線"工藝，與常規(guī)束離子注入不同。因此，這能夠在像納米線這 種非平面表面上產(chǎn)生均勻的共形摻雜分布。例如，利用該技術(shù)，可以在納米線的周 圍對(duì)納米線進(jìn)行均勻摻雜。PIII有大量的優(yōu)點(diǎn)和有益的特征。例如，PIII并不受正常的熱力學(xué)限制(比如 雜質(zhì)可溶性)的影響。PIII所用的裝備與等離子體蝕刻器或沉積所用的裝備相似，并且比束離子注入器簡單許多。注入通量可以相對(duì)很高。通過改變?cè)O(shè)備參數(shù)，多種 工藝(比如，同時(shí)的和連續(xù)的注入、沉積和蝕刻)都是可行的。如上所述，在制造NBT器件的過程中制造連接著納米線的觸點(diǎn)的步驟是納米線的源極-漏極摻雜，以形成p+Zn (或其它p/n摻雜水平)結(jié)?？梢愿淖働III工 藝，以便使用PIII來形成具有低寄生阻抗的納米線FET的源極-漏極區(qū)域。平面MOSFET摻雜可以對(duì)納米線形成像10納米這樣淺的結(jié)。納米線呈現(xiàn)非 平面的表面(例如，圓形的橫截面)。在PIII的情況下，通過等離子體來進(jìn)行離 子的注入，等離子體據(jù)其本性就是非方向性的并且將與表面一致。為了實(shí)現(xiàn)摻雜控 制，可以控制等離子體的氣體壓力，以便控制離子-氣體碰撞的平均自由程。當(dāng)離 子獲取能夠橫穿等離子體外層的動(dòng)能時(shí)，這將使離子軌跡隨機(jī)化。結(jié)果，在熱處理 之后，在引線深度范圍內(nèi)出現(xiàn)共形注入和摻雜分布均勻性。另外，在注入期間可以 使用多個(gè)偏壓波形，以產(chǎn)生各種不同的離子穿透深度。各種不同離子穿透深度的疊 加可以在納米線橫截面上產(chǎn)生了更均勻的注入分布。在示例實(shí)施例中，NBT器件可以包括自對(duì)準(zhǔn)或非自對(duì)準(zhǔn)的多晶硅柵極。通過 使用PIII，可以同時(shí)對(duì)源極/漏極和柵極進(jìn)行摻雜工藝。對(duì)于厚度等于或者小于1000 埃的柵極而言，為了在多晶硅層上實(shí)現(xiàn)均勻摻雜，在觸點(diǎn)區(qū)域中離子穿透到納米線 中的深度應(yīng)該小于500埃?？梢允褂肞III工藝的控制來減小寄生效應(yīng)(比如，聚 耗盡)或使其最小化。此外，在激光退火工藝中可以控制多晶硅柵極的晶粒結(jié)構(gòu)， 以提高摻雜效率從而減小薄層方塊阻抗。b.適用于觸點(diǎn)區(qū)域的激光退火工藝的實(shí)施例在有源矩陣液晶顯示器(AMLCD)應(yīng)用的多晶硅薄膜晶體管(TFT)的制造 過程中，已使用脈沖激光退火(PLA)工藝。與PLA相比，常規(guī)爐退火往往非常 慢，具有高熱平衡，并且不適用于塑料基板?；蛘?，非常快速的熱退火(VRTA) 工藝包括1秒量級(jí)的加熱周期，并且需要高的峰值溫度，這些都與低溫基板(例如， 玻璃或塑料基板)不兼容。相反，PLA所產(chǎn)生出的TFT的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于爐退火和VRTA所能實(shí)現(xiàn)的TFT 的性能。根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例，使用PLA對(duì)基板上的納米線和其它基于納米元件的器件進(jìn)行退火。例如，在流程100的步驟112中可以使用PLA，而不使用常 規(guī)退火技術(shù)。通過使用PLA，可以獲得塑料(或其它材料)基板上的高性能TFT。關(guān)于摻雜的納米線，根據(jù)本發(fā)明使用脈沖激光退火或加熱，以便使納米線材 料重新結(jié)晶并激活摻雜劑分布。在等離子體離子注入之后，會(huì)損傷半導(dǎo)體的晶體結(jié) 構(gòu)，因?yàn)殡x子嵌入在晶體的晶格中。重新結(jié)晶可使原子從間隙位置移回到合適的原 子位置，以修復(fù)摻雜工藝中所引入的注入損傷。此外，該工藝提供能量來驅(qū)動(dòng)固相 摻雜劑活化，由此所注入的離子可以化學(xué)鍵合到半導(dǎo)體晶格中能量較低的間隙位 置，從而改善其電學(xué)性能。由此，PLA可用于激活并修復(fù)摻雜工藝中對(duì)NBT的源極-漏極觸點(diǎn)區(qū)域形成 的損傷。在一個(gè)實(shí)施例中，NBT的高遷移率柵極區(qū)域(在TFT制造過程中未被注 入)是完美的單晶，因此并不需要重新結(jié)晶化。然而，在備選的實(shí)施例中，可以使 用PLA對(duì)柵極區(qū)域進(jìn)行退火工藝。本發(fā)明的發(fā)明人驚人地發(fā)現(xiàn)與常規(guī)塊狀硅(例如，非晶硅或多晶硅)相比， 可以在較低的激光能流下利用激光退火對(duì)NW-TFT中的NW薄膜進(jìn)行有效地退火， 例如，所用的激光能流小于約100mJ/cm、例如，小于約50mJ/cm2，小于約20mJ/cm2， 或介于2-16mJ/cr^之間)，由此可以避免較高的激光能流對(duì)聚合物(或其它低熔 點(diǎn))基板的熱沖擊。通過使用波長更長的激光器(例如，Nd: YAG或Nd: YLF激 光器等，其波長在可見光范圍中(例如，大于約400納米的波長、大于約500納米 的波長)，這些波長適用于塑料基板)和/或通過使用波長較短的激光器(例如， 低功率等級(jí)的準(zhǔn)分子激光器)，利用這種脈沖激光退火技術(shù)，可以產(chǎn)生納米線晶體 管上的低阻抗歐姆接觸(例如，產(chǎn)生提高的跨導(dǎo)和/或接觸阻抗)，同時(shí)不使用常 規(guī)熱退火工藝(常規(guī)熱退火工藝需要昂貴的激光器設(shè)備并且可能對(duì)下層低溫基板形 成損傷)。不受特定理論的限制，認(rèn)為使納米線退火所需的激光能流明顯低于塊硅 薄膜(例如，非晶硅和多晶硅膜)，因?yàn)榧{米線具有很高的表面/體積比，它可具 有比基于塊的系統(tǒng)更高的熱激光耦合效率以及類似于絕熱系統(tǒng)的良好的熱約束。圖3示出了本發(fā)明一實(shí)施例的示例性PLA系統(tǒng)300。 PLA系統(tǒng)300包括激光 光源302。激光光源302將激光束306對(duì)準(zhǔn)著靶樣品304 (例如，基板或其它基板) 上，并且脈沖式發(fā)射引起靶樣品304的退火。例如，激光源302是波長約為524 納米的Nd:YLF (釹:釔鋰氟化物)激光器、波長約為532納米的Nd:YAG (釹:釔鋁石榴石)激光器、準(zhǔn)分子激光器(例如，波長約為248納米的KrF激光器)、 或其它合適的激光光源。光學(xué)設(shè)備308可以是任選的，用于幫助將激光束306對(duì)準(zhǔn) 到靶樣品304。通常，使用短脈沖持續(xù)時(shí)間，盡管在某些應(yīng)用中也可以使用較長的 脈沖持續(xù)時(shí)間。當(dāng)脈沖持續(xù)時(shí)間較短時(shí)(例如，小于100ns)，靶樣品304的表面基本上沒有 被加熱。因?yàn)樵摫砻嬷械臏囟却┩干疃容^淺(例如，小于0.1pm)，所以可以在靶 樣品基板上有選擇地沉積一層薄的緩沖隔熱膜，以防止基板的熱量下降。例如，在 將納米線(或其它納米元件)定位到基板上之前，可以在基板上沉積隔熱膜。隔熱 膜可以是任何隔離材料，包括氧化鋁、氧化硅或其它隔離材料。可以將對(duì)可見光能 量基本上透明的光學(xué)緩沖層(例如，BaTi03、 Mg02等)選擇性地沉積在隔熱膜的 上面和下面，有助于防止對(duì)下層基板形成熱損傷。值得注意的是，可以提供成像設(shè)備310，以輔助激光光源302對(duì)準(zhǔn)樣品304。 例如，成像設(shè)備310可以包括照相機(jī)、電荷耦合器件(CCD)、光電二極管、或 其它成像設(shè)備，用于拍攝圖像樣品304。成像設(shè)備310可以包括像激光器這樣的光 源，對(duì)樣品304進(jìn)行照明，從而產(chǎn)生待拍攝的樣品304的圖像。成像設(shè)備310可以 包括硬件、軟件和/或固件，其中包括處理器，用于處理所拍攝的圖像信息并將定 位信息提供/反饋給激光光源302。例如，可以使用同步染料激光器，提供激光退火 過程的時(shí)間分辨成像。電荷耦合器件(CCD)照相機(jī)(未示出)或其它圖像拍攝 設(shè)備可以接收反射光，以產(chǎn)生定位信息。該定位信息可以由耦合到照相機(jī)的計(jì)算機(jī) 來產(chǎn)生，以提供靶控制。在圖4A-B所示的實(shí)施例中，在各種能流比如7.6 mJ/cm2 (圖4A中的標(biāo)號(hào) 402) 、 1UmJ/cm2 (圖4A中的標(biāo)號(hào)406) 、 12.5 mJ/cm2 (圖4A中的標(biāo)號(hào)404) 和18.7mJ/cm2 (圖4A中的標(biāo)號(hào)408)以及不同的脈沖個(gè)數(shù)(例如，圖4B中的標(biāo) 號(hào)412和414分別示出了在大小為12.5和11.1mJ/cn^的激光能流下的一個(gè)脈沖； 標(biāo)號(hào)410和416分別示出了在大小為12.5和11.1mJ/cm2的激光能流下的五個(gè)脈沖) 的情況下，使用準(zhǔn)分子激光器退火，從而控制石英基板上帶氧化殼(約IO納米量 級(jí)厚)的樣本納米線中的硼摻雜劑激活過程。在所示的合適激光能流下，激光退火 清晰地顯示出在不使納米線熔化的情況下納米線中的摻雜劑激活過程。即使使用單 個(gè)激光脈沖，硼摻雜劑激活水平也已足夠用于在納米線中形成歐姆漏極/源極接觸。然而，對(duì)于因擴(kuò)散受限過程而實(shí)現(xiàn)希望的低阻抗接觸而言，增大脈沖個(gè)數(shù)可能是必 需的。為了控制PLA加熱的程度，加到納米線上的能量的數(shù)量、空間分布、時(shí)間域 和分布都可以在所提供的范圍中變化。例如，激光脈沖能量的時(shí)間域可以控制在納 秒和超快(即，飛秒)尺度。在納秒時(shí)間尺度的情況下，能量沉積和溫度演化基本 上由熱處理過程驅(qū)動(dòng)著。然而，冷卻速率通常非常快(例如，大約101GK/s)，由 此有助于重新結(jié)晶化過程。相反，通過將能量沉積到載流子系統(tǒng)以及接下來的碰撞 能量轉(zhuǎn)移到晶格，就會(huì)使飛秒激光能量與晶格相耦合。因?yàn)榧{米線具有非平面的幾何尺寸，所以耦合到納米線材料中的激光能量取 決于納米線尺寸、波長(以及本征吸收穿透深度)、納米線組成(例如，本征Si02 電介質(zhì)殼厚度)以及基板特性。納米線散射尺寸參數(shù)5C按下列公式來計(jì)算式中0=納米線直徑，^=激光波長。波長X希望低于1微米。基于時(shí)域有限差分(FDTD)方法的電磁理論建?？?以用于量化納米線中的激光束吸收。在一示例實(shí)施例中，可以使用可見光波長(例 如，X- 532 nm)的納秒激光脈沖。對(duì)于可見波長而言，吸收穿透深度將是幾十納 米，這可與納米線直徑相比。在激光退火過程中，希望能夠控制摻雜劑的橫向擴(kuò)散 和偏析?？焖贌嵬嘶?RTA)工藝因固體可溶性以及不希望的摻雜劑擴(kuò)散而受限于 低電學(xué)激活，這使得很難形成陡且淺的結(jié)。激光退火可以用于形成陡峭的結(jié)分布。 在激光退火工藝中，與固相硅相比，在熔化的硅中，摻雜劑擴(kuò)散率大約高出8個(gè)數(shù) 量級(jí)，這有利于在納米線上形成均勻陡峭的摻雜劑分布。然而，因?yàn)閾诫s劑分布完 全限于納米線內(nèi)，所以觸點(diǎn)和溝道之間的橫向摻雜劑分布受到較少的控制，并且有 可能產(chǎn)生一些問題，比如橫向摻雜劑擴(kuò)散的溝道調(diào)節(jié)。為解決這個(gè)問題，可以控制 溫度，使得在能夠激活摻雜劑且消除觸點(diǎn)區(qū)域中的晶體損傷的同時(shí)不必使納米線熔 化。在低激光能流下對(duì)NBT器件進(jìn)行局部激光激活退火，并且該退火只限于 納米線，使得低溫塑料基板不被損傷。除了修改激光脈沖參數(shù)以外，可以在納 米線上使用一層(或多層)鈍化層，充當(dāng)熱緩沖(或阻擋層)，以防止熱直接 轉(zhuǎn)移到基板中。另外，可以選擇鈍化層，使之減小在納米線和鈍化電介質(zhì)層之間的界面處所引起的熱應(yīng)力。C.示例Pill和激光退火工藝步驟實(shí)施例圖5A-G示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的示例性工藝步驟，其中包括在生長基板 上生長納米線、將納米線轉(zhuǎn)移到器件基板上、使用PHI和脈沖激光退火在納米線中形成源極和漏極觸點(diǎn)區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，首先參照?qǐng)D5A，通過溶液形成的 沉積，然后直接蒸發(fā)溶劑，便可以使直徑己知的金納米顆粒(未示出)分布到硅生 長基板502上。在通過一個(gè)或多個(gè)清洗步驟去除任何有機(jī)殘余物之后，該基板可以 被置于生長爐中，以生長硅納米線504。例如，可以使用SiH4或SiC"作為生長氣 體。通過調(diào)節(jié)生長條件，其中包括生長氣體濃度、溫度和時(shí)間，便可以獲得長度高 達(dá)50^im (或更長)的納米線504。然后，可以使用像氫氟酸(HF)這樣的蒸氣蝕 刻，來去除納米線中天然的氧化物，之后像圖5B所示那樣在納米線上生長結(jié)合在 一起的柵極電介質(zhì)氧化殼(例如Si02) 506。所得到的Si/Si02芯/殼納米線504可以在室溫下去除，并且可以沉積到涂有 SiO2層510(例如，厚度約為6000埃)的器件基板508上，圖5C示出了這種情況 (為了清晰，只示出了沉積于表面的單個(gè)納米線504)并且下文會(huì)進(jìn)一步描述。通 過電子束蒸發(fā)或?yàn)R射沉積，像玻璃、不銹鋼或塑料層壓基板等低溫基板可以涂有厚 度為300-1000埃的電介質(zhì)層511 (例如，SiN) 。 SiN層用作納米線將附著于其上 的中間層，并且充當(dāng)臨時(shí)的阻熱層，用于使轉(zhuǎn)移到基板中的熱達(dá)到最少。通過使用 薄膜涂敷方法， 一個(gè)或多個(gè)附加的熱緩沖層和/或光學(xué)緩沖層(例如，A1203， Si02, MgO,BaTi03等)(未示出)也可以形成于電介質(zhì)層511上，以使基板的激光能量 吸收達(dá)到最少(例如，防止其熔化)。在使用時(shí)，光學(xué)緩沖層最好對(duì)可見光基本上 透明(即，在深UV光范圍中具有高度的光吸收)，并且該光學(xué)緩沖層最好具有高 的熱容量。納米線504可以沉積在基板上(例如，采用溶液中的納米線薄膜的形式)， 然后可以制造TFT器件。任何類型的薄膜晶體管都可以制造，其中包括柔性或剛 性的顯示器、射頻識(shí)別標(biāo)簽、束控制天線陣列、智能卡等。納米線的收集可以很容 易從溶液中組裝到任何類型的基板上，以實(shí)現(xiàn)納米線薄膜。根據(jù)本發(fā)明，可以采用 各種方式來產(chǎn)生對(duì)齊或非對(duì)齊的以及復(fù)合和非復(fù)合的納米線薄膜。隨機(jī)定向的納米線薄膜可以采用各種方式來獲得。例如，納米線可以分散在合適的溶液中(例如， 乙醇或其它溶液)。然后，通過使用旋轉(zhuǎn)鑄造、滴涂干燥、噴霧干燥、或浸漬干燥等方法，便可以將納米線沉積到希望的基板上。這些工藝可以重復(fù)進(jìn)行多次，以確 保高的覆蓋率。隨機(jī)定向的納米線/聚合物復(fù)合材料的薄膜可以采用類似的方式來 產(chǎn)生，只要分散納米線的溶液是聚合物溶液即可。對(duì)齊的納米線薄膜可以采用各種方式來獲得。例如，對(duì)齊的納米線薄膜可以通過采用下列技術(shù)來產(chǎn)生(a) Langmuir-Blodgett膜排列；(b)射流方法，比如 2002年9月10日提交的美國專利申請(qǐng)10/239,000 (代理案巻號(hào)01-000540) 、 2001 年8月22日提交的Lieber等人的美國專利申請(qǐng)公告U.S. 2002/0130311以及2004 年8月30日提交的題為"Processes for Manufacturing, Harvesting and Integrating Nanowires into Functional Nanowire Based Devices"的美國專禾U申請(qǐng)60/605,454中 都對(duì)該方法進(jìn)行了描述，這些專利申請(qǐng)全部引用在此作為參考；以及(c)機(jī)械剪 切力的應(yīng)用(例如，使用凹板式涂布器)。例如，通過將納米線置于第一和第二表 面之間，然后在相反方向上移動(dòng)第一和第二表面以使納米線對(duì)齊，便可以使用機(jī)械 剪切力。利用這些技術(shù)，之后將希望的聚合物旋轉(zhuǎn)鑄造到所產(chǎn)生的納米線薄膜上， 便可以獲得對(duì)齊的納米線/聚合物復(fù)合材料的薄膜，例如，納米線可以沉積在液體 聚合物溶液中，然后采用上述這些或其它對(duì)齊工藝中的一種工藝來進(jìn)行對(duì)齊，然后 可以使對(duì)齊的納米線固化(例如，UV固化、交聯(lián)等)。通過機(jī)械地拉伸隨機(jī)定向 的納米線/聚合物復(fù)合材料的薄膜，也可以獲得對(duì)齊的納米線/聚合物復(fù)合材料的薄 膜。可以使用基板上所沉積的納米線薄膜，來替代常規(guī)電子器件中的非晶硅或 有機(jī)薄膜，從而實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的器件行為，同時(shí)允許采用更加直接且便宜的制造工 藝。通過使用納米線薄膜，本發(fā)明特別適用于在較大的且柔性的基板上制造高 性能、低成本器件。本文所描述的納米線薄膜可以形成于寬范圍的可能的表面 區(qū)域中。例如，本發(fā)明的納米線薄膜可以形成具有大于lmm2、大于lcm2、大 于10cm2、大于ln^以及更大或更小的功能區(qū)域。納米線薄膜可以包括多個(gè)密集在一起的單獨(dú)的納米線。納米線薄膜可以具 有各種不同的厚度，其數(shù)值等于或大于單個(gè)納米線的厚度。例如，納米線薄膜 中的納米線都是排列整齊的，使得它們的長軸基本上彼此平行。值得注意的是，在備選實(shí)施例中，納米線薄膜中的納米線不是對(duì)齊的，而是可以定向在彼此相 互不同的方向上或隨機(jī)定向。在備選實(shí)施例中，納米線薄膜中的納米線可以各 向同性地定向，使得在所有的方向上都能具有高的遷移率。值得注意的是，納 米線薄膜中的納米線可以相對(duì)于電子流的方向以任何方式排列，以便增強(qiáng)特殊 應(yīng)用所需的性能。在本文所描述的實(shí)施例中，納米線薄膜中的納米線504是像下文所描述的橫跨在源極電極524和漏極電極522 (例如，參照?qǐng)D5G)之間的單晶半導(dǎo)體納米線。 納米線薄膜可以形成有足夠數(shù)量的納米線，以提供由其制成的半導(dǎo)體器件(例如， 電阻器、晶體管、二極管等)所希望具有的特征。例如，納米線薄膜可以形成有足 夠數(shù)量的納米線，以實(shí)現(xiàn)所希望的電流密度或特殊半導(dǎo)體器件所需的電流電平。例 如，在本文所描述的圖5A-G的晶體管示例中，所形成的納米線薄膜在溝道中可具 有大于約2納安培的電流電平(例如，大于約10納安培)。在一個(gè)實(shí)施例中，所形成的納米線薄膜可以具有非對(duì)稱的遷移率。例如，通 過非對(duì)稱地排列納米線薄膜中的納米線和/或通過以特殊的方式對(duì)納米線進(jìn)行摻 雜，便可以實(shí)現(xiàn)上述這一點(diǎn)。這種非對(duì)稱的遷移率可以使得第一方向上的遷移率遠(yuǎn) 大于第二方向上的遷移率。例如，非對(duì)稱的遷移率在第一方向上可以比在第二方向 上大10倍、100倍、1000倍和10000倍，或者可以具有介于這些值之間、大于這 些值、或小于這些值的任何其它非對(duì)稱遷移率比例。接下來，參照?qǐng)D5D，利用標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)，可以使用柵極掩模(未示出)來掩 蓋納米線504的選定區(qū)域，之后在暴露區(qū)域中沉積柵極材料512(例如，非晶硅)。 通過使用PIII工藝，可以用等離子體對(duì)納米線504進(jìn)行摻雜，比如像氦載體氣體 中的BF3等離子體這樣的p型摻雜劑(或像磷化氫(PH3)這樣的n型摻雜劑)， 圖5E示出了這種情況(其中向下對(duì)準(zhǔn)的箭頭是指等離子體離子注入能量)。例如， 可以使用低于5kV的PIII偏壓，同時(shí)注入時(shí)間小于10秒。設(shè)計(jì)等離子體密度和偏 壓波形，使得耦合在等離子體外層之間的電容可拾取到所加偏壓的大部分(而不是 基板)。通過調(diào)節(jié)脈沖持續(xù)時(shí)間(例如，占空比)和/或等離子體壓力從而修改外 層厚度，便可以實(shí)現(xiàn)上述這一點(diǎn)。納米線薄膜中的納米線504可以采用各種方式來進(jìn)行摻雜，以提高性能。盡 管本文所示納米線504是在器件基板508上進(jìn)行摻雜的，但是納米線也可以在沉積到基板上之前就進(jìn)行摻雜。這種單晶納米線504可摻雜成p型或n型半導(dǎo)體。納米 線504可以沿其縱軸在不同的部分進(jìn)行不同地?fù)诫s，并且可以采用與納米線薄膜中 的其它納米線不同的方式進(jìn)行摻雜。納米線504可以是均勻摻雜的單晶納米線，或 根據(jù)芯-殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行摻雜以便包括摻雜表面層，該層可以具有不同的厚度水平，其 中包括納米線504的表面上僅有單分子單層。這種表面慘雜可以從納米線的導(dǎo)電溝 道中分離出雜質(zhì)，并且抑制雜質(zhì)相關(guān)的散射事件，由此可以使載流子遷移率得到很 大的提高。例如，當(dāng)根據(jù)芯-殼結(jié)構(gòu)對(duì)納米線進(jìn)行摻雜時(shí)，可以在納米線內(nèi)部實(shí)現(xiàn) "彈道學(xué)的"傳輸。"彈道學(xué)的"傳輸是電載流子可通過納米線進(jìn)行傳輸且基本 上沒有電阻。接下來，可以使用本文所描述的脈沖激光退火工藝(利用的脈沖激光能流小 于約100mJ/cm2，例如，小于約50mJ/cm2，例如，介于約2-18mJ/cm2之間)，用 于納米線504的源極和漏極區(qū)域中的固相重新結(jié)晶和摻雜劑激活。通過使用Nd: YAG或Nd: YLF (其波長大于約400納米，例如，大于500納米)，或通過使用 像準(zhǔn)分子激光器這樣的波長較短(例如，248納米左右)的激光器(例如，KrF激 光器，可從佛羅里達(dá)州Fort Lauderdale市Lambda Physik公司購買)，便可以進(jìn)行 上述激光退火。用這些材料所制成的納米線群可用于構(gòu)建高性能的電子器件D在基 本相同的方向上定向的納米線群將具有高的遷移率數(shù)值。例如，半導(dǎo)體器件中所使 用的納米線薄膜可以形成包括2、 5、 10、 10或介于這些數(shù)值之間或大于這些數(shù)值 的任何其它數(shù)目的納米線，以便用于高性能電子器件。值得注意的是，在與聚合物 /像有機(jī)半導(dǎo)體材料等材料組合時(shí)，納米線也可以用于制造高性能的復(fù)合材料，這 可以被靈活旋轉(zhuǎn)鑄造到任何類型的基板上。納米線/聚合物復(fù)合材料可以提供優(yōu)于 純凈聚合物材料的特性。利用標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)可以在退火后的納米線504上沉積熱氧化物/氮化物鈍化層 516 (例如，像A10這樣的氧化物、像SiN這樣的氮化物等)，并且在鈍化層中進(jìn) 行通孔518、 519和520的圖形化(例如，利用光刻、光刻膠條帶等)，在這些通 孔處希望沉積柵極觸點(diǎn)，并且源極和漏極電觸點(diǎn)接觸到納米線。值得注意的是，在 圖5G所示的實(shí)施例中，可以對(duì)殼層506在芯納米線504末端的部分進(jìn)行圖形化/ 去除(例如，利用緩沖氧化物蝕刻(BOE)或其它干法刻蝕工藝)，以暴露出納米 線的芯，使得漏極觸點(diǎn)522和源極觸點(diǎn)524可以接觸到芯納米線504。如圖5G所示，在源極、漏極和柵極的觸點(diǎn)區(qū)域中，可以沉積電觸點(diǎn)。漏極觸點(diǎn)522、源極觸點(diǎn)524和柵極觸點(diǎn)526可以是任何合適的導(dǎo)電材料，其中包括有機(jī) (導(dǎo)電性聚合物)或無機(jī)(例如，金屬或金屬/合金的組合)，并且這些觸點(diǎn)可以 采用涂敷、電鍍、蒸發(fā)、濺射、旋轉(zhuǎn)，或者像本文或其它文獻(xiàn)所描述的方式來施加。 在各種實(shí)施例中，納米線薄膜504中的納米線連接在源極觸點(diǎn)524和漏極觸點(diǎn)522 之間。因此，電載流子可以通過單晶納米線來傳輸，從而產(chǎn)生高的遷移率，而這是 用目前的非晶和多晶硅技術(shù)幾乎都無法實(shí)現(xiàn)的。通過使用各種沉積技術(shù)，例如，巻式處理、噴墨印刷、微接觸印刷等，上述 工藝步驟都可以應(yīng)用于各種基板，包括柔性基板或剛性基板。例如，巻式處理是在 一巻柔性塑料或金屬箔上產(chǎn)生電子器件的工藝。采用薄膜NW TFT和其它器件所 制成的大的電路可以很容易地圖形化在這些大的基板上，這些大的基板可以有幾米 寬和50km長。一些器件可以直接進(jìn)行圖形化，非常類似于噴墨打印機(jī)沉積墨那樣。 例如，在圖6中，上述PIII和激光退火工藝步驟可以很容易地適用于巻式工藝。 在圖6中，通過應(yīng)用巻筒602和604，其上沉積有納米線薄膜(未示出)的柔性基 板508可以連續(xù)地移動(dòng)通過各種處理腔(比如，PIII處理腔606和激光退火處理腔 608)，在這些處理腔中，可以用PIII系統(tǒng)200對(duì)納米線薄膜進(jìn)行摻雜并且用激光 退火系統(tǒng)300進(jìn)行退火?？梢源械靥砑悠渌幚砬?未示出)，以進(jìn)行NW-TFT 制造工藝中的各種其它步驟，其中包括常規(guī)的光刻步驟，用于圖形化/沉積出半導(dǎo) 體器件中的柵極、源極和漏極的觸點(diǎn)。II示例應(yīng)用本文所描述的實(shí)施例在應(yīng)用于納米線TFT技術(shù)時(shí)能夠制造出性能優(yōu)良的 晶體管，其性能特征可以相當(dāng)或超越在非常大的柔性基板上用常規(guī)單晶硅所制造出的晶體管的性能。這就提供了超大尺度和高密度的電集成，并且提供真正 的"塑料上的硅"技術(shù)。該技術(shù)的潛在應(yīng)用是非常廣泛的，包括軍事應(yīng)用，包 括各種獨(dú)特應(yīng)用的開發(fā)，其中包括RF通信、傳感器陣列、X射線成像器、射 頻識(shí)別標(biāo)簽、柔性或剛性顯示器、相控陣天線、電子設(shè)備等。例如，將納米線TFT嵌入大面積的電子反射器(LAER)就能夠使"任何" 表面以電子方式變形為拋物面天線，以便于實(shí)現(xiàn)高增益的RF發(fā)射或接收。這類似28于將屋頂物理地定形成最佳地保護(hù)房屋絕水，同時(shí)屋頂?shù)碾娮有螤顚⒂米饕环N非常 大的衛(wèi)星盤型天線。凸形可以被制成電子地凹陷，由此增大收發(fā)機(jī)的效率，從而減 小操作它們所需的功率或增大它們的壽命或范圍。此外，可以使飛艇的囊用作一個(gè) 非常大的變形天線孔徑。這種飛艇是一種用于實(shí)現(xiàn)高海拔電子監(jiān)視/通信裝置的低 成本解決方案。飛艇囊的表面上工作在RF頻率中的嵌入式TFT減小了飛艇的重量并增大了飛艇的性能。盡管上文已描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但是應(yīng)該理解的是，它們僅是作 為示例而被呈現(xiàn)的，不具限制性。對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域中的技術(shù)人員而言，在不背離 本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以作出形式和細(xì)節(jié)方面的各種變化都是顯而 易見的。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)該限于任何上述的示例性實(shí)施例，而應(yīng)該僅 根據(jù)權(quán)利要求書及其等價(jià)方案來定義。
權(quán)利要求
1. 一種使樣品上的至少一根納米線退火的方法，該方法包括用激光通量小于約100mJ/cm2的激光器，來照射所述樣品上的至少一根納米線的多個(gè)部分。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述照射包括沿所述至少一根 納米線的整個(gè)長度進(jìn)行照射。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述激光器包括脈沖激光器。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述脈沖激光器包括準(zhǔn)分子激光器。
5. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述脈沖激光器包括Nd:YLF(釹: 釔鋰氟化物)激光器或Nd:YAG (釹:釔鋁石榴石)激光器。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光器具有介于約2-18mJ/cm2 之間的激光通量。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光器具有介于約6-14mJ/cm2 之間的激光通量。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光器具有小于約16mJ/cm2 的激光通量。
9. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述激光器發(fā)射基本上不被所述 樣品吸收波長的光線。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光器發(fā)射可見光范圍中 的光。
11. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，所述激光器發(fā)射波長大于約500 納米的光。
12. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一根納米線的所述多 個(gè)部分包括摻雜的源極區(qū)域和漏極區(qū)域。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述至少一根納米線的所述多 個(gè)部分還包括一個(gè)或多個(gè)柵極區(qū)域。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在制造半導(dǎo)體器件過程中，所 述退火被用作摻雜劑激活工藝的一部分。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件包括晶體管、 二極管或電阻器。
16. 如權(quán)利要求1所述的方法，包括在所述照射之前，利用等離子體浸沒 式離子注入將摻雜劑離子注入到所述至少一根納米線中。
17. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括用至少一個(gè)第二激光器來照射所述 至少一根納米線的所述多個(gè)部分。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述第二激光器包括Ar激光器。
19. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述第一激光器引起所述納米 線的半導(dǎo)體材料的成核，而所述第二激光器維持所述納米線的溫度以便使所述半導(dǎo) 體材料的晶體生長得以繼續(xù)。
20. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一根納米線包含在沉 積于所述樣品上的納米線薄膜中。
21. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述樣品包括塑料基板。
22. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述樣品包括柔性基板。
23. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述樣品對(duì)退火激光基本上透明。
24. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一根納米線包括芯以 及環(huán)繞著芯所設(shè)置的至少一層殼層。
25. 如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述至少一層殼層包括天然的 氧化層或沉積的氧化物層。
26. 如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，去除在源極和漏極觸點(diǎn)區(qū)域中 的所述至少一層殼層的多個(gè)部分，直到露出所述至少一根納米線的芯。
27. —種使樣品上的至少一根納米線退火的方法，該方法包括向所述至少 一根納米線的多個(gè)區(qū)域發(fā)射激光束，以使所述多個(gè)區(qū)域退火，所述激光束具有可見 光范圍中的波長。
28. 如權(quán)利要求27所述的方法，還包括以脈沖方式發(fā)射所述激光束。
29. 如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述激光束是從選自下列的激 光光源中發(fā)射出來的Nd:YLF (釹:釔鋰氟化物)激光光源或Nd:YAG (釹:釔鋁石榴石)激光光源。
30. 如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述激光束具有介于約 2-18mJ/cm2之間的通量。
31. 如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述激光束具有小于約16mJ/cm2 的通量。
32. 如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述至少一根納米線的所述多 個(gè)區(qū)域包括摻雜的源極區(qū)域和漏極區(qū)域。
33. 如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，在制造半導(dǎo)體器件過程中，所 述退火被用作摻雜劑激活工藝的一部分。
34. 如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件包括晶體管、 二極管或電阻器。
35. 如權(quán)利要求27所述的方法，還包括在所述退火之前，利用等離子體浸 沒式離子注入將摻雜劑離子注入到所述至少一根納米線中。
36. 如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述至少一根納米線包含在沉 積于所述樣品上的納米線薄膜中。
37. 如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述樣品包括塑料基板。
38、如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述樣品包括柔性基板。
39. 如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述樣品對(duì)退火激光基本上透明。
40. 如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述至少一根納米線包括芯以 及環(huán)繞著芯所設(shè)置的至少一層殼層。
41. 如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，所述至少一層殼層包括天然的 氧化層或沉積的氧化物層。
42. 如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，去除在源極和漏極觸點(diǎn)區(qū)域中 的所述至少一層殼層的多個(gè)部分，直到露出所述至少一根納米線的芯。
43. —種用于在器件基板的有源器件區(qū)域上制造場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，包括:(a) 在器件基板上沉積至少一根納米線；(b) 將摻雜劑離子注入到所述至少一根納米線的至少源極和漏極區(qū)域中，以 形成源極和漏極接觸結(jié)；以及(c)用通量小于約100mJ/cn^的脈沖激光器進(jìn)行激光熱退火，以激活所述源 極和漏極接觸結(jié)內(nèi)的所述摻雜劑離子。
44. 如權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于，所述脈沖激光器選自Nd:YLF (釹:釔鋰氟化物)激光器，Nd:YAG (釹:釔鋁石榴石)激光器，或準(zhǔn)分子激光器。
45. 如權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于，所述脈沖激光器具有介于約 2-18mJ/cm2之間的通量。
46. 如權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于，所述脈沖激光器具有介于約 6-14mJ/cm2之間的通量。
47. 如權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于，所述脈沖激光器具有小于約 16mJ/cm2的通量。
48. 如權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于，所述脈沖激光器發(fā)射可見光范 圍中的光線。
49. 如權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于，所述摻雜劑離子注入包括利用 等離子體浸沒式離子注入來注入所述摻雜劑離子。
50. —種系統(tǒng)，包括基板，所述基板包括至少一個(gè)沉積于其上的納米線；至少一個(gè)第一激光光源，它向所述基板上的所述至少一根納米線的多個(gè)區(qū)域 發(fā)射通量小于約100mJ/cn^的激光束；所述激光束是脈沖式的，以使所述多個(gè)區(qū)域退火。
51. 如權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，還包括 第二激光光源，它向摻雜區(qū)域發(fā)射第二激光束。
52. 如權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其特征在于 見光范圍中的光線。
53. 如權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其特征在于 于約500納米的光線。
54. 如權(quán)利要求51所述的系統(tǒng)，其特征在于 沖激光器。
55. 如權(quán)利要求54所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少第一激光光源發(fā)射可 ，所述第一激光光源發(fā)射波長大 ，所述至少第一激光光源包括脈 ,所述脈沖激光器包括Nd:YLF(釹:釔鋰氟化物)激光器或Nd:YAG (釹:釔鋁石榴石)激光器。
56. 如權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少第一激光光源具有介 于約2-18mJ/cm2之間的通量。
57. 如權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少第一激光光源具有介 于約6-14mJ/cm2之間的通量。
58. 如權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少第一激光光源具有小 于約16mJ/cm2的通量。
59. 如權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少第一激光光源發(fā)射其 波長大于約500納米的光線。
60. 如權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一根納米線的多個(gè)區(qū) 域包括所述至少一根納米線的摻雜源極和漏極區(qū)域。
61. 如權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)區(qū)域包括柵極區(qū)域。
62. 如權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，還包括光緩沖層，所述光緩沖層沉積在基板 上所述至少一根納米線的下面。
63. 如權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，還包括熱緩沖層，所述熱緩沖層被沉積在所 述光緩沖層的上面或下面。
64. 如權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一根納米線包含在沉 積于所述基板上的納米線薄膜中。
65. 如權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述基板包括塑料基板。
66. 如權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述基板包括柔性基板。
67. 如權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述基板對(duì)退火激光基本上透明。
68. 如權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一根納米線包括芯以 及環(huán)繞著芯所設(shè)置的至少一層殼層。
69. 如權(quán)利要求68所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一層殼層包括天然的 氧化層或沉積的氧化物層。
70. 如權(quán)利要求68所述的系統(tǒng)，其特征在于，去除在源極和漏極觸點(diǎn)區(qū)域中 的所述至少一層殼層的多個(gè)部分，直到露出所述至少一根納米線的芯。
71. —種用于對(duì)樣品上的至少一根納米線的多個(gè)部分進(jìn)行摻雜的方法，包括:(a) 將所述樣品放入腔內(nèi)，所述樣品包括沉積于其上的所述至少一根納米線， 且所述至少一根納米線具有至少一個(gè)暴露部分；(b) 將電位耦合到所述樣品；以及(C)將等離子體發(fā)送到所述腔內(nèi)，所述等離子體包括摻雜材料的離子；由此 將所述等離子體中的離子注入到所述至少一根納米線的至少一個(gè)暴露部分。
72. 如權(quán)利要求71所述的方法，其特征在于，所述樣品包括其上沉積有納米線薄膜的塑料基板，其中所注入的等離子體中的離子在納米線薄膜中形成了漏極和 源極觸點(diǎn)區(qū)域。
73. 如權(quán)利要求71所述的方法，其特征在于，所述等離子體中的離子對(duì)所述 至少一根納米線的至少一個(gè)暴露部分進(jìn)行保形摻雜。
74. —種與納米線歐姆接觸的方法，包括在已用權(quán)利要求1或27所述的方 法進(jìn)行退火的所述納米線的摻雜區(qū)域上，沉積金屬。
全文摘要
本發(fā)明的各實(shí)施例用于改進(jìn)的接觸摻雜和退火系統(tǒng)以及工藝。在各實(shí)施例中，等離子體離子浸沒式注入(PIII)可用于對(duì)基于納米線和其它納米元件的薄膜器件進(jìn)行摻雜。根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例，可使用脈沖激光退火(所用激光能流相對(duì)較低，低于100mJ/cm²，例如小于約50mJ/cm²，例如，介于2-18mJ/cm²之間)對(duì)基板(比如低溫柔性基板，例如塑料基板)上的基于納米線和其它納米元件的器件進(jìn)行退火。
文檔編號(hào)H01L21/00GK101263078SQ200580039774
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2005年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月24日
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