(57)【要約】基板上でのサブミクロン半導体構造の製造方法が記載される。該方法は、少なくとも１つのテンプレート層を支持基板の上に形成するステップと、１つ以上のテンプレート構造、好ましくは１つ以上の凹部及び／又はメサを前記テンプレート層に形成するステップと、    前記１つ以上のテンプレート構造は、前記テンプレート層の上面へまたは上面から延びる１つ以上のエッジを含み、前記１つ以上のテンプレート構造の少なくとも一部を、液体半導体前駆体、好ましくは液体シリコン前駆体でコーティングするステップと、前記液体半導体前駆体がコートされたテンプレート構造をアニール処理及び／又は露光するステップとを含み、前記アニール処理及び／又は露光の際、前記１つ以上のエッジの少なくとも一部に対する毛細管力によって、前記液体半導体前駆体の一部が堆積し、前記アニール処理及び／又は露光は、前記堆積した液体半導体前駆体を、前記１つ以上のエッジの少なくとも一部に沿って延びるサブミクロン半導体構造に転換する。
2016511536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サブミクロン半導体構造を製造するための方法であって、
少なくとも１つのテンプレート層を支持基板の上に形成するステップと、
１つ以上のテンプレート構造、好ましくは１つ以上の凹部及び／又はメサを前記テンプレート層に形成するステップであって、前記１つ以上のテンプレート構造は１つ以上のエッジを前記テンプレート層に含む、ステップと、
前記１つ以上のテンプレート構造の少なくとも一部を、液体半導体前駆体、好ましくは液体シリコン前駆体でコーティングするステップと、
前記液体半導体前駆体がコートされたテンプレート構造をアニール処理及び／又は露光するステップとを含み、
前記アニール処理及び／又は露光の際、前記１つ以上のエッジの少なくとも一部に対する毛細管力によって、前記液体半導体前駆体の一部が堆積し、
前記アニール処理及び／又は露光は、前記堆積した液体半導体前駆体を、前記１つ以上のエッジの少なくとも一部に沿って延びる１つ以上のサブミクロン半導体構造に転換する、方法。
【請求項２】
前記１つ以上のエッジは、凹部及び／又はメサの少なくとも一部を規定し、
前記凹部の深さ及び／又はメサの高さは、２０〜２０００ｎｍ、好ましくは４０〜１０００ｎｍ、より好ましくは５０〜５００ｎｍの範囲で選択され、及び／又は、
前記１つ以上の凹部及び／又はメサの幅は、４０ｎｍ〜５０００ｎｍ、好ましくは８０ｎｍ〜２０００ｎｍ、より好ましくは１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲から選択される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記１つ以上のエッジは、１つ以上の面を規定し、
前記１つ以上の面と前記テンプレート層の上面との間の角度は、３０°〜１２０°の範囲から選択される、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記１つ以上の凹部及び／又はメサの形態は、前記毛細管力による前記１つ以上のエッジに対する前記液体半導体前駆体の前記堆積が刺激されるように選択される、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記１つ以上の凹部は、実質的に台形状、矩形状または三角形状（Ｖ字状）の断面を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記テンプレート層は、少なくとも第１および第２テンプレート層を含み、第１テンプレート層は、液体半導体前駆体にとって、前記第２テンプレート層の材料より高い親和力を有する材料を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記アニール処理は、前記コートされたテンプレート構造の少なくとも一部を、前記液体半導体前駆体の沸点より高い温度に曝すことを含む、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記アニール処理は、前記コートされたテンプレート構造の少なくとも一部を、１５０〜３５０℃、好ましくは１８０〜３４０℃、より好ましくは２００〜３２０℃の範囲から選択された温度に曝すことを含む、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記露光は、前記１つ以上のコートされたテンプレート構造の少なくとも一部を、２００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲から選択された１つ以上の波長を含む光に露光すること、及び／又は、前記１つ以上のコートされたテンプレート構造の少なくとも一部を、１０〜１０００ｍＪ／ｃｍ２、好ましくは２０〜６００ｍＪ／ｃｍ２、より好ましくは４０〜６００ｍＪ／ｃｍ２の範囲で選択されたエネルギー密度に関連した光で露光することを含む、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記方法は、
前記テンプレート構造の少なくとも一部を、液体シリコン前駆体または、ドープされた液体シリコン前駆体でコーティングすることを含み、
好ましくは前記液体シリコン前駆体は、一般式  ＳｉｎＸｍで定義され、ここでＸは水素、ｎは５以上の整数、好ましくは５〜２０の整数、ｍはｎ，２ｎ−２，２ｎまたは２ｎ＋１に等しい整数であり、より好ましくは、前記液体シリコン前駆体はシクロペンタシラン（ＣＰＳ）及び／又はシクロヘキサシランを含み、
好ましくは前記ドープされた液体シリコン前駆体は、一般式  ＳｉｉＸｊＹｐで定義され、ここで、Ｘは水素原子及び／又はハロゲン原子を表し、Ｙはホウ素原子またはリン原子を表し、ｉは３以上の整数を表し、ｊはｉおよび２ｉ＋ｐ＋２で定義される範囲から選択される整数を表し、ｐは１およびｉで定義される範囲から選択される整数を表す、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記液体シリコン前駆体の少なくとも一部をアモルファスシリコンに転換するために、前記コートされたテンプレート構造を、１５０℃より高い温度、好ましくは１８０〜３５０℃、より好ましくは２００〜３２０℃の範囲で選択された温度でアニール処理することを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記液体シリコン前駆体の少なくとも一部を固体シリコン、好ましくはアモルファスシリコン、多結晶シリコン、マイクロ結晶シリコンまたはナノ結晶シリコンへ転換するために、前記コートされたテンプレート構造を露光、好ましくは２００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で選択された１つ以上の波長を含む光に露光することを含む、請求項１０または１１記載の方法。
【請求項１３】
前記１つ以上のテンプレート構造を形成することは、前記支持基板の表面に液体前駆体でコーティングすることによってテンプレート層を形成することを含み、好ましくは前記液体前駆体は、ポリマー、金属前駆体または金属−酸化物誘電体前駆体を含み、
さらに前記テンプレート層をアニール処理することと、
インプリント技術、好ましくはマイクロ・インプリントまたはナノ・インプリント技術を用いて、前記テンプレート構造の少なくとも一部を前記テンプレート層に形成することとを含む、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記支持基板は、可撓性基板層、好ましくは金属またはプラスチック基板層と、
前記可撓性基板層の少なくとも一部の上に設けられた半導体層であって、好ましくは、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、マイクロ結晶シリコンまたはナノ結晶シリコンを含む半導体層と、
前記半導体層の少なくとも一部の上に設けられたゲート絶縁層とを含み、
前記テンプレート層は、前記ゲート絶縁層の上に形成される、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記半導体サブミクロン構造の少なくとも一部をドーピングすることを含む、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
１つ以上のコンタクト電極、好ましくは前記サブミクロン半導体構造と電気接続された１つ以上の金属コンタクト電極を形成することを含む、請求項１〜１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記サブミクロン半導体構造は、薄膜トランジスタのサブミクロン半導体チャネルまたはサブミクロンゲートとして使用される、請求項１〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
好ましくは、請求項１〜１７のいずれかに記載の方法によって得られる半導体サブミクロン構造であって、
可撓性支持基板、好ましくはプラスチック基板の上にテンプレート層を含み、前記テンプレート層は１つ以上のテンプレート構造を含み、前記テンプレート構造は、１つ以上の凹部及び／又はメサを含み、前記凹部及び／又はメサは１つ以上の側壁を含み、
前記凹部の深さ及び／又は前記メサの高さは、４０〜８００ｎｍ、好ましくは５０〜７００ｎｍ、より好ましくは６０〜６００ｎｍの範囲から選択され、
少なくとも１つの半導体サブミクロンワイヤが前記１つ以上の凹部及び／又はメサの前記１つ以上の側壁に対して配置され、好ましくは、前記半導体サブミクロンワイヤは、（水素化）アモルファスシリコンまたは（水素化）（多結晶）シリコンを含む、半導体サブミクロン構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体前駆体を用いたサブミクロン構造、好ましくは半導体サブミクロン構造の製造に関し、特に、専用ではないが、少なくとも、サブミクロン構造を基板上に製造する方法およびこうした方法で得られるサブミクロン構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイオード、トランジスタなどの半導体デバイスは、電子デバイスにとって必須のコンポーネントである。それらの製造では、新しく代替の安価な及び／又は改善された製造プロセスについての要望が引き続き存在している。
【０００３】
現在、例えば、ＲＦＩＤタグ、フレキシブルなＬＥＤ、ＬＣＤディスプレイ、太陽電池などで使用するためのフレキシブル電子部品を製造するプロセスに特に関心が集まっている。フレキシブル電子機器を製造するための有望な技術が、いわゆるロール・ツー・ロール（Ｒ２Ｒ）製造技術（ウェブ加工またはリール・ツー・リール加工としても知られる）である。Ｒ２Ｒ製造技術は、薄膜をフレキシブル（プラスチック）基板の上に堆積し、電気部品に連続的に加工する製造方法を含む。
【０００４】
Ｒ２Ｒプロセスでは、好ましくは印刷技術（例えば、インプリント、インクジェットまたはスクリーン印刷）およびコーティング技術（例えば、ロール、スリットコーティングまたはスプレーコーティング）を利用して、高いスループットと低コストの加工を達成している。このような技術は、単純なコーティングや印刷技術を利用して基板上に堆積可能であるインク、即ち、液体前駆体(precursor)の使用を含む。このようにフレキシブル電子機器が、従来の半導体製造方法にかかるコストの一部で製造できる。しかしながら、Ｒ２Ｒ加工は、未だ開発段階の技術である。
【０００５】
高性能用途のフレキシブル電子機器、例えば、ＵＨＦ帯ＲＦＩＤ、折り畳み式電話用の電子機器などを実現するために解決する必要がある課題として、例えば、小さい構造寸法(feature size)およびアライメント精度を持つ薄膜構造の実現のための低コストプロセスの開発、そして、フレキシブルプラスチック基板上で高移動度半導体薄膜を実現するためのインクベースのプロセスの開発がある。
【０００６】
米国特許第６８６１３６５号は、構造化モールドをレジスト層の中にインプリント（刻印 imprint）することによって、フレキシブル基板の上に薄膜半導体多層スタックがあり、その上に３次元レジスト構造の実現を記載している。続いて３Ｄマスク（異方性）エッチングを行い、多層スタック内に薄膜半導体構造を形成する。最小構造寸法およびアライメント精度は、３Ｄマスクによって決定され、さらにはフォトリソグラフィによって決定される。エッチング工程は真空プロセスをベースとしておるため、Ｒ２Ｒプロセスには、非効率なエネルギ消費と材料使用が伴う。さらに、３Ｄレジストマスクは必要なアライメントを要し、相当な設計制約と加工の複雑性をもたらす。
【０００７】
米国公開第２０１２／００６４３０２号は、マイクロまたはナノ・インプリントプロセスを用いて半導体構造を得るためのパターニング方法を記載する。この方法では、基板がＵＶ露光されたシクロペンタシラン（ＣＰＳ）層でコートされ、インプリントモールドがこの層の中に押圧され、インプリントモールドの構造をこの層の中に移送する。その後、押圧されたモールドを有する層を備えた基板は、予め定めた時間だけアニール処理され、その結果、パターン化したＣＰＳコーティングがアモルファスシリコンに転換される。冷却した後、モールドは除去できる。冷却した後、モールドが除去できる。この方法は、複雑な（真空）処理技術の必要なしで、ＣＰＳをベースとしてサブミクロン構造を基板上に形成することを可能にするが、該方法は、サブミクロン構造を持つ構造を形成するためには、比較的高価なナノ・インプリントモールドを必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
よって、液体前駆体を用いたサブミクロン構造の製造の改善した方法および、こうした方法で得られる小型のサブミクロン構造についてニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、先行技術で知られている不具合のうち少なくとも１つを低減または排除することである。第１態様において、本発明は、サブミクロン、好ましくはナノサイズの半導体構造を製造する方法に関するものであり、該方法は、少なくとも１つのテンプレート層を支持基板の上に形成するステップと、１つ以上のテンプレート構造、好ましくは１つ以上の凹部(recess)及び／又はメサ(mesa)を前記テンプレート層に形成するステップであって、前記１つ以上のテンプレート構造は、前記テンプレート層の上面へまたは上面から延びる１つ以上のエッジを含む、ステップと、前記１つ以上のテンプレート構造の少なくとも一部を、液体半導体前駆体、好ましくは液体シリコン前駆体でコーティングするステップと、前記液体半導体前駆体がコートされたテンプレート構造をアニール処理及び／又は露光するステップとを含み、前記アニール処理及び／又は露光の際、前記１つ以上のエッジの少なくとも一部に対する毛細管力によって、前記液体半導体前駆体の一部が堆積し、前記アニール処理及び／又は露光は、前記堆積した液体半導体前駆体を、前記１つ以上のエッジの少なくとも一部に沿って延びるサブミクロン半導体構造に転換する。
【００１０】
よって、該方法は、半導体液体前駆体（半導体インク）を用いてサブミクロン断面の半導体構造の形成を可能にするため、支持基板の上にあるテンプレート構造を使用する。このプロセスに基づいて、半導体前駆体による、エッジの制御された濡れ性(wetting)によって、凹部またはメサのエッジ（側壁）に沿って自己整合した半導体フィラメントまたはワイヤが形成される。側壁の高さおよび角度配向および、側壁に対して集まるインクの量は、フィラメントの断面寸法（幅）を決定する。
【００１１】
一実施形態において、前記サブミクロン半導体構造は、前記１つ以上のエッジまたは側壁の少なくとも一部に対して形成された１つ以上のサブミクロンまたはナノサイズの半導体ワイヤ（フィラメント）を含んでもよい。更なる実施形態において、前記サブミクロンまたはナノサイズの半導体ワイヤは、２０〜８００ｎｍ、好ましくは５０〜６００ｎｍ、より好ましくは１００〜５００ｎｍの範囲で選択された断面寸法を有してもよい。
【００１２】
一実施形態において、前記１つ以上のエッジは、凹部及び／又はメサの少なくとも一部を規定でき、前記凹部及び／又はメサの高さは、２０〜２０００ｎｍ、好ましくは４０〜１０００ｎｍ、より好ましくは５０〜５００ｎｍの範囲で選択される。他の実施形態において、前記凹部及び／又はメサは、４０ｎｍ〜５０００ｎｍ、好ましくは８０ｎｍ〜２０００ｎｍ、より好ましくは１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で選択される幅を有する。よって、該方法は、従来のマイクロ・インプリントまたは印刷技術に基づいて容易に製作できるミクロン幅の凹部及び／又はメサを用いて、サブミクロンまたはナノサイズの半導体構造の形成を可能にする。
【００１３】
一実施形態において、前記１つ以上の凹部及び／又はメサの形態(topology)は、前記毛細管力による前記１つ以上のエッジに対する前記液体半導体前駆体の前記堆積が刺激されるように選択される。一実施形態において、前記１つ以上のエッジと前記テンプレート層の表面との間の角度は、３０〜１２０度の範囲で選択される。エッジ（側壁）の傾斜は、濡れ性、即ち、エッジに対する液体半導体前駆体の堆積を制御するために使用できる。同様に、エッジに対する液体半導体前駆体の堆積を増加させるために、凹部及び／又はメサのベースは傾斜していてもよい（例えば、Ｖ字状凹部またはメサ周りのＶ字状ベース）。
【００１４】
一実施形態において、前記１つ以上の凹部は、実質的に台形状、矩形状または三角形状（Ｖ字状）の断面を有する。
【００１５】
一実施形態において、前記１つ以上のエッジの少なくとも一部が、液体半導体前駆体にとって高い親和力を有する材料を含み、好ましくは、前記材料は金属を含み、及び／又は、前記材料は表面処理が施される。一実施形態において、前記テンプレート層は、少なくとも第１および第２テンプレート層を含んでもよく、前記第１テンプレート層は、液体半導体前駆体にとって、前記第２テンプレート層の材料より高い親和力を有する材料を含んでもよい。よって、テンプレート層の材料は、テンプレート構造の特定部分が、テンプレート構造の他の部分よりも液体半導体前駆体にとってより高い親和力を有するように選択してもよい。
【００１６】
一実施形態において、前記アニール処理は、前記コートされたテンプレート構造の少なくとも一部を、前記液体半導体前駆体の沸点より高い温度に加熱することを含んでもよい。よって、液体半導体前駆体、例えば、ＣＰＳでコートされたテンプレート構造に温度アニール処理を施して、アニール処理の際、著しい量のＣＰＳが毛細管力に起因して凹部またはメサの側壁に向けて、そして上向きに引き寄せられることによって、サブミクロン半導体構造が形成される。比較的幅の広い凹部では、毛細管力は、側壁に対して固定(pinned)されるのに充分な時間、充分な量のＣＰＳを維持することができ、その結果、堆積したＣＰＳはアモルファスシリコンに転換できる。同じことがサブミクロン凹部に適用でき、毛細管力は、ＣＰＳをサブミクロン凹部内に固定し、これによりＣＰＳが気化する前に、ＣＰＳのアモルファスシリコンへの転換を可能にする。
【００１７】
さらに、側壁から遠くで凹部内に見つかるシリコンは皆無かそれに近かった。また、テンプレート構造の上面は、余分な材料がほぼ無くなっており、これらのエリアにおけるＣＰＳが本当に気化したことを示している。よって、テンプレート構造を純粋なＣＰＳでコーティングし、ＣＰＳを２５０℃〜３５０℃の温度でアニール処理すると、凹部内でアモルファスシリコン・サブミクロン構造の形成が生じるとともに、テンプレート構造の残部には、ＣＰＳ及び／又はアモルファスシリコン材料がほぼ無くなった。
【００１８】
一実施形態において、前記アニール処理は、前記コートされたテンプレート構造の少なくとも一部を、１８０〜３５０℃、好ましくは１９０〜３４０℃、より好ましくは２００〜３２０℃の範囲で選択された温度に加熱することを含んでもよい。
【００１９】
一実施形態において、前記露光は、前記１つ以上のコートされたテンプレート構造の少なくとも一部を、２００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲で選択された１つ以上の波長を含む光に露光すること、及び／又は、前記１つ以上のコートされたテンプレート構造を、１０〜１０００ｍＪ／ｃｍ２、好ましくは２０〜６００ｍＪ／ｃｍ２、より好ましくは４０〜６００ｍＪ／ｃｍ２の範囲で選択されたエネルギー密度に関連した光で露光することを含む。
【００２０】
更なる実施形態において、前記方法は、前記テンプレート構造の少なくとも一部を、液体シリコン前駆体または、ドープされた液体シリコン前駆体でコーティングすることを含んでもよい。一実施形態において、前記シラン系液体シリコン前駆体は、一般式  ＳｉｎＸｍで表すことができ、ここでＸは水素、ｎは５以上の整数、好ましくは５〜２０の整数、ｍはｎ，２ｎ−２，２ｎまたは２ｎ＋１の整数であり、より好ましくは、前記シラン系液体シリコン前駆体は、シクロペンタシラン（ＣＰＳ）及び／又はシクロヘキサシランを含む。他の実施形態において、前記ドープされた液体シリコン前駆体は、一般式  ＳｉｉＸｊＹｐで表すことができ、ここで、Ｘは水素原子及び／又はハロゲン原子を表し、Ｙはホウ素原子またはリン原子を表し、ｉは３以上の整数を表し、ｊはｉおよび２ｉ＋ｐ＋２で定義される範囲から選択される整数を表し、ｐは１およびｉで定義される範囲から選択される整数を表す。
【００２１】
一実施形態において、前記方法は、前記液体シリコン前駆体の少なくとも一部をアモルファスシリコンへ転換するために、前記コートされたテンプレート構造を２００℃より高い温度、好ましくは２００〜３５０℃の範囲で選択された温度でアニール処理することを含んでもよい。
【００２２】
他の実施形態において、前記方法は、前記液体シリコン前駆体の少なくとも一部を固体シリコン、好ましくはアモルファスシリコン、多結晶シリコン、マイクロ結晶シリコンまたはナノ結晶シリコンへ転換するために、前記コートされたテンプレート構造を露光、好ましくは２００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で選択された１つ以上の波長を含む光に露光することを含んでもよい。
【００２３】
一実施形態において、前記１つ以上のテンプレート構造を形成することは、前記支持基板の上面に液体誘電体前駆体でコーティングすることによってテンプレート層を形成することを含み、好ましくは前記液体誘電体前駆体は、ポリマー、金属前駆体または金属−酸化物誘電体前駆体を含み、さらにテンプレート層をアニール処理することと、インプリント技術、好ましくはマイクロ・インプリントまたはナノ・インプリント技術を用いて、前記テンプレート構造の少なくとも一部を前記テンプレート層にエンボス加工することとを含む。
【００２４】
一実施形態において、前記支持基板は、可撓性基板層（好ましくは金属またはプラスチック基板層）、シリコン層（好ましくは、前記シリコン層は、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、マイクロ結晶シリコンまたはナノ結晶シリコンを含む）、及び／又はゲート絶縁層の少なくとも１つを含んでもよい。
【００２５】
一実施形態において、前記方法は、前記半導体サブミクロン構造の少なくとも一部をドーピングすることを含んでもよい。
【００２６】
一実施形態において、前記方法は、１つ以上のコンタクト電極、好ましくは１つ以上の金属コンタクト電極を前記サブミクロン半導体構造に形成することを含んでもよい。
【００２７】
一実施形態において、前記サブミクロン半導体構造は、薄膜トランジスタのサブミクロン半導体チャネルまたはサブミクロンゲートとして使用してもよい。
【００２８】
更なる態様において、本発明は、半導体サブミクロン構造に関するものでもよい。半導体サブミクロン構造は、可撓性支持基板、好ましくはプラスチック基板の上にテンプレート層を含み、前記テンプレート層は１つ以上のテンプレート構造を含み、前記テンプレート構造は、少なくとも１つの凹部を含み、前記凹部の高さは、４０〜８００ｎｍ、好ましくは５０〜７００ｎｍ、より好ましくは６０〜６００ｎｍの範囲で選択してもよく、少なくとも１つの半導体サブミクロン構造が前記少なくとも１つの凹部に対して配置され、好ましくは、前記シリコンはアモルファスシリコンまたは多結晶シリコンである。
【００２９】
本発明について、本発明に係る実施形態を概略的に示す添付図面を参照してさらに説明する。本発明は、これらの特定の実施形態に全く限定されないことは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１Ａ〜図１Ｃは、本発明の一実施形態に係るサブミクロン構造の少なくとも一部を形成するためのプロセスを概略的に示す。
【図２】図２Ａと図２Ｂは、本発明の一実施形態に係る、サブミクロンシリコン構造の平面図の写真および、こうしたサブミクロンシリコン構造を用いたナノワイヤデバイスの概略図を示す。
【図３】図３Ａ〜図３Ｃは、本発明の一実施形態に係る、サブミクロンシリコン構造の平面図の写真および、写真撮影した構造の関連する概略断面を表す。
【図４】図４Ａと図４Ｂは、本発明の更なる実施形態に係る、種々のサブミクロンシリコン構造の平面図の写真および、写真撮影した構造の関連する概略断面を表す。
【図５】図５Ａ〜図５Ｄは、本発明の一実施形態に係る、支持基板上にテンプレート構造を形成するための方法を示す。
【図６】図６Ａ〜図６Ｄは、本発明の一実施形態に係る、サブミクロン半導体構造の少なくとも一部を形成するためのプロセスを概略的に示す。
【図７】図７Ａと図７Ｂは、本発明の一実施形態に係る、半導体デバイスの少なくとも一部を製造するためのプロセスを概略的に示す。
【図８】図８Ａ〜図８Ｆは、本発明の一実施形態に係る、半導体デバイスの少なくとも一部を形成するためのプロセスを概略的に示す。
【図９】図９Ａ〜図９Ｉは、本発明の一実施形態に係る、半導体デバイスの少なくとも一部を製造するためのプロセスを概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１Ａ〜図１Ｃは、本発明の一実施形態に係るサブミクロン構造を形成するためのプロセスを概略的に示す。図１Ａに示すように、該プロセスは、テンプレート構造の形成（例えば、テンプレート層１０２の表面での凹部(recess)及び／又はメサ(mesa)）からスタートできる。一実施形態において、テンプレート構造の形成は、基板１０４の表面に１つ以上の凹部領域（溝または凹み）を形成することを含んでもよい。一実施形態において、支持基板１０４の表面にある薄膜テンプレート層１０２をパターン化することは、凹部領域１０８を形成できる。該基板は、１つ以上の（薄膜）プラスチック及び／又は金属のシートまたは箔、例えば、ポリイミド、ＰＥＮ、ＰＰＳ）、繊維強化レジン合成物、ステンレス鋼シートを含む可撓性（支持）基板でもよい。特定の用途に応じて、基板が１つ以上の半導体層及び／又は絶縁層をさらに含んでもよい。
【００３２】
一実施形態において、パターン化されたテンプレート層は、その上面１０３において１つ以上の凹部領域１０８を含んでもよい。凹部領域は、テンプレート層の中に延びる１つ以上のエッジ１０６によって規定できる。挿絵１０７に概略的に示しように、エッジが、テンプレート層の（上）表面とのある角度で配向した面１０６を規定できる（凹部のベース１０５に適用可能である場合）。
【００３３】
例えば、図１Ａにおいて、１つ以上の凹部表面が、テンプレート層の上面に対して略垂直に配向しており、凹部の側壁を規定できる。こうして略矩形断面の幾何形状を有する凹部が規定できる。他の実施形態において、テンプレート層に形成された１つ以上のエッジによって凹部が規定でき、こうしたエッジの面とテンプレート層の上面との間の角度が９０°より小さいか、または大きいものになる。一実施形態において、こうしたエッジの面とテンプレート層の上面との間の角度は、３０°〜１２０°の範囲で選択してもよい。こうして凹部が、台形状または三角形状、例えばＶ字状、の断面を有するように形成できる。こうした実施形態の例が、以下より詳細に説明している。
【００３４】
凹部の断面形状は、薄膜テンプレート層をパターン化することによって形成できる。一実施形態において、凹部の下面（ベース）１０５は、基板の表面の一部で形成してもよい。その場合、凹部の側壁およびベースは異なる材料でもよい。他の実施形態において、パターン化されたテンプレート層は、薄膜テンプレート層の側壁および下面によって形成された１つ以上の凹部領域を含んでもよい。
【００３５】
テンプレート構造は、既知のインプリント技術によって形成してもよい。一実施形態において、安価なマイクロ・インプリント技術を使用してもよい。他の実施形態において、ナノ・インプリント技術を使用してもよい。こうしたインプリント技術は、インプリントモールドを用いてテンプレート層の機械的変形によって、パターンまたは凹部領域の形成を可能にする。インプリントモールドのための材料の適切な例が、金属、硬い無機材料、例えば、セラミック、石英などを含む。ミクロンオーダーの寸法を持つインプリントパターンを含むこうしたモールドの使用は、機械的な耐久性および信頼性のため、特に好都合である。
【００３６】
インプリントモールドのパターンは、テンプレート層へ転写でき、その結果、凹部領域及び／又はメサ領域がそこに形成される。一実施形態において、テンプレート層での凹部領域は、支持基板の上面を露出させるために開放してもよい。テンプレート層は、有機層、例えば、ポリウレタン樹脂のエポキシまたはアクリレートでもよく、あるいは無機誘電体前駆体層、例えば、二酸化シリコン前駆体層や窒化シリコン前駆体層でもよい。同様に、支持基板は、１つ以上の誘電体層、例えば、１つ以上の二酸化シリコン層及び／又は窒化シリコン層、またはアルミニウムなどの金属層で被覆してもよい。
【００３７】
他の実施形態において、凹部領域は、既知の印刷技術、例えば、グラビア印刷またはスクリーン印刷によって形成してもよい。その場合、薄膜インクパターンが、パターン化したマスタから支持基板へ転写される。インクは、（硬化型）フォトレジストまたは誘電体前駆体を含んでもよい。インクをアニール処理することによって、特定の場合、インク内の分子を焼結及び／又は架橋することによって、１つ以上の凹部領域を含むパターン化テンプレート層の形成が実現できる。そこでは、凹部領域は、テンプレート層での１つ以上の側壁またはエッジによって規定できる。
【００３８】
テンプレート層は、支持基板の上を長手方向に延びる少なくとも２つの（対向）側壁１０６を有するようにパターン化でき、これにより（略矩形断面の）凹部領域１０８を形成する（要するに、凹部、溝または凹みと称してもよい）。一実施形態において、凹部領域の高さは、パターン化テンプレート層の厚さによって決定できる。本開示において、凹部領域は、１０ｎｍ〜約５０００ｎｍ、好ましくは２０ｎｍ〜約２０００ｎｍ、より好ましくは４０ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲から選択される高さを有してもよい。更なる実施形態において、高さは、５０〜５００ｎｍの範囲から選択してもよい。さらに、凹部領域は、凹部領域は、４０ｎｍ〜５０００ｎｍ、好ましくは８０ｎｍ〜２０００ｎｍ、より好ましくは１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲から選択される幅Ｗを有してもよい。特定の実施形態において、支持基板での凹部（溝）は、液体半導体、誘電体または金属の前駆体を受け入れるための貯留層または井戸を形成してもよい。こうした前駆体が、要するにインクと称することができる。
【００３９】
図１Ｂは、インクで充填された凹部の少なくとも一部を概略的に示す。凹部は、パターン化テンプレート層の上に５０〜５００ｎｍの範囲の厚さのインクコーティングを付与することによって充填できる。種々のタイプのインクが使用できる。インクは、半導体、金属酸化物半導体、または金属の前駆体を含んでもよい。更なる実施形態において、インクは、前駆体と溶媒を含んでもよい。コートしたパターン化テンプレート層の表面を一掃するために、ドクターブレードが使用でき、その結果、凹部領域は、インク１１０で充填でき、または少なくとも部分的に充填でき、余分なインクはテンプレート層の上面１０３から除去される。
【００４０】
一実施形態において、インクは、１つ以上の半導体前駆体、好ましくは１つ以上のＩＶ族半導体前駆体の組成物と、必要に応じて溶媒とを含んでもよい。溶媒は、インクの粘性及び／又は濡れ性を制御するために使用してもよい。詳細に後述するように、インクは、半導体サブミクロン構造、即ち、ナノスケールの断面寸法を備えた半導体構造を、凹部に形成するために使用できる。
【００４１】
一実施形態において、半導体前駆体は、一般式  ＳｉｎＸｍで表される１つ以上のシラン化合物を含んでもよく、ここでＸは水素、ｎは５以上の整数、好ましくは５〜２０の整数、ｍは好ましくはｎ，２ｎ−２，２ｎまたは２ｎ＋１の整数であり、水素の一部がハロゲンと置換していてもよい。
【００４２】
こうしたシラン化合物の例が、欧州特許第１０８７４２８号に詳細に記載されており、これは参照によりここに組み込まれる。ｍ＝２ｎ＋２の化合物の例が、シラン水素化物、例えば、トリシラン、テトラシラン、ペンタシラン、ヘキサシラン、ヘプタシラン、および水素原子がハロゲン原子と部分的または完全に置換したこれらの置換化合物などを含む。
【００４３】
ｍ＝２ｎの例が、単環式シリコン水素化化合物、例えば、シクロトリシラン、シクロテトラシラン、シクロペンタシラン、シリルシクロペンタシラン、シクロヘキサシラン、シリルシクロヘキサシラン、シクロヘプタシラン、および水素原子がハロゲン原子と部分的または完全に置換したこれらのハロゲン化環式シリコン化合物、例えば、ヘキサクロロシクロトリシラン、トリクロロシクロトリシラン、コクタクロロシクロテトラシラン、テトラクロロシクロテトラシラン、デカクロロシクロペンタシラン、ペンタクロロシクロペンタシラン、ドデカクロロシクロヘキサシラン、ヘキサクロロシクロヘキサシラン、テトラデカクロロシクロヘプタシラン、ヘプタクロロシクロヘプタシラン、ヘキサブロモシクロトリシラン、トリブロモシクロトリシラン、ペンタブロモシクロトリシラン、テトラブロモシクロトリシラン、オクタブロモシクロテトラシラン、テトラブロモシクロテトラシラン、デカブロモシクロペンタシラン、ペンタブロモシクロペンタシラン、ドデカブロモシクロヘキサシラン、ヘキサブロモシクロヘキサシラン、テトラデカブロモシクロヘプタシラン、およびヘプタブロモシクロヘプタシランなどを含む。
【００４４】
ｍ＝２ｎ−２の例が、二環式シリコン水素化化合物、例えば、１，１’−ビスシクロブタシラン、１，１’−ビスシクロペンタシラン、１，１’−ビスシクロヘキサシラン、１，１’−ビスシクロヘプタシラン、１，１’−シクロブタシリルシクロペンタシラン、１，１’−シクロブタシリルシクロヘキサシラン、１，１’−シクロブタシリルシクロヘプタシラン、１，１’−シクロペンタシリルシクロヘキサシラン、１，１’−シクロペンタシリルシクロヘプタシラン、１，１’−シクロヘキサシリルシクロヘプタシラン、スピロ［２，２］ペンタシラン、スピロ［３，３］ヘプタシラン、スピロ［４，４］ノナシラン、スピロ［４，５］デカシラン、スピロ［４，６］ウンデカシラン、スピロ［５，５］ウンデカシラン、スピロ［５，６］ドデカシラン、スピロ［６，６］トリデカシラン、および、水素原子がＳｉＨ３基またはハロゲン原子と部分的または完全に置換した置換シリコン化合物などを含む。
【００４５】
さらに、ｍ＝ｎの化合物の例が、多環式シリコン水素化化合物、例えば、下記の式で表される化合物１〜５であり、水素原子がＳｉＨ３基またはハロゲン原子と部分的または完全に置換したこれらの乾燥(arid)置換シリコン化合物などを含む。これらの化合物は、２つ以上のタイプの混合物として使用してもよい。
【００４６】
１つ以上のシラン化合物を含むインクが、溶媒なし（例えば、純粋なシラン化合物）または溶媒ありで使用できる。ＵＶ露光シラン化合物に溶媒を添加することは、その濡れ性を変更することができる。好ましい実施形態において、シクロペンタシラン（ＣＰＳ）Ｓｉ５Ｈ１０及び／又はシクロヘキサシラン（ＣＨＳ）Ｓｉ６Ｈ１２が、シラン化合物として使用できる。一実施形態において、シラン化合物は、最初にＵＶ放射に予め定めた時間だけ露光すると、シクロシラン化合物分子の一部がポリシランに転換される。ＵＶ露光シラン化合物が、より粘性があり、ＵＶ露光していないシラン化合物より高い沸点を有する。さらに、他の実施形態において、純粋なシラン化合物（ＣＰＳ、ＣＨＳなど）が、ＵＶ露光なしのインクとして使用してもよい。
【００４７】
上記のシラン化合物は、２００℃〜３５０℃の範囲の１つ以上のアニール処理工程を用いて、これらの化合物がシリコン、特にアモルファスシリコンに容易に変換できるという利点を提供する。代替としてまたは加えて、（パルス）レーザ結晶化工程が、シラン化合物をシリコン、特にアモルファスシリコンまたは（多）結晶シリコンに変換するために使用できる。さらに、こうしたシラン化合物が、印刷技術での使用に適している。
【００４８】
アニール処理工程及び／又は露光工程を用いてシリコンに転換できる液相の化合物または前駆体を含むインクが、本願では、液体シリコン（ｌｉ−Ｓｉ）と称することができる。
【００４９】
一実施形態において、インクが、半導体または金属のナノ粒子及び／又はナノワイヤを含んでもよく、好ましくはＩＶ族半導体の、例えば、溶液中に分散した、Ｓｉのナノ粒子及び／又はナノワイヤまたはナノロッドを含んでもよい。
【００５０】
他の実施形態において、誘電体前駆体と、必要ならば溶媒とを含むインクが使用できる。こうしたインクをベースとして誘電体構造が凹部な形成できる。例えば、一実施形態において、誘電体前駆体、例えば、フルオロケイ酸（Ｈ２ＳｉＦ６）が、周知の液相堆積工程において誘電体層、例えばＳｉＯ２を形成するために使用できる。代替として、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）またはジメチルスホン−酸化物（ＤＭＳＯ）が、ＳｉＯ２層の形成における前駆体として使用できる。他の実施形態において、金属ベースのケイ酸／ホウ酸の混合物が、周知の液相堆積工程において、金属酸化物、例えば、ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，ＨｆＯ２などを形成するために使用できる。
【００５１】
さらに他の実施形態において、金属前駆体と、必要ならば溶媒とを含むインクが使用できる。こうしたインクをベースとして金属または金属含有（例えば、シリサイド）のサブミクロン構造が形成できる。一実施形態において、金属前駆体は、金属ナノ粒子、及び／又はナノワイヤまたはナノロッド（例えば、Ａｌ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｍｏ，Ｗｉ，Ｔｉ，Ｃｏなど）または有機金属化合物を含んでもよい。
【００５２】
インク組成物に使用される適切な溶媒の例が、炭化水素溶媒、例えば、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、ｎ−デカン、ジシクロペンタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ジュレン、インデン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、スクアランなど、そしてエーテル溶媒、例えば、ジプロピルエーテル、エチレングリコール、ジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、１，２−ジメトキシエタン、ビス（２−メトキシエチル）エーテル、ｐ−ジオキサンなど、そして極性溶媒、例えば、炭酸プロピレン、ガンマ−ブチロールアセトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノンなどを含む。
【００５３】
更なる実施形態において、トルエンまたはシクロオクタンが溶媒として使用できる。
【００５４】
溶媒は、処理の際、前駆体と反応しないように選択される。さらに、好ましくは、その蒸気圧が０．００１ｍｍＨｇ〜２００ｍｍＨｇの範囲で選択できる。０．００１ｍｍＨｇより低い圧力では溶媒を気化させるのが遅すぎて、溶媒が最終層に残留するリスクを増加させ、膜の特性の品質、例えば、シラン化合物前駆体を使用した場合はシリコン膜の品質を低下させるであろう。
【００５５】
一実施形態において、凹部での濡れ性を変えるために、添加物、例えば、界面活性剤をインク組成物に追加してもよい。界面活性剤は、フッ素タイプ、シリコンタイプまたは非イオンのタイプでもよく、微量、必要に応じて、必要な機能を損なわない範囲とする。非イオン界面活性剤は、溶液を塗布し、コーティング膜の平滑化のために濡れ性を改善し、コーティング膜の粒状性および肌荒れを抑制する。
【００５６】
インク組成物は、溶媒なしでも、少なくとも２０重量％溶媒、少なくとも４０重量％溶媒、または少なくとも６０重量％溶媒を含んでもよい。インク中の溶媒がアニール処理工程の際に気化した場合、液体インクの堆積が減少し、インクの濡れ性の挙動に従って、アニール処理（転換）された前駆体が凹部領域の予め定めたエリアに収集できる。
【００５７】
濡れ性は、前記固体表面との接触を維持して、液体が基板表面に広がろうとする液体の能力である。濡れ性は、２つが一緒になったとき、基板と液体との間の分子間相互作用から由来する。接着力と凝集力との間の力のバランスが濡れ性の程度（湿潤性 wettability）を決定する。撥液性(dewetting)が濡れ性の反対である。この場合、液体が、基板表面とのその接触表面を最小化しようとする。
【００５８】
接触角θは、液体−気体接触面が固体−液体接触面と出会う場所での角度である。簡単な基板−液体系では、周知のヤングの式  γＳ＝γＳＬ＋γＬｃｏｓθ  が、接触角（θ）と基板の表面エネルギーγＳとの間の関係、液体の表面エネルギーγＬと基板−液体の接触面γＳＬとの間の関係をそれぞれ提供する。液体の表面エネルギーγＬが低く、θが低い場合、表面がより濡れ性が高い。
【００５９】
表面エネルギー（接触角）は、種々のパラメータ及び／又は処理条件、例えば、温度、基板材料、基板表面処理、基板表面モーフォロジー(morphology)、基板表面形態(topology)、そして、例えば、インク中の前駆体／溶媒の比率などに依存する。基板材料が、液体と高い親和性を有することがある。その場合、液体が基板表面に広がる（濡れる）ことができる。こうした高い親和性の材料が、親水性（水ベースの液体の場合）または親油性(lyphofilic)とも称される。同様に、基板材料が、ある液体にとって低い親和性を有してもよい。その場合、液体が、基板上において接触角θで球形キャップを形成し得る。こうした低い親和性の材料は、疎水性（または疎液性lyphofobic）と称される。凹部を含むパターン化された基板表面でのインクの濡れ性（撥液性）挙動は、これらのパラメータの１つ以上によって支配される。
【００６０】
一実施形態において、テンプレート層および基板の材料は、凹部での側壁表面の少なくとも一部が、凹部の底面（ベース）の材料よりインクにとってより高い親和性を有するように構成してもよい。例えば、一実施形態において、テンプレート層の材料は、側壁表面がインクにとって高い親和性を有し、テンプレート構造の上面（凹部の外側）がインクにとって低い親和性を有するように、選択（及び／又は処理）してもよい。その場合、凹部側壁とのインクの接触角は比較的小さくなる（図１Ｃに概略的に示すように）。
【００６１】
液体半導体前駆体、例えば、シクロペンタシラン（ＣＰＳ）などでは、接触角は、表面基板材料に応じて１０°〜３５°の範囲で変化する。例えば、Ｓｉ２Ｎ３を表面基板材料として使用した場合、室温で約３３．４°の接触角が測定された。熱酸化物またはＴＥＯＳから堆積したＳｉＯ２を表面基板材料として使用した場合、約１２°〜１８°のより低い接触角が測定された。
【００６２】
表面改質技術を用いて、ＣＰＳの接触角を増減できる。例えば、一実施形態において、ＳｉＯ２の短いＨＦ浸漬（０．５５％ＨＦ、４分間）を用いて、数度の接触角の減少により濡れ性を増加させることができる。他の実施形態において、凹部を形成する材料と関連したインクにとって親和性は、米国公開第２００５／０１７００７６号に記載されているように、材料をＣＦ４／Ｏ２プラズマに曝すことによって制御できる。
【００６３】
更なる実施形態において、基板温度は、凹部でのインク濡れ性を制御するために使用できる。これは、上記の表面処理のいずれかとの組合せで使用してもよい。例えば、ＣＰＳによる基板表面の湿潤性は、特に、表面処理、例えば短いＨＦエッチング（ＨＦ浸漬）と組み合わせた場合、基板温度を増加させることによって増加できる。例えば、ＴＥＯＳ  ＳｉＯ２では、約７５℃の基板温度で約５°の接触角が測定された。
【００６４】
図１Ｃは、本発明の一実施形態に係る凹部領域でのサブミクロン構造を示す。該構造は、図１Ｂに示すように、例えば、ドクターブレード技術を用いてテンプレート層の凹部にインクを充填し、充填された凹部にアニール処理工程を施すことによって形成できる。
【００６５】
一実施形態において、インクは、液体半導体前駆体と溶媒とを含んでもよい。不活性雰囲気で、２００〜４００℃、より好ましくは２５０℃〜３５０℃の範囲で選択された温度でのアニール処理工程の際、溶媒は、気化し始めて、液体が側壁に向けて流れ、そのためインクの少なくともかなりの部分が、該エリアにおいて側壁に沿って凹部中央から遠くで濃縮（固定 pinned）されるようになる。毛細管力に起因して、著しい量のインクが、側壁に向かってそして上向きに引き寄せられるようになる。こうして凹部中央の少なくとも一部が撥液性となり、側壁の少なくとも一部がインクで濡れ、これにより狭いサブミクロン（断面）幅ｗのインクフィラメント１１２を凹部の側壁に沿って形成する。アニール処理の際、半導体、金属または誘電体の前駆体が、固体状態の半導体、金属または絶縁体に転換される。シラン系半導体前駆体、例えばＣＰＳまたはＣＨＳなどを用いた場合、シラン系前駆体は、アモルファスまたは（多）結晶のシリコンに転換される。
【００６６】
他の実施形態において、凹部側壁に沿った半導体フィラメントの形成が、感光性（半導体）インクをＵＶ放射で露光することによって達成できる。感光性半導体前駆体が、図１Ｂを参照して記載したように、一般式  ＳｉｎＸｍの１つ以上のシラン化合物、例えば、ＣＰＳを含んでもよい。インクは、ＵＶ光を用いて予め定めた時間、露光でき、その結果、シラン化合物の少なくとも幾つかが、光重合によってポリシラン鎖に転換される。このプロセスの際、インクの表面エネルギー（または表面張力）は変化（増加）し、これにより接触角の変化（増加）が生ずる。この変化は、凹部内でのインクの撥液性挙動での変化をもたらす。特に、重合プロセスにより、液体が側壁に向けて流れるようになり、インクの少なくともかなりの部分が、該エリアにおいて側壁に沿って凹部中央から遠くで濃縮されるようになる。毛細管力に起因して、著しい量のインクが、側壁に向かってそして上向きに引き寄せられるようになる。こうして凹み側壁に沿ってサブミクロン断面幅のインクフィラメントが形成され、凹部の底面の中央が撥液性になる。その後、インクフィラメントを含有するポリシランが、アニール処理を用いて、例えば、不活性雰囲気でホットプレートを用いて、２００〜４００℃、好ましくは２５０℃〜３５０℃の範囲で選択された温度で、アモルファスシリコンに転換される。アニール処理時間は、１分間〜５時間の範囲から選択できる。
【００６７】
さらに他の実施形態において、純粋の非ＵＶ照射のシラン化合物を使用して、サブミクロン幅のインクフィラメントを凹部側壁に沿って形成してもよい。１５０〜４００℃、好ましくは２００℃〜３５０℃の範囲で選択された温度でシラン化合物のアニール処理により、液体が側壁に向けて流れるようになり、インクの少なくともかなりの部分が、該エリアにおいて側壁に沿って凹部中央から遠くで濃縮されるようになる。毛細管力に起因して、著しい量のインクが、側壁に向かってそして上向きに引き寄せられるようになる。非ＵＶ照射のシランの（バルク）沸点は、典型的にはアニール温度より低いが、毛細管力は、充分な量のシランを充分な時間だけ側壁に沿って固定させることが可能であり、シラン化合物を、凹部側壁に沿って位置決めされたアモルファスシリコンフィラメントに転換することができる。
【００６８】
よって、上述した実施形態において、支持基板の上面の上または中にあるテンプレート構造が、インクを用いてサブミクロン固体（例えば、半導体）構造の形成を可能にする。凹部側壁に沿った固体（半導体）フィラメント（ワイヤ）は、インクによって、凹部側壁の制御された濡れ性によって形成できる。側壁の高さおよび角度配向、ならびに側壁に対して濃縮されるインク量は、フィラメントの断面寸法（幅）を決定する。一実施形態において、該方法を用いて、２０〜８００ｎｍ、好ましくは５０〜６００ｎｍ、より好ましくは１００〜５００ｎｍの範囲の断面寸法を有するフィラメントを形成できる。
【００６９】
図１Ａ〜図１Ｃは、縦長構造の形成を示しているが、本発明は、テンプレート層でのテンプレート構造の外面形状を単に調節することによって、例えば（部分的）矩形、円形、三角形またはこれらの組合せを含む種々の形状を有するサブミクロン誘電体、半導体及び／又は金属の構造の形成を可能にすることは当業者にとって明らかである。さらに、シラン化合物などの液体半導体前駆体の代わりに、誘電体または金属の液体前駆体を用いて、同様な手法で金属または誘電体のサブミクロンフィラメントが形成できる。
【００７０】
図１Ａ〜図１Ｃを参照して上述したように、アモルファスシリコンサブミクロンフィラメントを形成する場合、該構造はさらに、１００〜８００ｎｍ、好ましくは２００〜４００ｎｍの範囲で発光する光源からの光に露光してもよいこうした光源は、高圧および低圧の水銀ランプ、希土類ガス放電ランプ、ＹＡＧレーザ、アルゴンレーザ、エキシマレーザなどを含む。こうした放射への露光が、アモルファスシリコンから多結晶シリコンに転換できる。多結晶シリコンへの転換のための典型的なエネルギー密度が、５０〜１２００ｍＪ／ｃｍ２の範囲から選択できる。
【００７１】
さらに、多結晶シリコンフィラメントは、ホウ素またはリンでドープしてもよく、約１００ｃｍ２／Ｖｓ以上の電荷キャリア移動度を提供できる。ドーピングは、コートされたアモルファスシリコンフィラメントを露光する前に、高ドープのスピンオングラス（ＳＯＧ）またはスピンオンドーパント（ＳＯＤ）層をアモルファスシリコンフィラメント上に付与することによって達成できる。
【００７２】
代替として、他の実施形態において、ドーパントを含む液体半導体前駆体を使用してもよい。一実施形態において、半導体前駆体は、一般式  ＳｉｉＸｊＹｐで表される１つ以上のドープされたシラン化合物を含んでもよい。ここで、Ｘは水素原子及び／又はハロゲン原子を表し、Ｙはホウ素原子またはリン原子を表し、ｉは３以上の整数を表し、ｊはｉおよび２ｉ＋ｐ＋２で定義される範囲から選択される整数を表し、ｐは１およびｉで定義される範囲から選択される整数を表す。
【００７３】
更なる実施形態において、フィラメントと電気接続される１つ以上の金属（例えば、銀）コンタクトパッド（またはボンディングパッド）を基板上に堆積して、導電性半導体（多結晶シリコン）フィラメントとの電気接続を提供してもよい。
【００７４】
よって、上記から、本発明は、液体の半導体、誘電体または金属の前駆体を用いて、パターン化された基板の上にサブミクロン構造を形成するための、テンプレート支援の方法を提供することになる。プロセス工程は、単にコーティング工程とアニール処理工程とを含み、高価な真空の堆積及び／又はエッチング技術を必要としない。サブミクロンの金属、誘電体または半導体の構造を形成するために、基板表面でのミクロンサイズのテンプレート構造または基板上のテンプレート層。テンプレート構造は、既知のマイクロ・インプリンティングまたは印刷技術によって形成でき、本発明に係る方法を、安価で高いスループットのロール・ツー・ロール処理にとって特に適したものにする。
【００７５】
図２Ａは、本発明の一実施形態に係る、凹部領域に形成されたサブミクロンシリコン構造の平面図の写真を示す。該凹部は、図１Ａ〜図１Ｃを参照して説明したように、基板上のテンプレート層、例えば、ＴＥＯＳ層をパターン化することによって形成できる。この特定の例では、凹部領域は、第１およびパッド領域２１６，２１８を接続するチャネル領域２１４を備えてもよく、チャネル領域は、約５ミクロン幅、７ミクロン長さ、２５０ｎｍ高さである。凹部を備える基板の表面は、基板を８分間、５００Ｗの酸素プラズマに曝すことによって酸化工程を行った。プラズマは、凹部での表面粗さを変更（増加）でき、そのため基板に対するアモルファスシリコンの改善した接着性が達成される。
【００７６】
サンプルは、グローブボックス（MBRAUN社、ガス精製プラットフォームMB20/MB200付）の中に移送した。そこでは、ほぼ無酸素環境（酸素レベル＜１ｐｐｍ）を実現している。凹部は、ドクターブレードコーティング技術を利用して純粋のＣＰＳで充填した。凹部を充填した後、基板をＵＶ光(UV AHAND 250GS)に２分間露光して、ＣＰＳを光重合させた。ＵＶ光は、３２０ｎｍから４００ｎｍの波長範囲で約３７０ｎｍにピークを持つプロファイルを有する。一実施形態において、１〜３０分間、好ましくは２〜２０分間の範囲で選択される時間だけＣＰＳをＵＶに露光してもよい。
【００７７】
ＵＶ露光の際、凹部領域に残留しているＣＰＳが重合して、高次のポリシランになる。ＵＶ露光に起因して、凹部領域でのＣＰＳの濡れ性が変化し、凹部のチャネル領域２１４の底面の中央部分を撥液性とし、凹部側壁をインクによる濡れ性とする。こうしてサブミクロン断面寸法のポリシランインクフィラメント２１２が、凹み側壁に沿って形成できる。
【００７８】
この特定の例では、フィラメントの幅ｗは約７００〜８００ｎｍであり、フィラメントの最大高さは約２５０ｎｍ（凹部の高さと同程度）である。フィラメントの幅は、ＵＶ露光時間、基板温度、予め定めた表面処理、凹みの側壁および底面用の材料の選択、及び／又は凹部の幾何形状（例えば、側壁及び／又は底面の配向）によって制御できる。これらのパラメータに基づいて、シリコンフィラメントの幅が、５０〜８００ｎｍ、好ましくは１００〜６００ｎｍ、より好ましくは１５０〜５００ｎｍの範囲に制御できる。
【００７９】
その後、該構造は、ほぼ無酸素環境で１時間、３５０℃の温度に曝すことによってアニール処理され、ポリシランフィラメントをアモルファスシリコンフィラメントに転換し、アモルファスシリコンは、レーザ照射、例えば、ＸｅＣＬエキシマレーザを用いて多結晶シリコンに変換してもよい。多結晶シリコンへの転換のための典型的なエネルギー密度は、５０〜１２００ｍＪ／ｃｍ２の範囲で選択される。撥液性領域での多結晶シリコンの残りは存在していてもよく、ＨＦとＨＮＯ３の混合物をベースとした短いウェットエッチングを用いて除去してもよい。
【００８０】
一実施形態において、サブミクロン多結晶シリコンフィラメントは、ホウ素またはリンでドープして導電性にしてもよく、そして（例えば、アルミニウム）コンタクトパッドをパッド領域に堆積してもよい。こうして図２Ｂに示すようなナノワイヤデバイスが実現できる。ナノワイヤデバイスは、２つの金属コンタクトパッド２１６，２１８を備えてもよく、これらは、１つ以上（本ケースでは２つ）のドープした多結晶シリコンナノワイヤ２１２によって電気接続される。このプロセスをベースとして、２つのコンタクトパッド間にマルチ平行ナノワイヤを含む導電性チャネルが実現できる。さらに、１つ以上のサブミクロン幅の多結晶シリコンフィラメントが半導体チャネル領域の上に製造され、小さいゲート長を持つＴＦＴを実現でき、これは高周波用途に必要とされる。
【００８１】
図３Ａ〜図３Ｃは、本発明の種々の実施形態に係る、種々のサブミクロンシリコン構造の平面図の写真および、写真撮影した構造の関連する概略断面を表す。図３Ａは、その上面にあるテンプレート構造を備える基板の平面図の写真を表す。テンプレート構造は、異なる寸法の凹部を備えてもよい。凹部は、２５０ｎｍの深さと、５００ｎｍ〜５ミクロンの範囲で変化する幅を備えてもよい。サブミクロンアモルファスシリコン構造は、テンプレート構造をコーティングすることによって形成され、ＣＰＳの層（溶媒無し）が約２００ｎｍの厚さを有する。ドクターブレードを用いて、パターン化された表面の上を一掃し、凹部領域をインクで充填、または少なくとも部分的に充填し、余分なＣＰＳを除去した。この特定の場合、凹部は、非ＵＶ照射のＣＰＳで充填した。その後、ＣＰＳで充填した凹部を含む基板を、ほぼ無酸素環境で１時間、３５０℃の温度でアニール処理した。驚異なことに、アニール処理の際、サブミクロンアモルファスシリコン構造が凹部に形成された。
【００８２】
特に、サブミクロン幅の凹部２０４において、図３Ｂに概略的に示すように、アモルファスシリコン３０２が凹部をほぼ完全に充填した。さらに、（数）ミクロン幅の凹部３０８において、サブミクロンアモルファスシリコンフィラメント３０６が、凹部の側壁に対してエッジに形成された。凹部のベースの残りは、図３Ｃに概略的に示すように、ほぼアモルファスシリコン無しであった。
【００８３】
この結果は、ＣＰＳの（バルク）沸点が１９４℃であることから、驚異なことである。よって、ＣＰＳを２５０℃〜３５０℃の範囲でアニール処理する場合、アモルファスシリコンが基板表面に形成できる前に、ＣＰＳは気化することが予想される。それでも実験データは、３００ｎｍ〜６００ｎｍの幅を有するアモルファスシリコンフィラメントが、比較的幅広の凹部（１ミクロン以上）のエッジに沿って形成されること、そして、小さいサブミクロン凹部が、アモルファスシリコンでほぼ完全に充填されることを示している。
【００８４】
これらの結果は、アニール処理の際、毛細管力に起因して、著しい量のＣＰＳが側壁に向かってそして上向きに引き寄せられることを示す。一見して、比較的幅広の凹部では、毛細管力は、充分な量のＣＰＳを充分な時間だけ側壁に沿って固定させることが可能であり、そのため、堆積したＣＰＳがアモルファスシリコンに転換できる。同じことが、サブミクロン凹部に適用できる。毛細管力がＣＰＳをサブミクロン凹部に固定し、これにより、ＣＰＳが気化する前に、ＣＰＳのアモルファスシリコンへの転換を可能にする。
【００８５】
さらに、側壁から遠くで凹部内に見つかる材料は皆無かそれに近かった。また、テンプレート構造の上面は、余分な材料がほぼ無くなっており、これらのエリアにおけるＣＰＳが本当に気化したことを示している。よって、テンプレート構造を純粋なＣＰＳでコーティングし、ＣＰＳを２５０℃〜３５０℃の温度でアニール処理すると、凹部内でアモルファスシリコン・サブミクロン構造の形成が生じるとともに、テンプレート構造の残部には、ＣＰＳ及び／又はアモルファスシリコン材料がほぼ無くなった。
【００８６】
図４Ａと図４Ｂは、メサ、即ち、基板の表面の上方に延びる柱(pillar)または小丘(hillock)を備えた構造化基板の平面図の写真および、写真撮影した構造の関連する概略断面を表す。メサは、約２５０ｎｍの高さと１ミクロンの幅を有してもよい。構造化基板は、図３Ａ〜図３Ｃを参照して説明したのと同様な方法で、ＣＰＳ層でコートして、アニール処理できる。
【００８７】
写真は、各メサ４１２の周りにある狭い（サブミクロン）アモルファスシリコンフィラメント４１０（リング状）を明確に示すとともに（概略的な断面を図４Ｂに示す）、表面の残部はほぼ（余分な）アモルファスシリコン無しであった。よって、この場合も、アモルファスシリコン構造が、非ＵＶ照射のＣＰＳ層のアニール処理を用いてメサの周りに形成でき、これは、テンプレート構造が設けられた基板表面の上に設けられる。図２Ａ〜図２Ｅでの結果は、図１Ａ〜図１Ｅを参照して説明したように、サブミクロン多結晶シリコン構造およびデバイスを形成するプロセスにおいて使用できる。
【００８８】
よって、上述したプロセスをベースとして、可撓性基板の上に、テンプレート構造の制御したインク濡れ性（撥液性）を用いて、サブミクロン断面寸法の半導体構造が形成できる。サブミクロン半導体フィラメントが、基板表面での凹部側壁に対して、あるいは基板表面から延びるメサの側壁に対して形成できる。凹部またはメサは、半導体フィラメントの形成を支援するテンプレートとして機能できる。フィラメントは、テンプレート構造と正確に整列している。これらのテンプレート構造は、整列した薄膜構造を形成するために、１つ以上の追加のプロセス工程において使用してもよい。こうして小さい構造寸法、好ましくは、２０〜４００ｎｍ、好ましくは４０〜２００ｎｍの範囲のサブミクロン構造寸法、および高いアライメント精度の両方が達成できる。
【００８９】
テンプレート構造の制御された濡れ性は、最新のナノリソグラフィ技術または（真空ベースの）異方性エッチングプロセスの必要性なしで、自己整合サブミクロン構造を製造するための簡単な低温プロセスの基礎として使用できる。１つ以上の狭いインクフィラメントが、パターン化されたテンプレート層での凹部領域の側壁に固定されるという濡れ性のモーフォロジー(morphology)が、可撓性基板上でのナノスケールの半導体、誘電体または金属の構造および電子デバイスの形成の基礎として使用できる。
【００９０】
図５〜図７は、本発明の種々の実施形態に係る、凹部のインク濡れ性（撥液性）の制御を可能にするテンプレート基板を形成するための種々のプロセスを示す。図５Ａ〜図５Ｄは、本発明の一実施形態に係る、支持基板上にテンプレート構造を形成するための方法を示す。凹部側壁の材料は、インクにとって高い親和性を有する。例えば、一実施形態において、第１テンプレート層５０２が支持基板５００の上に設けられ、インクは、第１層の材料にとって高い親和性を有する（この材料は、高親和性材料と称してもよい）。その後、第２テンプレート層５０４が第１テンプレート層の上に形成され、インクは、第２層の材料にとって低い親和性を有する（この材料は、低親和性材料と称してもよい）。その後、１つ以上の開口５０６が第２テンプレート層に形成してもよく、これにより第１テンプレート層を露出させる。適切なエッチング工程を使用して、第１テンプレート層を支持基板に至るまで開放できる。こうして高親和性材料の側壁および低親和性材料の上面を備えた、１つ以上の凹部及び／又はメサ５０８を含むテンプレート構造が形成できる。
【００９１】
テンプレート構造は、図１Ａ〜図１Ｃを参照して説明したのと同様な方法で処理してもよい。例えば、テンプレート構造をインクでコーティングした後、図５Ｃに示すように、ドクターブレード技術を用いて、凹部をインク５１０で少なくとも部分的に充填すできる。そして、コート処理したテンプレート構造は、熱及び／又は光学アニールを施してもよい。アニール処理の際、インクのかなりの部分が堆積して、側壁の高親和性材料に固定できる。こうして半導体インク（例えば、ＣＰＳまたはＣＨＳ）を用いた場合、サブミクロンアモルファスまたは（多結晶）シリコンフィラメント５１２が凹部の側壁に沿って形成できる。さらに、アニール処理の際、側壁から遠い凹部の中央エリアは、撥液性とすることができ、凹部の中央部に形成されるシリコンは皆無または殆どない。よって、テンプレート層は、特定の濡れ性を有するように選択された幾つかの薄膜層を備えることができ、そのため凹部の外側及び／又は内側でのインク濡れ性（撥液性）挙動が制御できる。
【００９２】
図６Ａ〜図６Ｄは、本発明の一実施形態に係る、テンプレート構造を支持基板上に形成するための方法を示すもので、凹部内及び／又はメサに対してサブミクロン構造の制御された形成を可能するために、凹部のベースは構造化される。該プロセスは、支持基板上でのテンプレート構造の形成でスタートできる。凹部６０６が形成でき、凹部のベースは角度が付く。特に、ベースの中央部は、側壁に沿った部分より高いレベルになり、そのため側壁とベースとの間の角度は９０°より小さい。こうして溝６０８が側壁に沿って形成され、そこではインクの堆積および濃縮を可能にする。よって、図１Ａと図１Ｂを参照して説明したのと同様な方法で凹部をインク６１０で充填した後、アニール処理の際、側壁の濡れ性および凹部の中央領域の撥液性が角度付ベースによって増強され、（断面）サブミクロン構造が溝の側壁に沿ってより効率的に形成される。
【００９３】
多くの異なるテンプレート形態を使用して、凹部内及び／又はメサに対してサブミクロン構造の制御された形成を提供できることが言える。
【００９４】
例えば、図７Ａの実施形態において、凹部内の傾斜側壁が、Ｖ字状凹部７０２を形成できる。インク充填したＶ字状凹部７０２のアニール処理の際、単一のサブミクロン構造７０４がＶ字状凹部のベースに形成でき、角度付側壁がインクを凹部のベースに固定する。図７Ｂの実施形態において、メサ７０６がテンプレート層に形成できる。メサ側壁に近いベースは、９０°より小さいある角度を有する。こうして溝が側壁に沿って形成され、インクの堆積および濃縮を可能にする。こうしてサブミクロン構造７０８がメサの側壁に対して形成できる。
【００９５】
よって、図６と図７におけるミクロンサイズのテンプレート構造は、簡単なマイクロ・インプリント技術を用いて形成でき、テンプレート構造をコーティングすることによるサブミクロン（ナノサイズ）構造の制御可能な形成および、テンプレート構造の一部における制御可能なインク濡れ性（撥液性）を可能にする。
【００９６】
図８Ａ〜図８Ｆは、本発明の一実施形態に係る、テンプレート構造を支持基板上に形成するための方法を示すもので、凹部及び／又はメサの側壁は、ベースとともに９０°より小さい角度で配向している。図８Ａは、支持基板８００上の第１層８０２の形成を伴うプロセスの開始を示す。更なる第２層８０４が前記第１層の上に形成でき、そして、開口８０６が適切なエッチング行程を用いて前記第２層に形成でき、その結果、第１層の部分８０６が露出される。そして、パターン化した第２層８０２は、エッチング停止層として使用し、開口８０８（例えば、孔）を第１層に形成することができ、図８Ｂに示すように、支持基板の一部が露出される。第１層での開口は、等方性エッチングを用いて形成でき、その結果、第１層での開口（孔）は、傾斜した側壁を有することができる。孔は、コーティングを構造化層の上に塗布し、ドクターブレード技術を用いて余分な材料を除去することによって、誘電体前駆体８０８、例えばＴＥＯＳで充填できる（図８Ｃ）。アニール処理工程を用いて、誘電体前駆体を凝固できる。
【００９７】
その後、第１層および第２層は、適切なエッチングプロセスを用いて除去でき、そして、追加のアニール処理工程を用いて、誘電体を固体誘電体材料に転換できる。こうしてＴＥＯＳメサ構造８１２から堆積したＳｉＯ２を含む支持体の上にテンプレート構造が形成でき、側壁とメサのベースとの間の角度８１４は９０°より小さい（図８Ｄ）。
【００９８】
テンプレート構造は、図８Ｅに示すように、インク８１６でコート処理できる。その後、コートされたテンプレート構造は、熱的にアニール処理できる。アニール処理の際、毛細管力が、インクを、メサ構造の傾斜した側壁に向けて、そして上向きに引き寄せるようになる（図４Ｂに示したのと同様な方法で）。こうして自己整合サブミクロン構造８１８、例えば、（多結晶）シリコンサブミクロン構造が、図８Ｆに示すように、メサの全周で傾斜した側壁に対して形成できる。こうして自己整合（円形またはリング型）半導体サブミクロン構造が形成でき、これはＴＦＴ構造のゲート及び／又はソースの（少なくとも）一部を形成できる。
【００９９】
図９Ａ〜図９Ｉは、本発明の一実施形態に係る、半導体デバイスの少なくとも一部を製造するためのプロセスを概略的に示す。図９Ａは、支持基板９０４上に設けられた薄膜スタック９０６，９１４，９１６の上にあるテンプレート構造を示す。一実施形態において、支持基板はプラスチック箔(foil)を含んでもよい。一実施形態において、該プラスチック材料は、ポリ（エチレンテレフタラート）（ＰＥＴ）、ポリ（エチレンナフタラート）（ＰＥＮ）、ポリイミド系の箔及び／又はこれらの誘導体のうちの１つから選択してもよい。
【０１００】
一実施形態において、プラスチック箔は、例えば、ＳｉＯ２層及び／又はＳｉ２Ｎ３層を含む適切なバリア層９０６によって被覆してもよい。バリア層は、半導体層９１４（例えば、（多結晶）シリコン層）で被覆してもよい。半導体層は、ＴＦＴ構造のチャネル半導体として使用できる。半導体層は、薄い絶縁層（例えば、ＳｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３）で被覆してもよく、これはゲート絶縁体として使用できる。
【０１０１】
絶縁層は、大気圧での、コーティングプロセスまたは組合せ堆積および酸化プロセスなどの適切な低温堆積プロセスを用いて形成できる。絶縁層の上に、１つ以上の凹部領域９０８を含むパターン化テンプレート構造９０２が形成できる。一実施形態おいて、凹部領域は、テンプレート層の薄膜側壁によって規定でき、凹部のベースは、絶縁層９１６の上面によって形成できる。パターン化テンプレート構造は、１つ以上の凹部領域を備え、これは、図１Ａを参照して上述したのと同様な方法で形成される。
【０１０２】
その後、図９Ｂにおいて、液体半導体前駆体、好ましくはＩＶ族半導体前駆体を含むインクが、図１Ｂを参照して説明したのと同様な方法で、パターン化薄膜層の表面に塗布できる。一実施形態おいて、液相半導体前駆体は、シクロシラン系の前駆体を含んでもよい。他の実施形態において、シクロシラン系の前駆体は、シクロペンタシラン（ＣＰＳ）を含んでもよい。さらに他の実施形態において、シクロシラン系の前駆体は、シクロヘキサシラン（ＣＨＳ）を含んでもよい。ＣＰＳまたはＣＨＳは、ＵＶ及び／又はマイクロ波照射との組合せで適切な低温アニール処理を用いることによって、固体アモルファスシリコンに変換できる。
【０１０３】
ＣＰＳの良好な濡れ性を維持するために、そして構造化テンプレート層の良好な被覆を提供する液体シリコン層を達成するために、非ＵＶ露光のｌｉ−Ｓｉが使用できる。テンプレート層を液体シリコンでコーティングした後、ドクターブレードを用いて表面を一掃できる。この操作は、余分なｌｉ−Ｓｉを削ぎ取って、凹部領域の少なくとも一部をｌｉ−Ｓｉ９１０で充填する。その後、サブミクロン半導体構造が、図９Ｃに示すように、凹部に形成できる。一実施形態において、液体シリコン層は、ＵＶ光９１１に露光して、増加した沸点を有するｌｉ−Ｓｉをポリシランに少なくとも部分的に重合し、そのためｌｉ−Ｓｉは、後続の熱アニールでの取扱いにとってより安定になる。ポジフォトレジストをパターン化テンプレート層に使用した場合、ＵＶ露光により、ＤＮＱがノボラックに溶けて、そのため露光されたフォトレジスト部分が次の現像工程で容易に除去できる。
【０１０４】
凹部領域内の液体シリコンをＵＶ光で予め定めた時間（例えば、５〜３０分）照射することは、ｌｉ−Ｓｉの表面エネルギー（または表面張力）を変化させ、そして接触角を変化させる。こうしてｌｉ−Ｓｉは、濃縮され、凹部領域の側壁の少なくとも一部に固定されるとともに、凹部領域の中央領域は撥液性となる。凹部領域の側壁で濃縮されたｌｉ−Ｓｉは、ポリシランフィラメントを形成し、フィラメント（ワイヤ）９１２の幅は、サブミクロン断面寸法を有することができる。こうして形成されたフィラメントは、従来のマイクロ・インプリント技術を用いて形成できる凹部領域の幅より相当に小さい。以下に詳細に説明するように、サブミクロンフィラメント構造を用いて、サブミクロンゲート長のＴＦＴゲートを形成できる。
【０１０５】
上記ＵＶ露光工程は任意であることは言える。他の実施形態において、ｌｉ−Ｓｉコートされたテンプレート構造を含む支持基板は、２００℃〜３５０℃の範囲で選択されたアニール温度を用いてアニール処理できる。その場合、図３を参照して説明したのと同様な方法で、アモルファスシリコン・サブミクロン構造が凹部領域内の側壁に沿って形成できる。
【０１０６】
熱アニールは、ＵＶ露光及び／又はマイクロ波照射処理９１３と組み合わせてもよく（図９Ｄ、１つのフィラメントだけを示す）、ゲート構造９１２の重合したシリコンハロゲン化物材料は、低下したアニール温度でアモルファスシリコンに変換できる。
【０１０７】
ｌｉ−Ｓｉのａ−Ｓｉへの転換後、パターン化したテンプレート層の少なくとも一部が適切な除去工程によって除去できる。一実施形態において、ＳｉＯ２をテンプレート層に使用した場合、ＨＦ溶液がウェットエッチャントとして使用できる。他の実施形態において、フォトレジストをパターン化犠牲層に使用した場合、適切な現像液を用いてレジスト材料を除去できる。こうしてアモルファスシリコンワイヤ９１２を備えたサブミクロンゲート構造が、図９Ｅに示すように、ゲート絶縁層の上に形成できる。続いて、ゲートエリアの外側にあるゲート絶縁体は、適切なウェットエッチングを用いて除去でき（図９Ｆ）、これにより多結晶シリコンエリアをゲート構造の両側で露出できる。
【０１０８】
その後、一実施形態において、任意の脱水素化工程が実施でき、ゲート構造のアモルファスシリコン内の水素濃度を低減する（図９Ｇ）。水素濃度の低減は、結晶化工程の際、過剰な水素流出に起因したシリコン噴出を回避するのに有用になる。一実施形態において、脱水素化工程は、電磁スペクトルの適切な部分で光を放出するレーザまたはフラッシュランプを用いて、ゲート構造およびソースドレインエリアのアモルファスシリコンをアニール処理することによって実施できる。一実施形態において、光は、２００〜８００ｎｍの波長から選択できる。他の実施形態において、パルス（エキシマ）レーザ（３０８ｎｍ，２５０ｎｓ）を脱水素化アニール処理に用いてもよい。５０〜３００ｍＪ／ｃｍ２の範囲の低いエネルギー密度のマルチショットレーザ照射８２０を用いて、水素８１８をアモルファスシリコンから拡散できる。こうしてアモルファスシリコン内の水素濃度は、約１０〜２０ａｔ％から５ａｔ％未満の濃度に低減できる。一実施形態において、エネルギー密度が、第１エネルギー密度値（例えば、１０，２０，３０，４０または５０ｍＪ／ｃｍ２）から第２エネルギー密度値（例えば、５０，１００，１５０，２００，２５０または３００ｍＪ／ｃｍ２）に徐々に増加してもよい。他の実施形態において、各エネルギー密度のショット回数は、第１ショット回数（例えば、１００，８０，６０，４０，２０または１０ショット）から第２ショット回数（例えば、５，４，３，２または１ショット）に減少してもよい。
【０１０９】
ソースドレインエリアを規定し、高導電性の多結晶シリコンゲートを実現するために、適切なドーパントソースを該構造の上に堆積してもよい。例えば、一実施形態において、ソース、ドレインおよびゲートのエリアは、高ドープのスピンオングラス（ＳＯＧ）またはスピンオンドーパント（ＳＯＤ）層９２０で被覆してもよい（図９Ｈ）。
【０１１０】
そして、アモルファスシリコンは、３００〜１２００ｍＪ／ｃｍ２の範囲のエネルギー密度を持つパルスレーザ９２４で照射してもよい。ＳＯＧは、レーザ光にとって透明であるため、光は、ゲートシリコンおよびシリコンソースドレインエリアで主に吸収される。こうしてレーザショットは、露光エリアを局所的に加熱でき、そのためドーパントがシリコン層の中に拡散し、ドープ領域９２８を形成する。これは、ソースドレイン領域およびドープしたシリコンゲート構造として機能できる。さらに、充分なエネルギー密度を持つレーザパルスを用いた場合、ゲート構造のアモルファスシリコンに吸収された熱はアモルファスシリコンを局所的に融解し、それをドープした多結晶Ｓｉに結晶化させる。
【０１１１】
ドープしたエリアの形成、そしてゲート構造の結晶化の後、金属電極が、ソースドレイン領域およびシリコンゲート構造（不図示）と接続されることになる。こうして主要で基本的なＴＦＴ構造が完成する（図９Ｉ）。
【０１１２】
本発明は、上記記載に限定されず、後述するような実施形態も含み得ることは理解すべきである。一態様において、本発明は、サブミクロン半導体構造を製造するための方法に関する。該方法は、少なくとも１つのテンプレート層を支持基板の上に形成するステップと、１つ以上のテンプレート構造、好ましくは１つ以上の凹部(recess)及び／又はメサ(mesa)を前記テンプレート層に形成するステップであって、前記１つ以上のテンプレート構造は１つ以上のエッジを含む、ステップと、前記１つ以上のテンプレート構造の少なくとも一部を、液体半導体前駆体、好ましくは液体シリコン前駆体でコーティングするステップと、前記液体半導体前駆体がコートされたテンプレート構造をアニール処理及び／又は露光するステップとを含み、前記アニール処理及び／又は露光の際、前記１つ以上のエッジの少なくとも一部に対する毛細管力によって、前記液体半導体前駆体の一部が堆積し、前記アニール処理及び／又は露光は、前記堆積した液体半導体前駆体を、前記１つ以上のエッジの少なくとも一部に沿って延びる１つ以上のサブミクロン半導体構造、好ましくは１つ以上のサブミクロン半導体ワイヤに転換する。
【０１１３】
一実施形態おいて、前記１つ以上のエッジは、凹部及び／又はメサの少なくとも一部を規定でき、前記凹部の深さ及び／又はメサの高さは、２０〜２０００ｎｍ、好ましくは４０〜１０００ｎｍ、より好ましくは５０〜５００ｎｍの範囲で選択され、及び／又は、前記１つ以上の凹部及び／又はメサの幅は、４０ｎｍ〜５０００ｎｍ、好ましくは８０ｎｍ〜２０００ｎｍ、より好ましくは１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で選択される。
【０１１４】
一実施形態おいて、前記１つ以上のエッジは、１つ以上の面を規定し、前記１つ以上の面と前記テンプレート層の上面との間の角度は、３０°〜１２０°の範囲で選択される。
【０１１５】
一実施形態おいて、前記１つ以上の凹部及び／又はメサの形態は、前記毛細管力による前記１つ以上のエッジに対する前記液体半導体前駆体の前記堆積が刺激されるように選択される。
【０１１６】
一実施形態おいて、前記１つ以上の凹部は、実質的に台形状、矩形状または三角形状（Ｖ字状）の断面を有する。
【０１１７】
一実施形態おいて、前記テンプレート層は、少なくとも第１および第２テンプレート層を含み、第１テンプレート層は、液体半導体前駆体にとって、前記第２テンプレート層の材料より高い親和力を有する材料を含む。
【０１１８】
一実施形態において、前記アニール処理は、前記コートされたテンプレート構造の少なくとも一部を、前記液体半導体前駆体の沸点より高い温度に曝すことを含む。
【０１１９】
一実施形態において、前記アニール処理は、前記コートされたテンプレート構造の少なくとも一部を、１５０〜３５０℃、好ましくは１８０〜３４０℃、より好ましくは２００〜３２０℃の範囲から選択された温度に曝すことを含む。
【０１２０】
一実施形態において、前記露光は、前記１つ以上のコートされたテンプレート構造の少なくとも一部を、２００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で選択された１つ以上の波長を含む光に露光すること、及び／又は、前記１つ以上のコートされたテンプレート構造の少なくとも一部を、１０〜１０００ｍＪ／ｃｍ２、好ましくは２０〜６００ｍＪ／ｃｍ２、より好ましくは４０〜６００ｍＪ／ｃｍ２の範囲で選択されたエネルギー密度に関連した光で露光することを含む。
【０１２１】
一実施形態において、前記方法は、前記テンプレート構造の少なくとも一部を、液体シリコン前駆体または、ドープされた液体シリコン前駆体でコーティングすることを含み、好ましくは前記液体シリコン前駆体は、一般式  ＳｉｎＸｍで定義され、ここでＸは水素、ｎは５以上の整数、好ましくは５〜２０の整数、ｍはｎ，２ｎ−２，２ｎまたは２ｎ＋１に等しい整数であり、より好ましくは、前記液体シリコン前駆体はシクロペンタシラン（ＣＰＳ）及び／又はシクロヘキサシランを含み、好ましくは前記ドープされた液体シリコン前駆体は、一般式  ＳｉｉＸｊＹｐで定義され、ここで、Ｘは水素原子及び／又はハロゲン原子を表し、Ｙはホウ素原子またはリン原子を表し、ｉは３以上の整数を表し、ｊはｉおよび２ｉ＋ｐ＋２で定義される範囲から選択される整数を表し、ｐは１およびｉで定義される範囲から選択される整数を表す。
【０１２２】
一実施形態において、前記方法は、前記液体シリコン前駆体の少なくとも一部をアモルファスシリコンに転換するために、前記コートされたテンプレート構造を、１５０℃より高い温度、好ましくは１８０〜３５０℃、より好ましくは２００〜３２０℃の範囲で選択された温度でアニール処理することを含む。
【０１２３】
一実施形態において、前記方法は、前記液体シリコン前駆体の少なくとも一部を固体シリコン、好ましくはアモルファスシリコン、多結晶シリコン、マイクロ結晶シリコンまたはナノ結晶シリコンへ転換するために、前記コートされたテンプレート構造を露光、好ましくは２００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で選択された１つ以上の波長を含む光に露光することを含む。
【０１２４】
一実施形態において、前記１つ以上のテンプレート構造を形成することは、前記支持基板の表面に液体前駆体でコーティングすることによってテンプレート層を形成することを含み、好ましくは前記液体前駆体は、ポリマー、金属前駆体または金属−酸化物誘電体前駆体を含み、さらに前記テンプレート層をアニール処理することと、インプリント技術、好ましくはマイクロ・インプリントまたはナノ・インプリント技術を用いて、前記テンプレート構造の少なくとも一部を前記テンプレート層に形成することとを含む。
【０１２５】
一実施形態において、前記支持基板は、可撓性基板層（好ましくは金属またはプラスチック基板層）と、前記可撓性基板層の少なくとも一部の上に設けられた半導体層（好ましくは、前記半導体層は、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、マイクロ結晶シリコンまたはナノ結晶シリコンを含む）と、前記半導体層の少なくとも一部の上に設けられたゲート絶縁層とを含み、前記テンプレート層は、前記ゲート絶縁層の少なくとも一部の上に形成される。
【０１２６】
一実施形態において、前記方法は、前記半導体サブミクロン構造の少なくとも一部をドーピングすることを含む。
【０１２７】
一実施形態において、前記方法は、１つ以上のコンタクト電極、好ましくは前記サブミクロン半導体構造と電気接続された１つ以上の金属コンタクト電極を形成することを含む。
【０１２８】
一実施形態において、前記サブミクロン半導体構造は、薄膜トランジスタのサブミクロン半導体チャネルまたはサブミクロンゲートとして使用される。
【０１２９】
一実施形態において、前記サブミクロン半導体構造は、前記１つ以上のエッジの少なくとも一部に対して形成された１つ以上のサブミクロン半導体ワイヤ（フィラメント）を含み、前記半導体ワイヤは、２０〜８００ｎｍ、好ましくは５０〜６００ｎｍ、より好ましくは１００〜５００ｎｍの範囲で選択された断面寸法を有する。
【０１３０】
更なる態様において、本発明は、好ましくは上述したような方法によって得られる半導体サブミクロン構造に関するものでもよい。半導体サブミクロン構造は、可撓性支持基板、好ましくはプラスチック基板の上にテンプレート層を含み、前記テンプレート層は１つ以上のテンプレート構造を含み、前記テンプレート構造は、１つ以上の凹部及び／又はメサを含み、前記凹部及び／又はメサは１つ以上の側壁を含み、前記凹部の深さ及び／又は前記メサの高さは、４０〜８００ｎｍ、好ましくは５０〜７００ｎｍ、より好ましくは６０〜６００ｎｍの範囲で選択され、少なくとも１つの半導体サブミクロンワイヤが前記１つ以上の凹部及び／又はメサの前記１つ以上の側壁に対して配置され、好ましくは、前記半導体サブミクロンワイヤは、（水素化）アモルファスシリコンまたは（水素化）（多結晶）シリコンを含む。
【０１３１】
何れか１つの実施形態に関連して説明した特徴は、単独で、あるいは説明した他の特徴と組み合わせて使用できること、さらに、他の任意の実施形態（または他の任意の実施形態の組合せ）の１つ以上の特徴と組み合わせて使用できることと理解すべきである。さらに、上述していない等価物および変更も、添付の請求項において定義される本発明の範囲から逸脱することなく採用してもよい。
【図１】
2016511536.tif 000003
【図２（Ａ）】
2016511536.tif 000004
【図２（Ｂ）】
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【図３】
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【図４】
2016511536.tif 000007
【図５（Ａ）】
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【図５（Ｂ）】
2016511536.tif 000009
【図５（Ｃ）】
2016511536.tif 000010
【図５（Ｄ）】
2016511536.tif 000011
【図６（Ａ）】
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【図６（Ｂ）】
2016511536.tif 000013
【図６（Ｃ）】
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【図６（Ｄ）】
2016511536.tif 000015
【図７（Ａ）】
2016511536.tif 000016
【図７（Ｂ）】
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【図８（Ａ）】
2016511536.tif 000018
【図８（Ｂ）】
2016511536.tif 000019
【図８（Ｃ）】
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【図８（Ｄ）】
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【図８（Ｅ）】
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【図８（Ｆ）】
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【図９（Ａ）】
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【図９（Ｂ）】
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【図９（Ｃ）】
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【図９（Ｄ）】
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【図９（Ｅ）】
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【図９（Ｆ）】
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【図９（Ｇ）】
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【図９（Ｈ）】
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【図９（Ｉ）】
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【国際調査報告】
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