CN102074482A

CN102074482A - 一种柔性薄膜晶体管的制造方法

Info

Publication number: CN102074482A
Application number: CN2010105532745A
Authority: CN
Inventors: 刘萍
Original assignee: Shenzhen Danbang Investment Group Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Danbang Investment Group Co Ltd
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2010-11-22
Publication date: 2011-05-25

Abstract

本发明公开了一种柔性薄膜晶体管制造方法，其包括如下步骤：1）在临时基板上形成牺牲层；2）将薄膜晶体管制作在所述牺牲层上；3）去掉所述牺牲层；4）将薄膜晶体管转移到柔性基板上制得柔性薄膜晶体管。采用本发明的方法制备柔性薄膜晶体管可以节省制造成本，缩短制造时间。

Description

一种柔性薄膜晶体管的制造方法

技术领域

本发明涉及薄膜晶体管的制造，特别是涉及一种柔性薄膜晶体管制造方法。

背景技术

有机发光器件，即有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode，缩略词为OLED），又称为有机电致发光显示（Organic Electroluminesence Display, 缩略词为OELD）具有全固态特性，机械性能好，抗震动性强，使用塑料、聚酯薄膜或胶片作为基板，OLED屏可以做到更薄，甚至可以折叠或卷起来，实现柔性软屏显示。将OLED制作在柔性薄膜晶体管（Thin film Transistor，缩略词为TFT）基板上就形成了柔性有源矩阵有机发光二极体面板（Active Matrix Organic Light Emitting Diode, 缩略词为AMOLED）。TFT的制作温度通常为300～450℃，该温度远远超过了大部分透明的柔性基板的玻璃化温度，这对塑料基板极为有害。例如, 常用的聚对苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate，缩略词为PET）衬底，其玻璃化温度仅仅只有78℃。另外，聚合物材料的热膨胀系数大，与玻璃及许多薄膜材料性能不匹配。因此柔性TFT的制造方式通常有两种：一是直接将TFT通过低温工艺制作在柔性基板上；另一种是先将TFT制作在硅片、石英或玻璃基板上，再将制备好的TFT转移至柔性基板上。后者可以采用传统的成熟TFT制造技术，工艺难度相对较低。

一种现有的采用基板刻蚀转移法制备TFT的工艺过程是：在玻璃基板1上形成保护层2和TFT阵列3（如图1所示），并粘接转移基板4（如图2所示）；玻璃基板1用含氟化氢的刻蚀液去掉，刻蚀终止于保护层2（如图3所示），在刻蚀后的保护层2的下表面永久粘接柔性基板5（如图4所示），最后去掉转移基板4（如图5所示），完成最终的柔性TFT基板。

这种TFT的转移制造方法需要对玻璃基板1进行长时间的刻蚀，从而导致制造时间长，制造效率低；且保护层2需要对TFT进行长时间的保护以免破坏TFT的性能，因此保护层的材料特性要求比较高，增加了器件成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是弥补现有技术的不足，提供一种柔性薄膜晶体管的制造方法，节省了制造成本，缩短了制造时间。

本发明的技术问题是通过以下技术方案予以解决的：

所述柔性薄膜晶体管的制造方法，包括如下步骤：

1）、在临时基板上形成牺牲层；

2）、将薄膜晶体管制作在所述牺牲层上；

3）、去掉所述牺牲层；

4）、将薄膜晶体管转移到柔性基板上得到柔性薄膜晶体管。

所述牺牲层的作用与临时基板类似，在最终形成柔性TFT时都会去掉，在制造柔性薄膜晶体管过程中形成在所述临时基板和薄膜晶体管之间，但牺牲层比临时基板更容易去掉，通过去掉该牺牲层从而去掉临时基板，可使得柔性TFT的制造时间和成本均降低。

优选的，采用具有纳米孔结构的薄膜作为牺牲层，所述纳米孔孔径为20～200nm，以利于去掉牺牲层。

优选的，所述牺牲层为具有纳米孔结构的阳极氧化铝薄膜。

所述步骤1）包括如下分步骤：

1.1)、在所述临时基板上沉积一层铝膜，所述铝膜是纯铝膜或铝合金膜；

1.2)、将所述铝膜氧化成具有纳米孔结构的阳极氧化铝。

所述临时基板是金属基板、石英基板、硅片和玻璃基板中的一种。

综合考虑抗腐蚀性、平整性、价廉、大面积等因素，优选玻璃基板。

所述步骤1.1)中的沉积方法是热蒸发、磁控溅射和电子束蒸发中的一种，所述步骤1.2)中采用阳极氧化法得到阳极氧化铝。

因为要形成连续牢靠的氧化铝薄膜，作为阳极氧化的铝膜不能太薄，100nm以上的铝膜能保证氧化成功，其次，如果铝膜太厚，则成膜时间、刻蚀时间加长，所以优选铝膜的厚度为100-2000nm。

所述步骤1.2)包括：以所述铝膜为阳极、Pt电极为阴极，酸性溶液为阳极氧化的电解液，所述酸性溶液摩尔浓度为0.1-1.0mol/L，电解电压为20-100V的直流电压，氧化1-3小时，两极间的距离为20-80mm，电解液温度为5-25℃，监控反应电流，完成氧化后用去离子水水洗、风干得到阳极氧化铝薄膜。

上述的酸性电解液是硫酸、磷酸、铬酸、草酸中的至少一种。

优选摩尔浓度为0.1-1.0mol/L的草酸溶液作为电解液，以获得更均匀的阳极氧化铝薄膜。

所述步骤2）和步骤3）之间还包括步骤2.5）：形成通孔，所述通孔终止于所述牺牲层与所述薄膜晶体管接触的表面，作为去掉所述牺牲层的通道，用于去掉所述牺牲层。

所述通孔至少一个，且终止于所述牺牲层与所述薄膜晶体管接触的表面。

步骤2.5)中所述形成通孔采用等离子刻蚀。

所述步骤3)包括：通过刻蚀去掉所述牺牲层，刻蚀液为酸性刻蚀液或碱性刻蚀液，所述刻蚀液温度是50-150℃。

优选的是，所述刻蚀液是体积比为1-10%的磷酸溶液。

由于阳极氧化铝薄膜在TFT和临时基板之间，通孔是刻蚀氧化铝时，刻蚀液的进入通道，通孔设置的越多，氧化铝腐蚀越快，临时基板分离得就越快，效率越高，但是通孔的设置不能在TFT的有效区和以后制作的OLED区域，所以，可以在TFT的有效区外一次形成，即从TFT的有效区外的上表面开始，形成终止于牺牲层的上表面的通孔；也可以从临时基板开始，形成终止于牺牲层的下表面的通孔。

所述柔性薄膜晶体管是柔性低温多晶硅薄膜晶体管和柔性非晶硅薄膜晶体管中的一种。

本发明与现有技术对比的有益效果是：由于在玻璃基板和TFT之间形成了一层牺牲层，在去掉临时基板时只需要去掉牺牲层，不需要用含剧毒的氟化氢的刻蚀液，且刻蚀时间缩短，既节省了制造成本，又缩短了制造时间。此外，在进一步的优选方案中，采用具有纳米孔结构的阳极氧化铝薄膜作为牺牲层时，牺牲层的去掉更容易。

附图说明

图1是现有技术中转移法制备柔性TFT的将TFT制备在玻璃基板上的示意图；

图2是在图1所示的基础上粘接转移基板示意图；

图3是在图2所示的基础上去掉玻璃基板示意图；

图4是在图3所示的基础上粘接柔性基板示意图；

图5是在图4所示的基础上去掉转移基板示意图；

图6-10是本发明实施例中在玻璃基板上制备低温多晶硅TFT的流程剖面示意图；

图11是本发明实施例中在图10的基础上形成通孔的剖面示意图；

图12是本发明实施例中制备得到的柔性低温多晶硅TFT的剖面示意图。

主要元件符号说明：1：玻璃基板；2：保护层；3：TFT阵列；4：转移基板；5：柔性基板；10：阳极氧化铝薄膜；20：表面覆盖层；30：栅绝缘层；40：栅极导电层；50：层间绝缘层；60a：源极，60b：漏极；100a：源极接触窗口，100b：漏极接触窗口；200a和200b:通孔；300：多晶硅层；400a：源极导电层，400b：漏极导电层。

具体实施方式

下面对照附图和结合优选的实施例对本发明作进一步说明。

参考图6至图12，以柔性低温多晶硅TFT的制造方法为例进行说明，包括下列步骤：

1）、在临时基板上形成牺牲层；

2）、将薄膜晶体管制作在所述牺牲层上；

3）、去掉所述牺牲层；

4）、将薄膜晶体管转移到柔性基板上得到柔性薄膜晶体管。

所述牺牲层的作用与临时基板类似，在最终形成柔性TFT时都会去掉，在制造柔性薄膜晶体管过程中形成在所述临时基板和薄膜晶体管之间，但牺牲层比临时基板更容易去掉，通过去掉该牺牲层从而去掉临时基板，使得柔性TFT的制造时间和成本均降低。

在优选的实施例中：

参考图6，步骤1）包括如下的分步骤：

1.1）采用热蒸发、磁控溅射或电子束蒸发的方式在玻璃基板1上沉积铝膜，铝膜可以是纯铝膜或铝合金膜，铝膜厚度为100-2000nm，优选200nm；

1.2）以铝膜为阳极、Pt电极为阴极，以0.1-1mol/L 草酸溶液作为阳极氧化的电解液，优选摩尔浓度为0.4mol/L的草酸溶液，电解电压为20-100V的直流电压，优选为40V，进行阳极氧化，氧化时间控制在1到3个小时之间，两极间的距离为20-80mm，优选40mm，电解液温度为5-25℃，用计算机监控反应电流。反应电流逐渐降低，最后完成阳极氧化，取出用去离子水水洗、风干就得到了用一次阳极氧化法获得的具有纳米孔结构的阳极氧化铝薄膜10，纳米孔的孔径为20～200nm。

步骤2）包括如下分步骤：

2.1）参考图7，通过等离子体增强化学气相沉积法（Chemical Vapour Deposition，缩略词为PECVD）连续沉积表面覆盖层20和本征非晶硅层，其中表面覆盖层20为单层氮化硅（SiNx）或单层氧化硅（SiO₂），或具有氮化硅（SiNx）和氧化硅（SiO₂）的双层结构，表面覆盖层20厚度为1000-5000Å，优选采用3000Å厚的氧化硅，表面覆盖层20可以防止杂质如金属离子扩散并渗透到硅有源层（包括：本征非晶硅层以及后续由本征非晶硅层低温晶化形成的多晶硅层300），也起到平整阳极氧化铝薄膜10的作用，本征非晶硅层的厚度是100-1000Å，优选厚度为500Å。采用准分子激光退火（Excimer laser annealing ，缩略词为ELA）、连续横向晶化（Sequential Lateral Solidification ，缩略词为SLS）或金属诱导晶化（metal induced crystallization ，缩略词为MIC）等工艺技术，本征非晶硅层去氢并在低温下晶化形成多晶硅层300，形成的多晶硅层300的厚度也是在100-1000Å，优选厚度为500Å。

2.2）参考图8，在多晶硅层300上连续形成栅绝缘层30和栅极导电层40，栅绝缘层30覆盖在多晶硅层300上，栅极绝缘层30采用PECVD制得，可由氮化硅（SiN_x）、氧化硅（SiO₂）或氮氧化硅制成，厚度为100-3000 Å，优选采用3000 Å厚的氧化硅，在栅极绝缘层30上采用溅射法沉积栅极导电层40，栅极导电层40可以是铬、钼、钽或钨等构成的单层结构或者以这些金属构成的多层结构，优选以钼为栅极导电层40的材料，栅极导电层40厚度为1000-8000Å，优选厚度为2000Å。

2.3）参考图9，直接以栅极导电层40为掩膜，采用自对准一次离子注入n型掺杂剂，形成重掺杂源极60a和重掺杂漏极60b，n型掺杂剂是磷，磷离子的掺杂剂量介于1×10¹⁴-1×10¹⁸/cm²，优选6×10¹⁵/cm²，离子注入能量介于10-300KeV，优选150KeV。

2.4）参考图10，在栅绝缘层30上通过旋涂平坦化材料的方法形成层间绝缘层50，并在层间绝缘层50与栅绝缘层30中通过等离子刻蚀形成源极接触窗口100a与漏极接触窗口100b，以露出重掺杂源极60a和重掺杂漏极60b区域。之后，在层间绝缘层50上通过磁控溅射法形成源极导电层400a和漏极导电层400b，源极导电层400a和漏极导电层400b的材料是Al或AlNd等合金，且源极导电层400a和漏极导电层400b分别通过源极接触窗口100a与漏极接触窗口100b与源漏极区电气连接；

2.5）参考图11，在层间绝缘层50与表面覆盖层20中采用等离子刻蚀形成通孔200a、200b，通孔大小以不影响有效区为宜，通孔200a、200b终止于阳极氧化铝薄膜10的上表面，通孔200a、200b作为刻蚀阳极氧化铝薄膜10时刻蚀液的通道。层间绝缘层50的材料是苯并环丁烯（benzo-cyclo-butene，缩略词为BCB）或光敏性聚酰亚胺（Polyimide，缩略词为PI），厚度为10-100μm，优选20μm，其在去掉玻璃基板1后对TFT起支撑作用。

步骤3）具体为：以1-10%（体积比）的磷酸溶液刻蚀阳极氧化铝薄膜10，优选5%磷酸溶液，刻蚀液温度是50-150℃，优选温度为120℃。由于阳极氧化铝的多孔性，刻蚀氧化铝比较容易，从而很容易去掉原来的玻璃基板1，提高了制造效率。

步骤4）具体为：将去掉玻璃基板1的TFT粘接在柔性基板5上，完成柔性TFT的制作，如图12所示，由于有层间绝缘层50的支撑作用，转移过程中也无需转移基板。

以上，虽然以柔性低温多晶硅TFT的制作方法为实例进行描述，但是应当理解，其它如LCD等平板显示器也可以使用相同的技术形成，且依照所披露的内容也可以制造其它柔性TFT装置如非晶硅TFT。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种柔性薄膜晶体管的制造方法，其特征在于包括如下步骤：

1)、在临时基板上形成牺牲层；

2)、将薄膜晶体管制作在所述牺牲层上；

3)、去掉所述牺牲层；

4)、将薄膜晶体管转移到柔性基板上得到柔性薄膜晶体管。

2.如权利要求1所述的柔性薄膜晶体管的制造方法，其特征在于：所述牺牲层包括具有纳米孔结构的薄膜，所述纳米孔孔径为20～200nm。

3.如权利要求2所述的柔性薄膜晶体管的制造方法，其特征在于：所述牺牲层为阳极氧化铝薄膜，所述步骤1）包括如下分步骤：

1.2)、将所述铝膜氧化成具有纳米孔结构的阳极氧化铝。

4.如权利要求3所述的柔性薄膜晶体管的制造方法，其特征在于：所述步骤1.1)中的沉积方法是热蒸发、磁控溅射和电子束蒸发中的一种，所述步骤1.2)中采用阳极氧化法得到阳极氧化铝。

5.如权利要求3所述的柔性薄膜晶体管的制造方法，其特征在于：所述步骤1.1)中铝膜厚度为100-2000nm；

6.如权利要求1所述的柔性薄膜晶体管的制造方法，其特征在于：所述步骤2）和步骤3）之间还包括步骤2.5）：形成通孔，所述通孔终止于所述牺牲层与所述薄膜晶体管接触的表面，作为去掉所述牺牲层的通道。

7.7、如权利要求6所述的柔性薄膜晶体管的制造方法，其特征在于：步骤2.5)中所述形成通孔采用等离子刻蚀。

8.如权利要求6所述的柔性薄膜晶体管的制造方法，其特征在于：所述步骤3)包括：通过刻蚀去掉所述牺牲层，刻蚀液为酸性刻蚀液或碱性刻蚀液，所述刻蚀液温度是50-150℃。

9.如权利要求8所述的柔性薄膜晶体管的制造方法，其特征在于：所述刻蚀液是体积比为1-10%的磷酸溶液。

10.如权利要求1-9任一所述的柔性薄膜晶体管的制造方法，其特征在于：所述柔性薄膜晶体管是柔性低温多晶硅薄膜晶体管和柔性非晶硅薄膜晶体管中的一种。