TWI466190B

TWI466190B - Preparation and Flexible Structure of Oxidized Insulating Layer for Low Temperature Polysilicon Thin Film Transistor

Info

Publication number: TWI466190B
Application number: TW100143001A
Authority: TW
Inventors: Szu Hung Chen
Priority date: 2011-11-23
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2014-12-21
Also published as: TW201322335A

Description

低溫多晶矽薄膜電晶體顯示器之氧化絕緣層製法及其撓性結構

本發明係與液晶顯示器技術有關，更詳而言之是指一種低溫多晶矽薄膜電晶體顯示器之氧化絕緣層製法及其撓性(Flexible)結構者。

按，薄膜電晶體液晶顯示器以輕、薄、低耗電與低輻射成為顯示器的主流，因此被廣泛應用於筆記型電腦、桌上型電腦、DVD播放機、數位相機...等。現今大部分的TFT-LCD，其畫素操控開關皆為非晶矽(amorphous silicon,a-Si)電晶體，隨著人們對顯示器畫面品質的嚴苛要求，受限於非晶矽材料本身的特性，高解析度的製程與較佳電氣特性皆不易達到，因此近年來有低溫多晶矽薄膜電晶體(Low Temperature Polycrystalline Silicon Thin Film Transistor,LTPS-TFT)問世，雖然目前均以非晶矽薄膜電晶體液晶顯示器為主流，但是多晶矽薄膜電晶體液晶顯示器具有比非晶矽薄膜電晶體液晶顯示器反應速度快、高亮度、高解析度、省電...等諸多優點，而且可以呈現較佳的畫面品質，因此多晶矽薄膜電晶體液晶顯示器擁有不可忽視的潛在實力。近年來，低溫多晶矽薄膜電晶體更延伸至運用電流驅動的有機發光二極體顯示器(Organic Light-Emitting Diode,OLED)[1]，因為有機發光二極體顯示面板，擁有其他平面顯示器技術較不易達到之高亮度與清晰度之全色彩影像與更敏捷的反應速度，其簡單的產品結構與自發光等特性，將使有機發光二極體顯示面板之生產成本低於薄膜電晶體液晶顯示器約30-40%，更可以廣泛運用於手機、MP3隨身聽...等。

習知製作多晶矽薄膜的方法眾多，例如：利用高溫使非晶矽膜轉變成多晶矽膜，稱為固相結晶法(Solid Phase Crystallization,SPC)；利用連續(CW)或脈衝(pulse)雷射光束局部照射非晶矽膜，使非晶矽膜產生熔化，最後凝固成多晶矽膜，稱為雷射結晶技術(Laser Crystallization，LC)；運用金屬誘發使非晶矽於較低溫時，發生再結晶現象，而轉變成多晶矽膜，稱為金屬誘發結晶技術(MILC)；運用光罩控制雷射輸出形狀，再配合基板的移動進行薄膜再結晶技術，稱為連續橫向長晶SLS)技術。

然而，現今運用準分子雷射退火(Excimer Laser Annealing,ELA)製作多晶矽膜為較常見的方法，因為準分子雷射屬於紫外光波段且具有高脈衝能量，可以有效率的使非晶矽薄膜轉變成為多晶矽薄膜，更可以運用於玻璃基板上的非晶矽膜，進行退火成為多晶矽薄膜，因而降低整體製造成本。通常非晶矽薄膜經過準分子雷射照射後，可快速升溫到1400℃並產生熔化，在雷射脈衝結束後數十奈秒，即開始凝固成為多晶矽(polycrystalline silicon,poly-Si)。

習知低溫多晶矽薄膜電晶體多以二氧化矽為基底，因此，整體結構無撓性，無法應用於撓性顯示器或其他有撓性需求之電子產品(如指紋傳感器等)。

本發明之主要目的即在提供一種低溫多晶矽薄膜電晶體顯示器之氧化絕緣層製法及其撓性結構，其可於軟性之基板上製作出多晶矽層與氧化絕緣層，供後續低溫多晶矽薄膜電晶體顯示器之製程使用，且，其撓性之結構，可運用於撓性顯示器及其他電子產品，實用價值佳者。

緣是，為達成前述之目的，本發明係提供一種低溫多晶矽薄膜電晶體顯示器之氧化絕緣層製法，包含有：提供一基板，該基板係軟性金屬箔；於該基板上形成一非晶矽層；對該非晶矽層進行一定深度之氧離子佈植製程；進行準分子雷射退火製程，用以使該非晶矽層轉變為一多晶矽層與一氧化絕緣層，該氧化絕緣層係二氧化矽絕緣層，位於該多晶矽層內部。

進一步地，該非晶矽層係以電漿化學氣相沉積法沉積而成。

進一步地，該氧離子佈植製程係氧離子直接植入法技術。

進一步地，準分子雷射退火製程，係先進行預清洗(Pre-Clean)，再進行雷射退火。

此外，本發明更提供一種低溫多晶矽薄膜電晶體之撓性結構，包含有一基板，係軟性金屬箔；一多晶矽層，設於該基板上；一氧化絕緣層，位於該多晶矽層內部。

進一步地，該氧化絕緣層係二氧化矽絕緣層。

以下，茲舉本發明二較佳實施例，並配合圖式做進一步之詳細說明如後：首先，請參閱圖一所示，本發明一較佳實施例之低溫多晶矽薄膜電晶體顯示器之氧化絕緣層製法，其第一步驟係提供一基板12，該基板12係選用軟性金屬箔，此乃由於軟性金屬箔具備耐高溫、抗酸鹼之特性。

本發明之第二步驟係於該基板12上形成一非晶矽層(a-Si)14：係以習知電漿化學氣相沉積法(PECVD)於該基板12頂側沉積形成非晶矽層14。電漿化學氣相沉積技術是材料表面改質和薄膜沉積的基本方法之一，由於製程採用設備為高真空環境(設備中充填SiH₄ +NH₃ 或N₂ O、H₂ 、N₂ )，因此沉積薄膜的質量高、雜質少、特性佳。

本發明之第三步驟係對該非晶矽層14進行一定深度之氧離子佈植製程：係利用習知半導體應用之氧離子直接植入法(Silicon Implanted Oxide，SIMOX)技術對該非晶矽層14進行高劑量及低能量之預定深度氧離子佈植(高斯分佈)，係以氧離子轟擊非晶矽層14，使氧離子植入非晶矽層14中。

本發明之第四步驟係進行準分子雷射退火製程：係利用習知準分子雷射退火技術(ELA)使該非晶矽層14轉變為一多晶矽層16與一氧化絕緣層18，如圖二所示，該氧化絕緣層18係二氧化矽絕緣層，位於該多晶矽層16內部。準分子雷射退火技術之步驟，如表一，係先預清洗(Pre-Clean)(O₃ 、DHF1%)，再利用瞬間雷射脈波產生之高能量入射到非晶矽層14表面，僅在該非晶矽層14表層產生熱能效應，使其瞬間達到1000℃以上之溫度而融化，使a-Si可轉變為p-si。

表一

如此一來，即可供後續製作習知低溫多晶矽薄膜電晶體(LTPS-TFT)顯示器之用。

據此，本發明所提供之低溫多晶矽薄膜電晶體顯示器之氧化絕緣層製法，其巧妙運用習知半導體(SOI晶片)之氧離子直接植入法(SIMOX)技術，並配合準分子雷射退火技術，可於該軟性之基板12上製作出多晶矽層16與氧化絕緣層18，供後續低溫多晶矽薄膜電晶體顯示器之製程使用，如圖三所示。

由上可知，本發明更可提供低溫多晶矽薄膜電晶體顯示器之撓性結構，即，如圖二所示，係包含有該基板12、設於基底12上之多晶矽層16，以及位於該多晶矽層16內部之氧化絕緣層18，此撓性結構可運用於撓性顯示器及其他電子產品(如指紋傳感器等)。

综上所述，本發明所提供之低溫多晶矽薄膜電晶體顯示器之氧化絕緣層製法及其撓性結構，其運用氧離子直接植入法與準分子雷射退火技術，可於軟性之基板上製作出多晶矽層與氧化絕緣層，供後續低溫多晶矽薄膜電晶體顯示器之製程使用，藉由撓性之結構，可運用於撓性顯示器及其他電子產品，實用價值佳者；緣是，本發明確實符合發明專利之要件，爰依法提出申請。

12．．．基板

14．．．非晶矽層

16．．．多晶矽層

18．．．氧化絕緣層

圖一至圖三係本發明一較佳實施例製造流程之結構示意圖。

12‧‧‧基板

16‧‧‧多晶矽層

18‧‧‧氧化絕緣層

Claims

一種撓性顯示器之氧化絕緣層製法，其步驟至少包含有：提供一基板，該基板係具備耐高溫、抗酸鹼特性之軟性金屬箔；於該基板上形成一非晶矽層(a-Si)，係以電漿化學氣相沉積法(PECVD)沉積而成；對該非晶矽層進行一定深度之氧離子佈植製程，係氧離子直接植入法(Silicon Implanted Oxide，SIMOX)技術；預清洗(Pre-Clean)；以及進行準分子雷射退火(Excimer Laser Annealing，ELA)製程，用以使該非晶矽層轉變為一多晶矽層與一氧化絕緣層，該氧化絕緣層係二氧化矽絕緣層，位於該多晶矽層內部。
一種撓性顯示器之撓性結構，包含有：一基板，係具備耐高溫、抗酸鹼特性之軟性金屬箔；一多晶矽層，設於該基板上；以及一氧化絕緣層，位於該多晶矽層內部，係二氧化矽絕緣層。