一種柔性薄膜電晶體及其製備方法
2023-05-21 07:21:31
專利名稱：一種柔性薄膜電晶體及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種柔性薄膜電晶體(TFT, Thin Film Transistor)的結構和製備 方法。
背景技術：
可彎曲顯示技術使顯示器件的設計不再局限於平面化，而是提供多元的外形 與設計，而輕薄、耐衝擊的特性則適用於行動電話、PDA或筆記本電腦等可攜式 產品。這類顯示器件柔軟可變形且不易損壞，可以安裝在彎曲的表面，可以制 成人們夢寐以求的電子報刊、牆壁電視、可穿戴的顯示器，淋漓盡致的展現 出有機半導體的魅力。
除此之外，開發柔性顯示器件的另一重要因素在於其工藝可以由Sheet-fed Batch Processing (分批裝片式製程)轉換成Roll-to-Roll Manufacturing (滾 動條式製程)，意味著顯示器件的製造成本可大幅降低。與紙張相似的厚度及柔 性、數字電子媒體的信息可更新性、機械向性能上的優點、製造成本的優勢，柔 性顯示器件極有可能替換目前的平面顯示器件，在新興市場取得商機。
TFT-LCD (液晶顯示器)是指液晶顯示器上的每一液品像素點都是由集成在 其後的薄膜電晶體來驅動，利用掃描的方法任意控制一個顯示點的ON/OFF，從 而可以做到高速度、高亮度、高對比度地顯示信息。AMOLED( Active Matrix Organic Light Emitting Diode ，有源有機電致發光顯示器件)同樣可以用TFT驅動，每個像 素配備具有開關功能的薄膜電晶體，而且每個像素配備一個電荷存儲電容，外圍 驅動電路和顯示陣列整個系統集成在同一基板上。與TFT-LCD的TFT結構不同 之處在於，LCD採用電壓驅動，而AMOLED採用電流驅動，其亮度與電流成 正比，因此除了進行ON/OFF切換動作的選址TFT之外，還需要能讓足夠電流 通過的ON阻抗較低的小型驅動TFT。 SRAM (靜態隨機存儲器)同樣可以用 TFT進行驅動。
TFT的製造工藝有多種，包括低溫多晶矽(LTPS, Low Temperature Poly Silicon)、高溫多晶矽(HTPS， High Temperature Poly Silicon)、非晶矽(a-Si，Amorphous Silicon)等。其基底材料一般為玻璃、石英、單晶矽，如果用柔性的 基底來代替，則成為柔性TFT，實現柔性顯示。
在柔性TFT中，基底因為與器件的成本、顯示質量、產品可靠性及工藝方法 都有很大的關聯性而扮演著極為重要的角色。目前，柔性TFT基底的材料主要有 薄玻璃、塑料、金屬薄片三種。
但是不管採用哪種基底，柔性TFT在性能方面和製備過程中還存在很多問
題
(1) 超薄玻璃具有加工溫度高、水氧阻隔性強等優點，但其柔韌性不夠， 具有易碎、易彎折等缺點，加工的可操作性差。
(2) 聚合物(如塑料)具有柔韌性好、可操作性強等優點，但其平整性 差，表面凸起會給膜層結構帶來缺陷，引起器件損壞；氣密性較差，水、氧透過 率高，而水、氧是造成器件迅速老化的主要原因。柵極材料在聚酯材料上的附著 力較差，使得顯示圖形的製備變得困難，而且也影響了器件的穩定性。目前在塑 料基底與柵極之間塗布一層聚合物(如聚醯亞胺)， 一方面加強基底與柵極的 結合力，另一方面阻止水氧透過基底。
(3) 金屬基底加工溫度高、水氧阻隔性強，且與超薄玻璃相比，加工的可 操作性強，但是金屬整體導電且表面粗糙，無法直接在其表面製備電極，需要在 基底與電極之間增加絕緣層。
目前來看，塑料基底與柵極之間用來隔絕水氧的層(以下稱隔絕層)可以為
有機材料(聚醯亞胺等)或無機小分子材料，如Si0x、 SiNx等；金屬基底與柵
極之間用來絕緣的層(以下稱隔絕層)也可以為有機材料或無機材料。目前隔絕
層的製備工藝通常有兩種方案利用旋塗、噴射塗布等溼法工藝在基底表面製備 一層PI (聚醯亞胺)或利用化學氣相沉積(CVD, Chemical Vapor D印osition)的方 法在基底表面製備無機小分子材料層，如Si0x、 SiNx等。但無論是有機材料還 是無機材料，在器件製備的後續工藝如電極刻蝕、UV光照等過程中會被酸、鹼 或有機溶劑破壞，即溶於酸、鹼或有機溶劑，從而影響整個器件的穩定性與壽命。 發明人經過潛心研究和反覆實驗，對基底/隔絕層/柵極的結構作了改進在 隔絕層和柵極之間增加一層保護層，保護層選用與隔絕層溶於不同溶劑的材料。 如果保護層材料溶於後續電極刻蝕等工藝中用到的顯影液等酸、鹼或溶於有機溶劑，則隔絕層不與這些材料反應，從而正常發揮隔絕層的作用；如果保護層材料 不溶於後續工藝中的酸、鹼、有機溶劑等，那麼就能阻擋這些酸、鹼、有機溶劑 對隔絕層的腐蝕，從而保護住隔絕層。另外，保護層還進一歩提高了阻隔水氧的 能力並同時改善了平整度，減少了表面粗糙對器件膜層結構的破壞，提高成品率。
發明內容
本發明的目的是提供一種保護柔性薄膜電晶體的隔絕層不被破壞的柔性TFT 結構，提高柔性TFT及後續器件的穩定性，延長壽命。 本發明的目的可以通過以下技術方案實現
柔性薄膜電晶體包括基底、柵極、柵極絕緣層、源極和漏極，還包括形成在 基底上的隔絕層。所述隔絕層上還形成有保護層，該保護層選用與隔絕層材料溶 解於不同溶劑的材料。
所述基底為金屬、合金或聚合物。
所述隔絕層為聚合物或無機小分子材料，優選為聚醯亞胺、聚四氟乙烯、聚 醯亞胺與聚四氟乙烯的混合物、Si0x或SiNx。
所述保護層材料為樹脂，更優選為環氧樹脂或壓克力樹脂，厚度為 500nm-10um，用塗布的方法製備。
所述薄膜電晶體可用於製造TFT-LCD、有源有機電致發光器件、TFT-SRAM。
通過本發明提供的增加了保護層的柔性薄膜電晶體結構，隔絕層不會受到後 續電極刻蝕等工藝過程中的酸、鹼或有機溶劑的破壞，有效地發揮隔絕層的作用， 提高器件穩定性。
附圖為本發明優選的實施方案的柔性TFT結構示意圖。其中，附圖標記說明 如下l-柔性基底；2-隔絕層；3-保護層；4_柵極；5-柵極絕緣層；6-半導體； 7-源極；8-漏極。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
詳細闡述本發明的內容，應該理解本發明不局
5限於下述優選實施方式，優選實施方式僅作為發明的說明性實施方案。 實施例1提供一種柔性TFT:
(1) 柔性基底1為一個O. lmm厚的不鏽鋼片，柔性基底的厚度也可根據TFT 特別應用的需要而定。將清洗後的基底置於潔淨烘箱內烘烤乾燥。
(2) 用旋塗或噴射塗布的方法在基底上製備聚醯亞胺/聚四氟乙烯複合結構 薄膜作為隔絕層2，厚度控制在0.2 2^m，烘烤固化。
(3) 在隔絕層上塗布lpm的環氧樹脂作為保護層3，烘烤固化。
(4) 在保護層上採用磁控濺射方式製備200，的金屬Mo/Al合金作為TFT 的柵極4，並通過光刻製備電極圖形。
(5) 再利用化學氣相沉積的方式分別製作20nm的Si0x作為柵極絕緣層5 和50nm的Si作為半導體6，通過光刻製備相應圖形。
(6) 在半導體表面採用磁控濺射方式製備兩個200nm的Mo分別作為源極7、 漏極8。
實施例2同樣提供一種柔性TFT:
(1) 柔性基底1為一個175^m厚的透明聚酯薄膜，柔性基底的厚度也可根 據TFT特別應用的需要而定。將清洗後的基底置於潔淨烘箱內烘烤乾燥。
(2) 用化學氣相沉積的方式製作100nm的SiOx作為隔絕層2。
(3) 在隔絕層上塗布lpm的環氧樹脂作為保護層3，烘烤固化。
(4) 在保護層上採用磁控濺射方式製備200nm的金屬Mo/Al合金作為TFT 的柵極4，並通過光刻製備電極圖形。
(5) 再利用化學氣相沉積的方式製作20nm的Si(k作為柵極絕緣層5和50nm 的Si作為半導體6，通過光刻製備相應圖形。
(6) 在半導體表面採用磁控濺射方式製備兩個200腦的Mo分別作為源極7、 漏極8。
雖然本發明己以較佳實施例揭露如上，然而其並非用以限定本發明，任何熟 悉此技術人士，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因 此，本發明的保護範圍當以申請的專利範圍所界定為準。
權利要求
1、一種柔性薄膜電晶體，包括基底、柵極、柵極絕緣層、源極和漏極，還包括形成在基底上的隔絕層，其特徵在於，在所述隔絕層上還形成有保護層，該保護層選用與隔絕層材料溶解於不同溶劑的材料。
2、 根據權利要求1的柔性薄膜電晶體，其特徵在於，所述基底為金屬、合金或 聚合物。
3、 根據權利要求1的柔性薄膜電晶體，其特徵在於，所述隔絕層為聚合物或無 機小分子材料。
4、 根據權利要求3的柔性薄膜電晶體，其特徵在於，所述隔絕層為聚醯亞胺、 聚四氟乙烯、聚醯亞胺與聚四氟乙烯的混合物、SiOx或SiNx。
5、 根據權利要求1-4的柔性薄膜電晶體，其特徵在於，所述保護層為樹脂。
6、 根據權利要求5的柔性薄膜電晶體，其特徵在於，所述保護層為環氧樹脂或 壓克力樹脂。
7、 根據權利要求1的柔性薄膜電晶體，其特徵在於，所述保護層的厚度為 500nm-10um。
8、 根據權利要求1的柔性薄膜電晶體，其特徵在於，所述保護層用塗布的方法 製備。
9、 根據權利要求1的柔性薄膜電晶體，其特徵在於，所述薄膜電晶體可用於制 造TFT-LCD、有源有機電致發光器件、TFT-SRAM。
全文摘要
本發明公開一種柔性薄膜電晶體的結構和製備方法。該柔性薄膜電晶體不僅包括基底、隔絕層、柵極、柵極絕緣層、源極、漏極，還包括形成於隔絕層上的保護層。該保護層採用與隔絕層材料溶於不同溶劑的材料，保護隔絕層不會受到後續工藝過程中的酸、鹼、有機溶劑等的破壞。
文檔編號H01L29/786GK101510563SQ20091008113
公開日2009年8月19日 申請日期2009年4月3日 優先權日2009年4月3日
發明者嵩 劉, 勇 邱 申請人:清華大學;北京維信諾科技有限公司;崑山維信諾顯示技術有限公司