專利名稱：具有增強(qiáng)的薄膜半導(dǎo)體層的柔性顯示裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種例如使用柔性塑料基板的柔性平板顯示裝置及其制造 方法。
背景技術(shù)：
早期的平板顯示器使用剛性的和脆性的玻璃作為用于薄膜層的主要支 承體，該薄膜層位于主要支承體的上面。這種方法的缺點(diǎn)是該顯示器一點(diǎn)也 不能彎曲并且該顯示器不能安全地下落而不用擔(dān)心摔壞。同時(shí)傳統(tǒng)的厚的玻 璃基板相對比較沉重?？紤]到這一點(diǎn)，開發(fā)出使用例如主要由塑料構(gòu)成的柔 性基板的柔性平板顯示器以便提供一種具有較輕重量、抗沖擊性和柔韌性的 平板顯示器。
柔性平板顯示器可包括那些液晶顯示器(LCD)類型、有機(jī)發(fā)光顯示器 (OLED)類型和電泳粒子類型等等。該柔性平板顯示器包括用于提供耐沖 擊和低生產(chǎn)成本的塑料支承層基板。
然而，這種基板中的塑料材料通常具有較大的熱膨脹系數(shù)(COTE)并 且因此由于制造的過程中的高溫而容易膨脹。為了減小膨脹的問題，將層疊
在該塑料基板上并用于顯示圖像的不同薄膜形成在各自的塑料基板上，同時(shí) 將處理溫度限制在不大于18(TC或者更低。然而，這種在工藝溫度過程上的 限制會防礙具有期望純度或其它與高，量顯示裝置相關(guān)的特性的薄膜的制 造。
此處在這個(gè)相關(guān)技術(shù)部分中公開的一些信息是為了對本發(fā)明的特性提 供更清楚的理解并且對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說它可能包括不構(gòu)成現(xiàn)有 技術(shù)的公開。

發(fā)明內(nèi)容
依照一個(gè)實(shí)施例的制造方法包括步驟U)通過使用RF濺射在柔性的 且透明的塑料基板上形成由氧化物構(gòu)成的薄且柔性的阻擋層，(b)利用例如 使用硅烷的分解反應(yīng)在阻擋層上形成非晶硅層，使形成的非晶硅層的表面經(jīng) 受快速熱處理，該熱處理可改善由經(jīng)處理的非晶硅層形成的晶體管的電特性。
該方法可進(jìn)一步包括在沉積阻擋層之前在塑料基板上形成不透氣的緩 沖層。
在一個(gè)實(shí)施例當(dāng)中，在加工期間將柔性塑料基板支承在基本較厚和較硬
的虛設(shè)(dummy)玻璃基板上并且隨后移除該虛設(shè)(犧牲性)玻璃基板以便提 供基本柔性平板顯示裝置。
在一個(gè)實(shí)施例當(dāng)中，阻擋層包括氮氧化硅(SixOyNz),其中氧對非硅原 子的相對濃度y/(y+z)具有大約是0.35.至0.85的0/(N+0)值。
該方法可進(jìn)一步包括在阻擋層形成后，從塑料基板移除虛設(shè)玻璃基板， 將塑料基板固定至附加的虛設(shè)玻璃基板以便使阻擋層附著于附加的虛設(shè)玻 璃基板，并在塑料基板的另一表面上形成附加阻擋層。預(yù)定的薄膜圖案可形 成在附加阻擋層上。
在一個(gè)實(shí)施例當(dāng)中，緩沖層形成在塑料基板和阻擋層之間，并且附加緩 沖層進(jìn)一步形成在塑料基板與附加阻擋層之間。
在一個(gè)實(shí)施例當(dāng)中，塑料基板是透明的，由一種或多種有機(jī)聚合物構(gòu)成， 并具有約100jum至約300 jum的厚度，而每個(gè)阻擋層和附加阻擋層具有約 10nm至30nm的厚度，并且阻擋層的RF賊射通過使用包含Si3H;的賊射輩巴 來執(zhí)行。
射頻(RF)濺射可在約10MHz到約15MHz的射頻下執(zhí)行，可使用氧 氣(02)和氬氣(Ar)作為供應(yīng)的反應(yīng)/轟擊氣體來執(zhí)行，并且可在溫度約 100。C或以下來執(zhí)行。


圖1是依照一個(gè)實(shí)施例的液晶顯示器的截面圖2A至圖2D是圖1所示的液晶顯示器在其制造方法的中間步驟中的 截面圖3是可用于圖2A-2D的制造方法中的RF濺射設(shè)備的實(shí)例的截面圖； 圖4A至圖4C是圖1所示的液晶顯示器在第二種制造方法的中間步驟 中的截面圖5是表示在硅烷分解反應(yīng)SiH4"Si+2H2中取決于溫度的反應(yīng)自由能的 偏差曲線圖；以及
圖6是表示在具有所公開的熱處埋和不具有所公開的熱處理下形成的薄 膜晶體管的漏極電流對柵極電壓的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
以下，雖然將液晶顯示器作為依照所披露的內(nèi)容形成的平板顯示器的一 個(gè)實(shí)例進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，其它例如有機(jī)發(fā)光裝置(OLED)、等離子 體顯示板(PDP)等的平板顯示器也可以通過使用相同的基本技術(shù)形成，并 且依照所披露的內(nèi)容也可以生產(chǎn)其它柔性半導(dǎo)體裝置例如使用非晶硅和塑 料基板的太陽能電池陣列。
在圖中，為了清楚起見不同層、膜、面板、區(qū)域等的厚度可以是放大的 并且因此不是全部按比例。整個(gè)說明書中相同的參考數(shù)字通常表示相同的元 件。應(yīng)當(dāng)理解當(dāng)將例如層、膜、區(qū)域或基板的元件稱為位于另一元件之上的 時(shí)候，它可以直接位于另一元件之上或者也可出現(xiàn)插入元件。相反的，當(dāng)將 一個(gè)元件稱為直接位于另 一元件之上時(shí)，不出現(xiàn)插入元件。
以下，將包括柔性塑料基板的柔性液晶顯示器作為依照所披露的內(nèi)容制 造的柔性平板顯示器的一個(gè)實(shí)例來描述。
圖1是依照一個(gè)實(shí)施例的柔性液晶顯示器10的主體的截面圖。
參考圖1,柔性液晶顯示器10包括一包括第一柔性塑料基板110的薄膜 晶體管陣列支承面板、 一面向該薄膜晶體管陣列支承面板并包括第二柔性塑
料基板210的公共電極支承面板、以及插入在該兩個(gè)面板之間的一液晶材料 層300。
基于所使用的技術(shù)(LCD或者其它)，導(dǎo)電材料的預(yù)定圖案可形成在柔 性塑料基板上用于顯示圖像。該預(yù)定的圖案可包括互連布線(wiring)、薄膜場 效應(yīng)晶體管以及后面所描述的電極。
柔性且通常透明的塑料基板110和210中的每個(gè)包括聚碳酸酯 (polycarbon )、聚酰亞胺(polyimide )、聚醚砜(polyether sulfone ) ( PES )、 多芳基化合物(polyarylate) ( PAR )、聚乙烯萘酸酯(polyethylene naphthalate ) (PEN)、聚乙烯對苯二酸酯(polyethylene terephthalate ) (PET)和/或其它這 樣的材料中的一種或多種。第一塑料基板110的厚度dl可以在大約100 jum到大約300jum之間。
第一阻擋層115置于第一塑料基板110的頂部，在它們之間插入可選的 緩沖層117。該阻擋層115可包括例如Si3N4的不透氣材料并且可用于防止從 塑料基板IIO透過的氣體或濕氣進(jìn)一步滲透而腐蝕形成在第一塑料基板110 上方的一個(gè)或多個(gè)薄膜層。
在一個(gè)實(shí)施例當(dāng)中，阻擋層115由氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、氮 氧化硅(SixOyNz)、氧化鋁(AL203 )和或其它較透明的材料中的一種或多 種制成并且該阻擋層115的厚度d2可以在約lOnm到約30 nm之間。如果阻 擋層115由氮氧化硅(SiON)制成，那么在一個(gè)實(shí)施例中非硅元素的濃度比 0/(N+0)可以約為0.35到0.85。該阻擋層115可以通過可利用^f氐溫工藝(例 如，在180。C或以下)執(zhí)行的射頻(RF)濺射過程形成在塑料基板IIO上。 可利用化學(xué)氣相淀積(CVD)或?yàn)R射來沉積由氮氧化硅(SiON)制成的阻 擋層115。該濺射可以是直流(DC)濺射工藝、射頻(RF)濺射工藝、磁 控濺射或者化學(xué)反應(yīng)濺射。在射頻濺射的情況下，低氬氣(Ar)壓力下等離 子體得以維持。
在一個(gè)實(shí)施例當(dāng)中，將緩沖層117設(shè)置于塑料基板110和阻擋層115之 間。該緩沖層117被用于消除(cure)阻擋層115的缺陷(例如，小孔開口)。 該緩沖層117可包括例如丙烯基樹脂(acryl-basedresin)、氨基曱酸乙酯基樹 月旨(urethane-based resin )、聚酉旨基才對月旨(polyester-based resin)等可用于適當(dāng) 地密封阻擋層115中的小孔或者其它類似缺陷的樹脂。
如果在高于預(yù)定安全處理溫度的溫度下，該阻擋層U5具有的熱膨脹系 數(shù)(COTE)與塑料基板110的COTE顯著不同，那么由于不同的膨脹率， 塑料基板110會顯著地從所期望的平面模式變形，并且塑料基板110的這種 彎曲會導(dǎo)致在阻擋層115出現(xiàn)泄漏缺陷。因此，阻擋層115不能阻擋不希望 有的氣體或水汽穿透基板110并腐蝕上面敏感的薄膜層。然而，有了置于塑 料基板110和阻擋層115之間的緩沖層117,即便在柔性塑料基板由于不同 的熱膨脹系數(shù)而彎曲時(shí)，也能夠密封阻擋層115的缺陷。
參考圖l，所示出的柔性液晶顯示器10包括以矩陣形式形成的多個(gè)柵極 線(未示出)和多個(gè)數(shù)據(jù)線(未示出)、形成在柵極線和數(shù)據(jù)線交叉部分處 的多個(gè)薄膜晶體管T、以及連接至薄膜晶體管T的多個(gè)像素電極175。
每個(gè)薄膜晶體管包括形成在柵極線層中的柵電極、形成在數(shù)據(jù)線層中的
源電極和漏電極、以及由非晶硅材料制成并位于柵極線層和數(shù)據(jù)線層之間的 有源層。該非晶硅可利用低溫化學(xué)氣相淀積(CVD)形成，例如包括含硅物 質(zhì)(即，硅烷)的化學(xué)分解的CVD。
在一個(gè)實(shí)施例當(dāng)中，通過使用硅烷(SiH4)和氬氣(H2)作為輸入反應(yīng) 氣體的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)工藝來沉積非晶硅層。在處理 過程中，使用氫氣作為催化劑，在相對較高的溫度下，硅烷中的一些被分解 從而驅(qū)動(dòng)有利于固體硅的形成的反應(yīng)，而后該固體硅沉積在基板上從而初始 地限定非晶硅層。
柵極線(未示出)傳送柵極信號并大體在橫向上延伸。每個(gè)柵極線包括 連接至柵極線末端的柵極焊墊(未示出)，并接收來自外部驅(qū)動(dòng)電路的柵極 信號且向柵極線傳送柵極信號、以及多個(gè)柵極電極120。
數(shù)據(jù)線(未示出)傳送數(shù)據(jù)信號并基本在縱向上延伸。每個(gè)數(shù)據(jù)線包括 連接至數(shù)據(jù)線末端并接收來自外部驅(qū)動(dòng)電路的圖像信號且傳送該圖像信號 至數(shù)據(jù)線的數(shù)據(jù)焊墊(未示出)、以及多個(gè)源電極162。多個(gè)漏電極163與數(shù) 據(jù)線171分離，并且與源電極162相對設(shè)置，從而限定溝道區(qū)域，該溝道區(qū) 域的導(dǎo)電率可由施加到相應(yīng)柵電極120上的電壓來控制。
每個(gè)薄膜晶體管T包括柵電極120、形成在柵電極120上方的柵極-薄膜 絕緣層130、形成在柵極絕緣層130上方的半導(dǎo)體層140、形成在半導(dǎo)體層 140上的歐姆接觸層151和152、以及分別形成在歐姆接觸層151和152上 的源電才及162和漏電才及163。
該柵極絕緣層130可由例如氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氮氧化硅 (SiOxNy)等絕緣材料制成，其中x和y是由工藝決定的變量，其中柵極絕 緣層130可選擇地在阻擋層115之上延伸，甚至是在柵電極120或者其相應(yīng) 的柵極線(未示出)不會與另一導(dǎo)體短路的位置上延伸。如所看到的，包括 由反應(yīng)形成的非晶硅的半導(dǎo)體層140形成在柵極絕緣層130之上，此處后者 被置于柵電極120上從而產(chǎn)生柵電極和半導(dǎo)體層140之間的電容耦合。歐姆 接觸層151和152可由重?fù)诫sn型雜質(zhì)的n+氫化非晶硅制成從而提供與更 輕摻雜的半導(dǎo)體層140的非整流接觸。此處，該歐姆接觸層151和152彼此 分離且相對于對應(yīng)的柵電極120 4皮此相對設(shè)置。
源電極162和漏電極163由導(dǎo)電材料形成，該導(dǎo)電材料電連接至且布置 在相應(yīng)的歐姆4妄觸層151和152上。
鈍化層170形成在包括源電極162和漏電極163的數(shù)據(jù)線上。該鈍化層 170可以包括通過PECVD或者其它適當(dāng)?shù)某练e技術(shù)沉積的氮化硅(SiNx )、 a-Si:C:O或者a-Si:C:F和/或該鈍化層170可以包4舌基于丙烯?；?(acryl-based)有機(jī)層等等。鈍化層170具有多個(gè)暴露薄膜晶體管T的漏電極 163的接觸孔171。
多個(gè)像素電極175形成在鈍化層170上并且通過接觸孔171延伸以便每 個(gè)像素電極175通過各自的接觸孔171與相應(yīng)的漏電極163連接，并且因此 薄膜晶體管T與像素電極175相互之間電連接。如果LCD是反射型液晶顯 示器，那么該像素電極175可由例如具有高反射率的鋁(Al)或者銀(Ag) 的導(dǎo)電材料層制成。如果LCD是透射型液晶顯示器(即，背光型)，那么該 像素電極175可由例如銦錫氧化物(ITO)或者銦鋅氧化物(IZO)的透明導(dǎo)電 材料層制成?；蛘?，在透射反射型的液晶顯示器中每個(gè)像素電極175既包括 透明電極區(qū)域也包括反射電極區(qū)域。
在包括第一柔性塑料基板110的薄膜晶體管(TFT)陣列支承面板上方 提供公共電極支承面板，該公共電極支承面板面向該薄膜晶體管陣列支承面 板并包括第二柔性塑料基板210。該公共電極支承面板進(jìn)一步包括多個(gè)形成 在第二塑料基板210上的黑矩陣區(qū)域220，多個(gè)代表如紅、綠和藍(lán)三原色的 濾色器230，以及形成在黑矩陣220和濾色器230下方的公共電極245。
平坦化保護(hù)層240可形成在公共電極245與黑矩陣220和濾色器230之間。
黑矩陣220防止濾色器230之間的區(qū)域內(nèi)的光泄漏并且防止外部光傳輸 至薄膜晶體管T從而防止影象失真。黑矩陣220可包括單層結(jié)構(gòu)或者雙層結(jié) 構(gòu)，可由鉻、氧化鉻、和/或氮化鉻制成或者由包括黑色顏料的感光性有機(jī)材 料制成。此處，黑色顏料可以是碳黑或者氧化鈦。
濾色器230基本置于由黑矩陣220包圍的開孔區(qū)域內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例當(dāng) 中，濾色器230由感光有機(jī)材料制成。
保護(hù)層240保護(hù)濾色器230并且提供平坦表面。在一個(gè)實(shí)施例當(dāng)中，保 護(hù)層240由基于丙烯酰基的環(huán)氧材料制成。
公共電極245由例如ITO、 IZO等的透明導(dǎo)電材料制成。該7>共電極245 與像素電極175配合，向液晶材料層300的各個(gè)區(qū)域施加所需要的電壓信號。
如果像素電極175和公共電極245之間產(chǎn)生電位差，則通過液晶層300
產(chǎn)生電場，其中的液晶分子的取向確定為所生成的電場的函數(shù)。
使用間隔密封劑250將分別包括第一和第二柔性塑料基板110和210的 第一和第二支承顯示面板彼此裝配在一起。層300的液晶材料可通過使用真 空注射或點(diǎn)滴注射(drop injection)注入到第一和第二支承顯示面板之間。 密封劑250使流入兩個(gè)基板110和210之間的空間內(nèi)的氣體或水汽最少。該 密封劑250可通過光(即，UV)和/或熱而>5更化。
雖然沒有示出，進(jìn)一步地，可將附加的阻擋層(barrier layer)布置在第二 柔性塑料基板210的一側(cè)或兩側(cè)上。
下文中，將參考圖2A至2D以及圖3詳細(xì)描述圖1所示液晶顯示器的 制造方法。
圖2A至圖2D是圖1所示液晶顯示器在制造方法的中間步驟的截面圖， 而圖3是可用于該制造方法的RF濺射裝置示例的截面圖。
參考圖2A,將柔性塑料基板110附到基本更堅(jiān)硬并且更厚的虛設(shè) (dummy)玻璃基板100的平坦的主表面上。通過附于犧牲性且以后被移除的 玻璃板，使該柔性塑料基板110保持基本平坦的結(jié)構(gòu)，從而可在不損失平面 性的情況下執(zhí)行隨后的制造過程。換句話說，該虛設(shè)玻璃基板100支承塑料 基板IIO,從而預(yù)定的圖案可形成在塑料基板110上的精確位置中，并且可 在制造過程中減少塑料基板110的變形。
該柔性的并且實(shí)質(zhì)上是光可透射的塑料基板110的材料可包括聚碳酸酯 (polycarbon )、聚酰亞胺(polyimide)、聚醚石風(fēng)(polyether sulfone) ( PES )、多 芳基化合物(polyarylate ) (PAR)、聚乙烯萘酸酯(polyethylene naphthalate) (PEN )、聚乙烯對苯二酸酯(polyethylene terephthalate ) (PET)等中的 一種或 多種。依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該塑料基板110的厚度dl為大約lOOjim 到大約300 Mm。
在附到虛設(shè)玻璃基板100上并且被虛設(shè)玻璃基板100平坦化之后，可選 擇地將一緩沖層117通過涂敷、絲網(wǎng)印刷等形成在塑料基板IIO上，以便為 隨后增加的阻擋層(圖2B中的115)提供缺陷修復(fù)，其中緩沖層117例如 包括樹脂，如基于丙烯?；臉渲?、基于氨基曱酸乙酯的樹脂或者基于聚酯 的樹脂等。緩沖層117的形成也可以省略。
接下來，如圖2B所示，例如一包括氮氧化硅(SiON)的阻擋層115形 成在塑料基板110上。阻擋層115的形成可在大約9(TC到大約200。C進(jìn)行。
該阻擋層115可具有大約10nm到大約30nm的厚度d2。該阻擋層115可具 有約0.35到約0.85的氧與其它非硅元素的濃度比(0/ (N + 0))。該阻擋層 115防止氣體、潮氣或其它蒸汽通過基板110滲透而導(dǎo)致腐蝕通過后續(xù)工序 形成于塑料基板110頂部的多個(gè)可能的敏感層。該阻擋層115還有助于防止 在隨后工序中塑料基板110的變形。
該阻擋層115可通過以相對較低溫度的工藝執(zhí)行的RF濺射而形成。由 氮氧化硅(SiON)制成的阻擋層115可使用化學(xué)氣相淀積(CVD)或者濺 射來沉積。在RF濺射的情況下，可在低氬氣(Ar)壓力下維持反應(yīng)等離子 體，其中該等離子體氧化和/或氮化從濺射靶提供的含硅材料。
在一個(gè)實(shí)施例當(dāng)中，如圖3所示使用RF濺射裝置300形成阻擋層115。
RF賊射裝置300包括限定了反應(yīng)空間的真空室310、位于真空室310 上側(cè)的上電極320、固定在上電極320上的耙330、位于真空室310下側(cè)并 面對上電極320的下電極340、向上電極320提供電源的RF電源裝置350、 以及位于RF電源裝置350和上電極320之間的阻抗匹配單元360。該真空 室310具有進(jìn)口 370和出口 380。諸如反應(yīng)氣體(即，02或N02或NO)和 氬氣(Ar)的氣體通過進(jìn)口 370流入真空室310。出口 380連接至真空泵(未 示出)從而使真空室內(nèi)保持低壓力(真空)狀態(tài)。
將由玻璃基板IOO支承的塑料基板110安裝在下電極340 (基座)上。 此處，上電極320連接至射頻電源裝置350并且下電極340接地。靶330可 包括S^N4。向上電極320提供射頻電源，于是通過上電極320和下電極340 之間的電壓差產(chǎn)生等離子體。
等離子體使輸入的氬氣流變成電離的，并且該電離的氬氣轟擊靶330。 因此，由于電離的氬氣與靶300的碰撞，靶的Si3N4的粒子被濺射出來并電 離，并且電離的Si和N原子與從反應(yīng)氣體中釋放出的氧原子結(jié)合被沉積在 塑料基板110上。該射頻電源可具有約10MHz至約15MHz的射頻，并且該 射頻電源可特別具有約13.56MHz的射頻。此處，沉積可在大約9(TC到200 。C下執(zhí)行，并且更具體地可以在大約IO(TC或更低的溫度下執(zhí)行。
接下來，如圖2C所示，用于顯示圖像的例如導(dǎo)電材料的預(yù)定圖案形成 在阻擋層115上。
該預(yù)定圖案可包括如上所述的多條互連線、多個(gè)薄膜晶體管T、以及多 個(gè)電極。
現(xiàn)在，將詳細(xì)描述用于限定薄膜晶體管T的半導(dǎo)體層的形成方法。該薄 膜晶體管T的半導(dǎo)體層包括非晶硅。然而，非晶硅可具有與其它材料混合的 不同分布，這是顯而易見的。
首先，基于例如硅烷(SiH4)的含硅材料的分解，通過低溫化學(xué)氣相沉 積(CVD)將非晶硅層沉積。非晶硅層可在約9(TC到約20(TC下，并且更具 體地在一個(gè)實(shí)施例中在約IOO'C到約180。C下以該工藝沉積。
接下來，依照本公開，CVD形成的非晶硅層經(jīng)受快速熱處理以提高該 非晶硅層的電特性和純度特性。此處，熱處理可以在非晶硅層被圖案化之前 或者之后執(zhí)行，或者在例如電極層或者鈍化層的其它層形成在半導(dǎo)體層上之 后執(zhí)行。此處，該快速熱處理可在塑料基板基本沒有發(fā)生變形的方式下執(zhí)行。
該快速熱處理可通過使用烘箱(oven)、例如氙燈或者卣素?zé)舻臒?，以?激光來執(zhí)行。此處，該快速熱處理可通過約0.5。C/秒至約200。C/秒的升溫及 約0.5。C/分到約10。C/分的降溫來執(zhí)行，并且可優(yōu)選通過約1.5。C/秒至約3'C /秒向上的升溫及約1.5。C/秒到約3。C/秒的降溫來執(zhí)行。
在一個(gè)實(shí)施例當(dāng)中，首先使用烘箱在約l分鐘到約5分鐘的過程中將非 晶硅層的溫度從室溫增加到約180。C至約30(TC。 一旦獲得預(yù)定的高溫，該 非晶硅層就被冷卻回至室溫，例如通過將其從烘箱取出并暴露在環(huán)境溫度 下。
在另 一個(gè)實(shí)施例當(dāng)中，該具有非晶硅層的塑料基板110可在約幾秒至約
約80(TC的高溫的任意空間。在另一個(gè)實(shí)施例當(dāng)中，使用點(diǎn)激光(spot laser) 執(zhí)行快速熱處理，該具有非晶硅層的塑料基板110經(jīng)受具有約280nm至約 320nm的波長和大約190mJ/cm2至約240mJ/cm2的能量密度的激光束。
如上所迷，依照所披露的實(shí)施例，在該柔性液晶裝置的制造方法中，非 晶硅層經(jīng)受時(shí)間短暫但充分的快速拔處理以便CVD形成步驟剩下的多余的 氫的主要部分從非晶硅層逐出且/或懸硅鍵(dangling silicon bonds)被處理從 而產(chǎn)生更均勾分布的化學(xué)計(jì)量的非晶硅。從圖5可以看出，去除多余的氫有 助于提高由熱處理的非晶硅層形成的晶體管的電特性。對快速熱處理步驟的 時(shí)間和熱預(yù)算(thermal budget)進(jìn)行控制以便防止下面的塑料基板110實(shí)質(zhì)上 變形。
參考圖2D，將具有多個(gè)層的第二柔性塑料基板210與具有多個(gè)層的第
一柔性塑料基板IIO對準(zhǔn)以便這兩個(gè)基板彼此面對，而后使用密封劑250將 兩個(gè)相對的塑料基板110和210組裝起來。
最后，將虛設(shè)玻璃基板IOO從塑料基板IIO上移除以最終形成該柔性液 晶顯示器10。在一個(gè)實(shí)施例當(dāng)中，虛設(shè)玻璃基板IOO足夠厚以便在快速熱處 理的過程中充當(dāng)散熱器，從而有助于防止實(shí)質(zhì)上較薄的柔性塑料基板110變 形或者損壞。
下面將參考圖4A至圖4C詳細(xì)說明依照另一個(gè)實(shí)施例的圖1所示液晶 顯示器的制造方法。
圖4A到圖4C是依照另一實(shí)施例的圖1所示液晶顯示器在制造方法的 中間步驟的截面圖。
對于該第二實(shí)施例，僅描述相對于上述實(shí)施例有區(qū)別的特征并且省略相 似的特征。-故省略的特4i與上面描述的特4i相對應(yīng)。
參考圖4A,阻擋層115形成在塑料基板110的一個(gè)表面上，而后者則 附著到第一虛設(shè)玻璃基板100上。
如圖4B所示，將塑料基板110從第一虛設(shè)玻璃基板100上移除，然后 將阻擋層115附著到另一虛設(shè)玻璃基板105上。
參考圖4C，附加阻擋層116形成在被固定到第二虛設(shè)玻璃基板105的 塑料基板110的另一個(gè)表面上。而后，如圖4C所示，在阻擋層116上形成 用于顯示圖像的預(yù)定圖案(包括非晶硅層)。
此處，該預(yù)定圖案可包括如上所述的多個(gè)布線、多個(gè)薄膜晶體管、以及 多個(gè)電極。
特別地，在一個(gè)實(shí)施例中，薄膜晶體管半導(dǎo)體層的形成方法包括通過低 溫化學(xué)氣相沉積(例如硅烷的分解)沉積非晶硅層并對該沉積的非晶硅層執(zhí) 行快速熱處理從而提高該非晶硅層的電特性。
如上所述，可將該非晶硅層在約90。C至約200。C下沉積，并且更具體地 可在約IO(TC至約180。C下沉積。
該快速熱處理可在約18(TC至約80(TC下執(zhí)行。
如果該快速熱處理在高于約80(TC的溫度執(zhí)行，非晶硅層會結(jié)晶。因此， 用于包括非晶硅層的裝置的快速熱處理應(yīng)當(dāng)在低于約800。C下執(zhí)行。 現(xiàn)在參考圖5和圖6詳細(xì)描述該薄膜晶體管的半導(dǎo)體層的電特性。 在一個(gè)實(shí)施例當(dāng)中，將硅烷(SiH4)作為用于CVD生成的硅的原材料。
圖5是表示基于SiH4—Si+2H2的分解反應(yīng)期間所維持溫度的反應(yīng)自由能量的 偏差圖(在吉布斯(Gibbs)能量上的變化)，圖6是表示由上述使用快速熱處 理和不使用快速熱處理的制造方法形成的薄膜晶體管漏極電流與柵極電壓 的特性圖。
參考圖5，用于在使用CVD的非晶硅層的沉積期間發(fā)生的硅烷分解反 應(yīng)的吉布斯自由能量隨著溫度的升高而減少并且因此當(dāng)溫度升高時(shí)反應(yīng)更 力口向右進(jìn)行。
SiH4(g)—Si(s)+2H2(g)T
活潑或者不活躍。因此，在低溫下SiH4氣體不能被完全分解，因而通過低溫 化學(xué)氣相沉積而沉積的非晶硅層可包括沒有完全去除氫原子的硅原子和/或 具有懸鍵(danglingbonds)的硅原子。硅可以是多孔固態(tài)結(jié)構(gòu)，其中孔充滿氫 化的硅而不是基本上僅僅是硅(這不包括CVD工藝中可引入的任何P型或 者N型導(dǎo)電摻雜劑)。
然而，如圖6的例子所示，在依照以上實(shí)施例的柔性液晶裝置的制造方 法中，CVD形成的非晶硅層經(jīng)受短時(shí)間的快速熱處理，以便至少大部分多 余的氫從非晶硅層逐出和/或修復(fù)懸硅鍵，從而增強(qiáng)由非晶硅層形成的晶體管 的電特性。
現(xiàn)在，參考圖6，詳細(xì)描述依照所公開的實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)實(shí)例的薄膜晶體 管的工作特性的變化。
在一個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)例當(dāng)中，為了比較測量快速熱處理對CVD形成的非晶硅 層的影響，在約100。C下使用低溫CVD (LTCVD)將非晶硅層沉積，并且 對一組這樣的晶體管不執(zhí)行快速熱處理(表示為正常的LTCVD)，而對第二 組這樣的晶體管在約250°C (表示為在250。C的RTA)的高溫下執(zhí)行快速熱 處理，并且對第三組這樣的晶體管在約300°C (表示為在30(TC的RTA)的 高溫下執(zhí)行快速熱處理，并且隨后分別測量具有這些經(jīng)過不同處理的非晶硅 層的薄膜晶體管的Ids對Vp的性能。此處，除了進(jìn)行快速熱處理的場所之 外其它的條件都相同，對快速熱處理進(jìn)行控制以便不發(fā)生塑料基板實(shí)質(zhì)上的 變形。
參考圖6,在快速熱處理(在25(TC下的RTA和在300'C下的RTA)下 的薄膜晶體管比那些不使用快速熱處理(普通的LTCVD)的晶體管顯示出
更好的電流特性(例如更高的正向電流和/或較小的反向偏置泄漏電流)。因 此，經(jīng)過熱處理的晶體管具有更適合需要的用于液晶或者其它平板顯示器的 漏極電流對柵極電壓的特性。
因此，在柔性液晶平板顯示器的制造方法中或在具有柔性塑料基板和在 較低溫度下沉積的非晶硅層的其它類型平板顯示器的制造中，非晶硅層至少 在形成晶體管的位置經(jīng)受短時(shí)間的快速熱處理，以便將多余的氫從非晶硅層
去除和/或修復(fù)懸硅4建，從而提高由非晶硅層形成的晶體管的電特性，同時(shí)防
止下面的塑料基板實(shí)質(zhì)的變形。
如上所述，快速熱處理可使用烘箱、例如氙燈或卣素?zé)舻腞TP燈、以及 激光來進(jìn)行。
當(dāng)使用烘箱時(shí)，在從室溫到約180。C至約30(TC高溫的溫度范圍將非晶 硅層加熱1分鐘至5分鐘。 一旦獲得預(yù)定溫度，就將非晶硅層冷卻。
當(dāng)使用氙燈或卣素?zé)魰r(shí)，具有非晶硅層的塑料基板IIO可在幾秒至幾十 秒內(nèi)穿過已經(jīng)加熱到溫度約500。C至約800。C的任何空間。
當(dāng)使用激光執(zhí)行快速熱處理時(shí)，具有非晶硅層的塑料基板IIO經(jīng)受具有 約280nm至約320nm的波長和大約190mJ/cm2至約240mJ/cm2的能量密度 的激光束。
雖然上面描述了 一些實(shí)際的和示范性的實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解本公開不 限于上面公開的平板顯示器的實(shí)施例，相反的，本發(fā)明希望覆蓋包括在本公 開精神和范圍內(nèi)的不同變換和等價(jià)的結(jié)構(gòu)，包括薄膜晶體管形成在熱敏基板 (即塑料基板)上的其它應(yīng)用，其中熱敏基板受長時(shí)間暴露在相對較高的溫 度下的不利影響。
權(quán)利要求
1、一種制造方法，包括通過化學(xué)氣相沉積工藝在塑料基板之上沉積非晶硅層；以及使至少非晶硅層的區(qū)域經(jīng)受快速熱處理從而加強(qiáng)大部分剩余的氫和/或其它不希望有的元素的移除，同時(shí)不實(shí)質(zhì)上不利地影響塑料基板。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括-.在沉積所述非晶硅層之前在所述塑料基板上形成阻擋層，其中所述阻擋 層基本不能滲透預(yù)定一種或更多種氣體或蒸汽。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其中該阻擋層包括氮氧化硅SixOyNz, x、 y和z是預(yù)定的數(shù)。
4、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述化學(xué)氣相沉積在不高于180。C下 執(zhí)行。
5、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過在從室溫到約18(TC至約300°C 高溫的溫度范圍下，用烘箱加熱約1分鐘至約5分鐘來執(zhí)行所述快速熱處理。
6、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中通過約0.5。C/秒至約2(TC/秒的升溫 以及約0.5。C/分至約10。C/分的降溫來執(zhí)行所述快速熱處理。
7、 如權(quán)利要求6所述的方法，其中通過約1.5。C/秒至約3。C/秒的升溫 以及約1.5。C/秒至約3。C/秒的降溫來批行所述快速熱處理。
8、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中在使用氙燈或卣素?zé)纛A(yù)先加熱到約 500'C至約80(TC的任何空間中，執(zhí)行所述快速熱處理幾秒至幾十秒。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中通過使具有所述非晶硅層的所述塑 料基板經(jīng)過使用氙燈或卣素?zé)纛A(yù)先加熱到約500。C至約80(TC的任何空間幾 秒至幾十秒來執(zhí)行所述快速熱處理。.
10、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中通過使具有所述非晶硅層的所述塑 料基板經(jīng)受具有約280nm至約320nm的波長和大約190mJ/cn^至約 240mJ/cm2的能量密度的激光束來執(zhí)行所述快速熱處理。
11、 如權(quán)利要求3所述的方法，其中該阻擋層具有約0.35至約0.85的 氧與其它非硅元素的濃度比。
12、 如權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括 在所述塑料基板和所述阻擋層之間形成緩沖層。
13、 如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述塑料基板具有約100Mm至約 300mhi的厚度。14、 如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述阻擋層具有約10nm至約30nm的厚度。15、 如權(quán)利要求3所述的方法，其中使用包含Si3Hj的靶通過射頻RF 賊射形成所述阻擋層。16、 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述射頻濺射在約lOMHz至約 15MHz的射頻下執(zhí)行。17、 如權(quán)利要求15所述的方法，其中使用氧氣02和氬氣(Ar)作為反 應(yīng)氣體來執(zhí)行所述射頻濺射。18、 如權(quán)利要求15所述的方法，其中在約IOO'C或100。C以下的溫度下 執(zhí)行所述射頻濺射。19、 一種制造方法，包括 在虛設(shè)玻璃基板上固定塑料基板；通過射頻濺射在所述塑料基板上形成阻擋層；通過化學(xué)氣相沉積在所述阻擋層上沉積非晶硅層；以及使所迷非晶硅層經(jīng)受快速熱處理，其中在約90。C至約180。C執(zhí)行所述化學(xué)氣相沉積，并且在約150。C至約 800 °C執(zhí)行所述快速熱處理。20、 如權(quán)利要求19所述的方法，吝中在約9(TC至約130。C執(zhí)行所述化 學(xué)氣相沉積，并且在約20(TC至約500。C執(zhí)行所述快速熱處理。21、 如權(quán)利要求20所述的方S'，其中所述阻擋層包括氮氧化硅SiON 并且所述阻擋層具有約0.35至約0.85的0/(N+0)元素濃度比。22、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述化學(xué)沉積工藝是傾向于將仍與 所述非晶硅層的硅原子結(jié)合的大部分氫原子或者其它不需要的元素留下的 工藝。23、 如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述快速熱處理是一種這樣的熱 處理，其增強(qiáng)大部分所留下的氬和/或其它不希望有的元素的移除且同時(shí)基本 不負(fù)面影響所述塑料基板。24、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述緩沖層構(gòu)造來修復(fù)所述阻擋 層中的缺陷。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有增強(qiáng)的薄膜半導(dǎo)體層的柔性顯示裝置及其制造方法，包括通過RF濺射在柔性塑料基板上形成阻擋層，在塑料基板上形成非晶硅層，以及使非晶硅層經(jīng)受快速熱處理從而改善非晶硅層的電特性和/或均一性。
文檔編號H01L21/70GK101097854SQ200710129230
公開日2008年1月2日 申請日期2007年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月21日
發(fā)明者崔在鎬, 梁成勛, 金秉濬 申請人:三星電子株式會社