专利名称：塑料基板上的阻热结构及形成方法
技术领域：
本发明涉及一种塑料基板上的阻热结构及形成方法，特别是涉及一种利用多孔隙结构氧化物形成于塑料基板上，以避免制作过程中所产生的热能损害塑料基板的一种阻热结构以及形成方法。
背景技术：
在未来显示器的发展趋势，有两个重要的发展趋势，第一为如何以低成本来制造轻、薄以及可挠曲的显示器，第二则为希望显示器的相关电子元件特性能够具有电子移动速度快，反应速度快等特性，所以多晶硅薄膜来取代非晶硅薄膜也逐渐形成主流。
由于目前平面显示器多制作于玻璃基板上，虽然此种制作方法可实现大面积以及大量生产的优点，但是若要达到轻、薄、可挠曲的优势，则必须改变基板的材料。其中塑料基板的潜力以及优势最受到注目。虽然塑料基板可以满足轻、薄以及可挠曲优势，不过在传统的多晶硅薄膜晶体管的制作过程中，由于要将非晶硅通过激光回火(Laser Annealing)转换成多晶硅，所以所需的制作温度至少在摄氏600度，但是由于塑料基板的玻璃转移温度(glasstransition temperature，Tg)非常低，所以耐热性不佳，无法承受较强的激光能量直接在塑料基板上成长多晶硅薄膜。
虽然如此，整体来看，塑料基板的优点还是相当多，所以如何克服制作过程中对塑料基板的热损害，所投入的研究以及申请的专利也相当之多，例如U.S.Pat.No.5,817,550，该专利揭露了一种以低能量激光在塑料基板上形成多晶硅。该方法为先在塑料基板上面形成二氧化硅层。然后再沉积非晶硅(a-Si)于该二氧化硅层上，然后再以短脉冲(short-pulse)氯化氙(XeCl)的准分子激光(308nm)，在不到千万分之一秒(100ns)的制作时间内，将该非晶硅转换成多晶硅层。又如U.S.Pat.No.6,680,485，该专利也是揭露了一种以低能量的激光于低温型塑料基板(low-temperature plastic substrate)上形成多晶硅薄膜晶体管，该低温不超过摄氏250度。该方法为先在塑料基板上面形成一二氧化硅层厚度约为0.1至5.0微米。然后再沉积一厚度约为10至500纳米的非晶硅(a-Si)于该二氧化硅层上，然后以至少一个的短脉冲(short-pulse)氯化氙(XeCl)的准分子激光(308nm)，在该非晶硅层上形成局部或者是完全的多晶硅层，然后再进行薄膜晶体管的制作。
综合上述现有技术，虽然可以使得塑料基板上的制作温度降低，或者是不需使用耐高温的塑料材料，例如聚酸亚胺(Kapton)。但是仍有下列几项缺点1)降低激光能量并缩减激光回火时间会影响多晶硅层的晶粒大小，以及其元件特性。
2)由于现有技术须先在该塑料基板上形成氧化层，以二氧化硅为例，要在塑料基板上面形成4微米的二氧化硅层大概需要三十到四十分钟，如此一来严重影响到批量生产。
3)此外由于厚的氧化层虽然可以达到隔热，不过厚度较厚的氧化层其易脆以及容易龟裂的情形会使得制作过程较不好控制，而导致元件无法使用。
因此，急需一种塑料基板上的阻热结构及形成方法，以解决上述现有技术的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种塑料基板上的阻热结构及形成方法，其利用多孔隙结构形成于塑料基板上，提高塑料基板的耐热性，达到在塑料基板上形成多晶硅薄膜的目的。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种塑料基板上的阻热结构及形成方法，利用多孔隙阻热结构提高塑料基板耐热性，以便于该塑料基板上形成薄膜晶体管，制作平面显示器，达到轻、薄以及可挠曲的目的。
本发明所要解决的第三个技术问题在于提供一种塑料基板上的阻热结构及形成方法，利用多孔隙阻热结构提高塑料基板耐热性，以便于该塑料基板上形成高效能的电子元件，达到降低成本的目的。
本发明所要解决的第四个技术问题在于提供一种塑料基板上的阻热结构及形成方法，利用多孔隙阻热结构形成于塑料基板上，达到平整塑料基板的目的。
为了实现上述目的，本发明提供了一种塑料基板上的阻热结构，其特点在于，包括有一塑料基板；一多孔隙层，形成于该塑料基板上，该多孔隙层具有多个中空结构氧化物；以及一缓冲层，该缓冲层形成于该多孔隙层之上；其中，该多孔隙层可以提供保护以避免制作过程中所产生的热能损害该塑料基板。
上述塑料基板上的阻热结构，其特点在于，圆柱形中空结构可选择直立或者横躺于该塑料基板上的其中之一。
上述塑料基板上的阻热结构，其特点在于，还包括有一模板层，其形成于该塑料基板以及该多孔隙层之间，该模板层为选择硅、钛、锌以及铝之一。
上述塑料基板上的阻热结构，其特点在于，还包括有一导电层，其形成于该塑料基板与该模板层之间。
上述塑料基板上的阻热结构，其特点在于，还具有一平坦层形成于该多孔隙层上。
上述塑料基板上的阻热结构，其特点在于，该平坦层为一高分子聚合物以及无机平坦层其中之一。
上述塑料基板上的阻热结构，其特点在于，该缓冲层之上还具有一非晶硅层，可通过一热处理而形成一多晶硅层。
本发明还提供一种塑料基板上的阻热结构的形成方法，其特点在于，该阻热结构形成于一塑料基板上，该形成方法包括有下列步骤步骤1，在一阳极氧化模板上形成多个多孔隙结构；步骤2，去除该阳极氧化铝模板；步骤3，将该多个多孔隙结构涂布于该塑料基板上形成一多孔隙层；以及步骤4，形成一缓冲层于该多孔隙层之上。
上述塑料基板上的阻热结构的形成方法，其特点在于，该涂布为将该多个多孔隙结构通过溶胶-凝胶，再通过旋转涂布于该塑料基板上。
上述塑料基板上的阻热结构的形成方法，其特点在于，该多孔隙结构为选择硅氧化物、钛氧化物、锌氧化物以及铝氧化物之一。
本发明还提供一种塑料基板上的阻热结构的形成方法，其特点在于，该阻热结构形成于一塑料基板上，该形成方法包括有下列步骤步骤1，在该塑料基板上形成一材料层；步骤2，以阳极氧化方式将该材料层氧化形成具有一厚度模板的一多孔隙模板层；以及步骤3，形成一缓冲层于该多孔隙层之上。
上述塑料基板上的阻热结构的形成方法，其特点在于，还包括形成一平坦层于该缓冲层与该多孔隙层之间。
上述塑料基板上的阻热结构的形成方法，其特点在于，该平坦层为选择一高分子聚合物以及无机平坦层其中之一。
上述塑料基板上的阻热结构的形成方法，其特点在于，该材料层为选择硅、钛、锌以及铝之一。
上述塑料基板上的阻热结构的形成方法，其特点在于，该多孔隙层具有多个中空结构氧化物，该中空结构氧化物为选择硅氧化物、钛氧化物、锌氧化物以及铝氧化物之一。
上述塑料基板上的阻热结构的形成方法，其特点在于，该步骤2前可先形成一导电层在该塑料基板与该模板层之间，然后再进行该步骤2至步骤3。
本发明的功效如下1)利用多孔隙结构形成于塑料基板上，提高塑料基板的耐热性，达到在塑料基板上形成多晶硅薄膜的目的。
2)利用多孔隙阻热结构提高塑料基板耐热性，以便于该塑料基板上形成薄膜晶体管，制作平面显示器，达到轻、薄以及可挠曲的目的。
3)利用多孔隙阻热结构提高塑料基板耐热性，以便于该塑料基板上形成高效能的电子元件，达到降低成本的目的。
4)利用多孔隙阻热结构形成于塑料基板上，达到平整塑料基板的目的。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1A为本发明塑料基板上的阻热结构的第一较佳实施例剖面示意图；图1B为本发明塑料基板上的阻热结构的第二较佳实施例示意图；图2A为本发明塑料基板上的阻热结构的球形中空结构氧化物示意图；图2B为本发明塑料基板上的阻热结构的圆盘形中空结构氧化物示意图；图2C为本发明塑料基板上的阻热结构的圆柱形中空结构氧化物示意图；图3A至图3D为本发明的第一较佳实施例的形成方法流程示意图；图4A至4F为本发明的第二较佳实施例的形成方法流程示意图；
图5A至图5F为利用本发明塑料基板上的阻热结构的上栅极型晶体管实施流程示意图；图6A至图6F为利用本发明塑料基板上的阻热结构的下栅极型晶体管实施流程示意图。
其中，附图标记1-塑料基板上的阻热结构11-塑料基板，12-多孔隙层121-中空结构氧化物，13-缓冲层2-塑料基板上的阻热结构21-塑料基板，22-导电层23-模板层，24-多孔隙层241-中空结构氧化物25-平坦层，26-缓冲层31-塑料基板，32-多孔隙层32a-球形中空结构，32b-圆盘形中空结构32e-圆柱形中空结构4-流程4a~4d-步骤41-阳极氧化铝模板(Anodic Aluminum Oxide，AAO)41a-模柱孔，43-中空结构氧化物44-塑料基板，45-多孔隙层46-缓冲层5-流程5a~5e-步骤51-塑料基板，52-导电层53-材料层，54-多孔隙模板层54a-模柱孔，54b-厚度模板56-平坦层，57-缓冲层6-上栅型晶体管，61-塑料基板62-多孔隙层，62a-中空结构氧化物
63-缓冲氧化层，64-非晶硅层65-多晶硅层，65a-源/漏极区66-栅极介电层，67-栅极金属电极68-绝缘层，69-金属接触电极7-下栅型晶体管71-塑料基板，72-多孔隙层72a-中空结构氧化物，73-缓冲氧化层74-栅极金属电极，75-栅极介电层76-非晶硅层，77-多晶硅层77a-源/漏极区，78-绝缘层79-金属接触电极具体实施方式
为了提高塑料基板在产业上的利用性，本发明利用选择热传导系数较小的材料以及在空气下热传速度慢的概念，在多孔隙模板上形成多孔隙氧化物，然后利用此多孔隙氧化物为塑料基板的隔热层，以提高激光结晶的能量，使塑料基板避免在制作过程中因高温而产生的热损害。
为了更清楚了解本发明的意义，请参阅图1A所示，该图为本发明塑料基板上的阻热结构的第一较佳实施例剖面示意图。该塑料基板上的阻热结构1具有一塑料基板11、一多孔隙层12以及一缓冲层13。该多孔隙层12，其形成于该塑料基板11上，该多孔隙层12为具有多个中空结构氧化物121。该缓冲层13形成于该多孔隙层12上。通过该多孔隙层12阻隔在制作过程中所产生的热能，防止该塑料基板11受到热损害以及平整该塑料基板11。其中，该中空结构氧化物121为选择硅氧化物、钛氧化物、锌氧化物以及铝氧化物之一者，且该多孔隙层32为选择球形中空结构32a(参阅图2A)、圆盘形中空结构32b(参阅图2B)以及圆柱形中空结构32c(参阅图2C)之一。该圆柱形中空结构32c，其可以直立排列或者是平躺散布于该多孔隙层12内。该缓冲层13，在本实施例中为二氧化硅层。
请继续参阅图1B所示，该图为本发明塑料基板上的阻热结构的第二较佳实施例示意图。该塑料基板上的阻热结构2具有一塑料基板21、一导电层22、一模板层23、一多孔隙层24、一平坦层25以及一缓冲层26。该导电层22形成于该塑料基板21与该模板层23之间。该导电层22可为氧化铟锡(indium tinoxide，ITO)，可提高该多孔隙层24的均匀性。该模板层23，形成于该导电层22以及该多孔隙层24之间，该模板层23为选择硅、钛、锌以及铝之一。该多孔隙层24具有多个中空结构氧化物241，该中空结构氧化物241为选择硅氧化物、钛氧化物、锌氧化物以及铝氧化物之一。该平坦层25，形成于该多孔隙层24上，可以使该多孔隙层表面平整，该平坦层25为高分子聚合物或无机平坦层。该缓冲层26形成于该平坦层25上，在本实施例中该缓冲层为二氧化硅层。
从上述说明，可以了解本发明的阻热结构，接下来将针对本发明结构的相关制作方法，作一详细说明。
请继续参阅图3A至图3D，为本发明的第一较佳实施例的形成方法流程示意图。该流程4在一塑料基板44上形成阻热结构，该流程4包括有下列步骤步骤4a，在一阳极氧化铝模板41(Anodic aluminum oxide，AAO)上形成多个中空结构氧化物43；步骤4b，去除该阳极氧化铝模板41；步骤4c，将该多个中空结构氧化物43涂布于该塑料基板44上形成一多孔隙层45；步骤4d，形成一缓冲层46在该多孔隙层45上。
该阳极氧化铝模板41具有多个模柱孔41a。利用电化学、化学气相沉积(CVD)或者是溶胶-凝胶(sol-gel)的方式形成该多个中空结构氧化物43在该阳极氧化铝柱孔41a的间隙间，然后再利用蚀刻的方式去除该阳极氧化铝模板41，以取出该多个中空结构氧化物43。接着再将该多个中空结构氧化物43通过溶胶-凝胶(sol-gel)法，通过旋转涂布(Spin coating)于该塑料基板44上，以形成一多孔隙层45。最后再形成该缓冲层46于该多孔隙层上。
请继续参阅图4A至4F，为本发明的第二较佳实施例的形成方法流程示意图。该流程5在一塑料基板51上形成阻热结构，该流程包括有下列步骤步骤5a，在该塑料基板51上形成一材料层53；步骤5b，以阳极氧化方式将该材料层53氧化形成具有多个中空结构54a的厚度模板54b；
步骤5c，形成一平坦层56于该多孔隙层模板层54上；步骤5d，形成一缓冲层57于该平坦层56上。
由于本实施例的制作流程在该塑料基板51上形成一层可以制作多孔隙材料(例如，硅或铝)的材料层53，然后再以阳极氧化的方式将该材料层制作成该多孔隙模板层54(二氧化硅或三氧化二铝)。不过，为了增加该中空结构氧化物54a和塑料基板51的附着力，该多孔隙模板层54可不需要完全去除，保留特定厚度的该厚度模板54b在该中空结构氧化物54a和该塑料基板51之间以增加附着力。然后再于该多孔隙层54上以旋转涂布的方式形成该平坦层56，该平坦层56为一高分子聚合物或无机平坦层。最后在该平坦层56上形成该缓冲层57。
另外，为了提高该多孔隙层54的均匀度，可以在该塑料基板51和该材料层53间形成一导电层52。在本实施例中，该导电层52为一氧化铟锡(indiumtin oxide，ITO)。然后在进行步骤5b至步骤5d，如此可以确保阳极氧化完全，也可以控制该多孔隙层54的均匀性。
从上述流程步骤，可以了解本发明的制作流程。为了更详细了解本发明的应用，例如在塑料基板上形成多晶硅的薄膜晶体管，接下来将以两个实施例进行说明。
请继续参阅图5A至图5F，为利用本发明塑料基板上的阻热结构的上栅极型晶体管实施流程示意图。该上栅极型晶体管6其制作流程为，先在一塑料基板61上涂布或形成一多孔隙层62(参阅图5A)。该多孔隙层具有多个中空结构氧化物62a。该多孔隙层的表面粗糙度(surface roughness)小于5纳米。除了可阻热以保护该塑料基板61免受热损害，另外因塑料基板61表面较不平整，薄膜晶体管元件无法在上面制作，所以该多孔隙层62同时也可当作平坦层使用。再在于该多孔隙层62上形成一缓冲氧化层63以及一非晶硅层64(参阅图5B)。然后再以激光回火使该非晶硅层64再结晶以形成一多晶硅层65(参阅图5C)。
接着以离子注入(implant)的方式在该多晶硅层上进行N型或P型掺杂，以形成一对源/漏极区65a(参阅图5D)。然后再沉积栅极介电层66(Gatedielectric)与门极金属电极67(Gate metal)(参阅图5E)。接着形成一绝缘层68(interlayer)以及在该保护层68上对应该对源/漏极区65a上形成接触孔，并形成金属接触电极69(Metal interconnect)(参阅图5F)。其中该缓冲氧化层63的目的是为使气相含硅物种较易于该缓冲氧化层63上产生成核反应，帮助非晶硅层64成形以及阻止缓冲氧化层63下面的杂质直接渗透到(penetrate)非晶硅层64内。
请继续参阅图6A至图6F，为利用本发明塑料基板上的阻热结构的下栅极型晶体管实施流程示意图。该下栅型晶体管7其制作流程为，先在一塑料基板71上涂布或形成一多孔隙层72(参阅图6A)。该多孔隙层72具有多个中空结构氧化物72a。该多孔隙层72的表面粗糙度(surface roughness)小于5纳米。除了可阻热以保护该塑料基板71免受热损害，另外因塑料基板71表面较不平整，薄膜晶体管元件无法在上面制作，所以该多孔隙层72同时也可当作平坦层使用。再于该多孔隙层72上形成一缓冲氧化层73(参阅图6B)。
在该多孔隙层73上形成一栅极金属电极74(Gate metal)。接着再沉积栅极介电层75(Gate dielectric)于该金属电极74上，并在该栅极介电层75上形成一非晶硅层76(参阅图6C)。然后再通过激光回火使该非晶硅层76再结晶以形成一多晶硅层77(参阅图6D)。接着以离子布值的方式在该多晶硅层77上进行N型或P型掺杂，以形成一对源/漏极区77a(参阅图6E)。接着沉积一绝缘层78(interlayer)并在该保护层78上对应该对源/漏极区77a上形成接触孔，并形成金属接触电极79(Metal interconnect)(参阅图6F)。其中该缓冲氧化层73的目的是为阻止缓冲氧化层73下面的杂质直接渗透到(penetrate)非晶硅层76内。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种塑料基板上的阻热结构，其特征在于，包括有一塑料基板；一多孔隙层，形成于该塑料基板上，该多孔隙层具有多个中空结构氧化物；以及一缓冲层，该缓冲层形成于该多孔隙层之上；其中，该多孔隙层可以提供保护以避免制作过程中所产生的热能损害该塑料基板。
2.根据权利要求1所述的塑料基板上的阻热结构，其特征在于，圆柱形中空结构可选择直立或者横躺于该塑料基板上的其中之一。
3.根据权利要求1所述的塑料基板上的阻热结构，其特征在于，还包括有一模板层，其形成于该塑料基板以及该多孔隙层之间，该模板层为选择硅、钛、锌以及铝之一。
4.根据权利要求3所述的塑料基板上的阻热结构，其特征在于，还包括有一导电层，其形成于该塑料基板与该模板层之间。
5.根据权利要求3所述的塑料基板上的阻热结构，其特征在于，还具有一平坦层形成于该多孔隙层上。
6.根据权利要求5所述的塑料基板上的阻热结构，其特征在于，该平坦层为一高分子聚合物以及无机平坦层其中之一。
7.根据权利要求1所述的塑料基板上的阻热结构，其特征在于，该缓冲层之上还具有一非晶硅层，可通过一热处理而形成一多晶硅层。
8.一种塑料基板上的阻热结构的形成方法，其特征在于，该阻热结构形成于一塑料基板上，该形成方法包括有下列步骤步骤1，在一阳极氧化模板上形成多个多孔隙结构；步骤2，去除该阳极氧化铝模板；步骤3，将该多个多孔隙结构涂布于该塑料基板上形成一多孔隙层；以及步骤4，形成一缓冲层于该多孔隙层之上。
9.根据权利要求8所述的塑料基板上的阻热结构的形成方法，其特征在于，该涂布为将该多个多孔隙结构通过溶胶-凝胶，再通过旋转涂布于该塑料基板上。
10.根据权利要求8所述的塑料基板上的阻热结构的形成方法，其特征在于，该多孔隙结构为选择硅氧化物、钛氧化物、锌氧化物以及铝氧化物之一。
11.一种塑料基板上的阻热结构的形成方法，其特征在于，该阻热结构形成于一塑料基板上，该形成方法包括有下列步骤步骤1，在该塑料基板上形成一材料层；步骤2，以阳极氧化方式将该材料层氧化形成具有一厚度模板的一多孔隙模板层；以及步骤3，形成一缓冲层于该多孔隙层之上。
12.根据权利要求11所述的塑料基板上的阻热结构的形成方法，其特征在于，还包括形成一平坦层于该缓冲层与该多孔隙层之间。
13.根据权利要求12所述的塑料基板上的阻热结构的形成方法，其特征在于，该平坦层为选择一高分子聚合物以及无机平坦层其中之一。
14.根据权利要求11所述的塑料基板上的阻热结构的形成方法，其特征在于，该材料层为选择硅、钛、锌以及铝之一。
15.根据权利要求11所述的塑料基板上的阻热结构的形成方法，其特征在于，该多孔隙层具有多个中空结构氧化物，该中空结构氧化物为选择硅氧化物、钛氧化物、锌氧化物以及铝氧化物之一。
16.根据权利要求11所述的塑料基板上的阻热结构的形成方法，其特征在于，该步骤2前可先形成一导电层在该塑料基板与该模板层之间，然后再进行该步骤2至步骤3。
全文摘要
本发明涉及一种塑料基板上的阻热结构，其特点在于，包括有一塑料基板；一多孔隙层，形成于该塑料基板上，该多孔隙层具有多个中空结构氧化物；以及一缓冲层，该缓冲层形成于该多孔隙层之上；其中，该多孔隙层可以提供保护以避免制作过程中所产生的热能损害该塑料基板。本发明利用多孔隙结构形成于塑料基板上，提高塑料基板的耐热性，达到在塑料基板上形成多晶硅薄膜的目的，便于该塑料基板上形成薄膜晶体管，制作平面显示器，达到轻、薄以及可挠曲的目的，并且便于该塑料基板上形成高效能的电子元件，降低成本，利用多孔隙阻热结构形成于塑料基板上，达到平整塑料基板的目的。
文档编号H01L21/336GK1770473SQ20041008884
公开日2006年5月10日 申请日期2004年11月5日 优先权日2004年11月5日
发明者张荣芳, 翁得期, 谢建德, 黄志仁, 陈宇宏 申请人:财团法人工业技术研究院