薄膜晶体管结构、其制造方法以及薄膜晶体管发光元件结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种薄膜晶体管结构、其制造方法以及薄膜晶体管发光元件结构，其中薄膜晶体管结构内含图案化第一导体层、图案化半导体层、图案化绝缘层、图案化第二导体层以及第一阻水氧层，图案化第一导体层位于基板上；图案化半导体层、图案化绝缘层，以及图案化第二导体层设置于图案化第一导体层上；第一阻水氧层覆盖图案化第二导体层以及图案化绝缘层，以保护图案化第二导体层免受水气侵蚀。
【专利说明】
薄膜晶体管结构、其制造方法以及薄膜晶体管发光元件结构
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种薄膜晶体管结构，且特别是有关于一种应用于显示器的薄膜晶体管结构。
【背景技术】
[0002]薄膜晶体管元件中，由于有机半导体材料很容易受到水氧的影响，当水氧进入时，元件起始电压(Threshold Voltage)会产生漂移，造成驱动电流降低，次临界斜率(Sub-threshold Slope)增加，导致元件可靠度及特性降低，使得在产品应用上有所限制。基于上述问题，许多防止水氧渗透的封装工艺被提出。一般而言，在显示器工艺中(特别是电子纸或是有机自发光显示器)，会因为元件(无论是主动元件或是显示介质)的限制，使得制作阻水氧的封装工艺选择有限。虽然封装基板上下均有相当好的阻水氧特性，但是在上下封合或贴合之后，边框会以阻水氧的框胶或是直接贴合的方式完成。然而在此结构中，常常因为侧边封装结构和材料的限制，使得水氧容易渗透侧边封装结构，尤其是在软性显示器方面的制作，这种现象更为严重，原因在于可挠性框胶材料的阻水氧的能力较差。甚至有些框胶材料并不能与软性基板的材料匹配，造成其附着性较差，水氧渗透的问题就会更形严重。
【发明内容】
[0003]因此，本发明的目的在于提供一种薄膜晶体管结构、其制造方法，及薄膜晶体管发光元件结构，将水氧阻绝层整合至薄膜晶体管内部结构中，在晶体管结构内部设置水氧阻绝层来直接封装内部材料，防止水气损害。
[0004]依据本发明的一实施例，薄膜晶体管结构制造方法，先提供一基板，于基板上形成一图案化第一导体层；于图案化第一导体层之后形成一图案化半导体层、一图案化绝缘层，以及一图案化第二导体层，其中图案化绝缘层接触图案化第二导体层；接着形成一第一阻水氧层，其中此第一阻水氧层覆盖图案化第二导体层与图案化绝缘层。
[0005]依据本发明的另一实施例，薄膜晶体管结构内含一图案化第一导体层、一图案化半导体层、一图案化绝缘层、一图案化第二导体层，以及一第一阻水氧层。图案化第一导体层位于基板上；图案化半导体层、图案化绝缘层，以及图案化第二导体层，堆叠于图案化第一导体层上；第一阻水氧层覆盖图案化第二导体层以及图案化绝缘层。
[0006]依据本发明的再一实施例，薄膜晶体管发光元件结构内含一图案化第一导体层、一图案化半导体层、一图案化绝缘层、一图案化第二导体层，一第一阻水氧层，以及一发光层。图案化第一导体层位于一基板上；图案化半导体层、图案化绝缘层，以及图案化第二导体层堆叠于图案化第一导体层上；第一阻水氧层覆盖图案化第二导体层与图案化绝缘层；接触窗贯穿第一阻水氧层，发光层则填充于接触窗内。
[0007]以上实施例的薄膜晶体管结构、其制造方法，以及薄膜晶体管发光元件结构，可以将阻水氧层整合至现有工艺中，此工艺除了可以解决外部侧漏的问题之外，由于阻水氧层的制作和目前工艺相容，因此可以直接将需要封装的区域封起来，避免有其他水氧渗透的的路径造成兀件特性的裳减。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1A至图1G绘示本发明第一实施例薄膜晶体管结构的制造过程中各阶段的剖面示意图。
[0009]图2A至图2B绘示本发明第二实施例薄膜晶体管结构的制造过程中各阶段的剖面示意图。
[0010]图3A至图3F绘示本发明第三实施例薄膜晶体管结构的制造过程中各阶段的剖面示意图。
[0011]图4A至图4G绘示本发明第四实施例薄膜晶体管结构的制造过程中各阶段的剖面示意图。
[0012]图5A至图5H绘示本发明第五实施例薄膜晶体管发光元件结构的制造过程中各阶段的剖面示意图。
[0013]图6A至图6H绘示本发明第六实施例薄膜晶体管发光元件结构的制造过程中各阶段的剖面示意图。
[0014]其中，附图标记说明如下:
[0015]101:基板103:图案化第一导体层
[0016]105:图案化半导体层107:图案化绝缘层
[0017]108:第一区域109:图案化第二导体层
[0018]110:第二区域111:第一阻水氧层
[0019]112:接触窗113:图案化第三导体层
[0020]201:第一阻水氧层203:图案化第三导体层
[0021]301:基板303:图案化第一导体层
[0022]305:图案化绝缘层307:图案化第二导体层
[0023]308:第一区域309:图案化半导体层
[0024]310:第二区域311:第一阻水氧层
[0025]312:接触窗319:图案化第三导体层
[0026]401:隔尚薄I旲层501:发光层
[0027]503:图案化第三导体层505:第二阻水氧层
[0028]613:发光层615:图案化第三导体层
[0029]617:第二阻水氧层
【具体实施方式】
[0030]以下实施例的薄膜晶体管结构及其制造方法，将阻水氧层整合至现有工艺中，在晶体管结构内部即可直接封装内部材料，因而不会发生侧边封装破损泄漏的问题，能够有效地防止水气损害。
[0031]图1A至图1G绘示本发明第一实施例薄膜晶体管结构的制造过程中各阶段的剖面示意图，其中薄膜晶体管结构可为无机薄膜晶体管、有机薄膜晶体管、软性显示器元件(例如电子纸元件)，或是其他有机半导体材料。薄膜晶体管结构制造方法先提供基板101，接着于基板101上依序形成图案化第一导体层103 (图1A)、与图案化第一导体层103接触的图案化半导体层105 (图1B)。于图案化半导体层105形成之后，形成图案化绝缘层107，其中，可以阻水氧层当作图案化绝缘层107。接着蚀刻图案化绝缘层107，产生接触窗112(图1C)，再于其上形成图案化第二导体层109 (图1D)。
[0032]接着在图案化第二导体层109上形成第一阻水氧层111 (图1E)，图案化第二导体层109以及图案化绝缘层107为第一阻水氧层111所包覆不外漏，可以避免图案化第二导体层109被水气所侵蚀。第一阻水氧层111可为多层材料结构或是有机材料与无机材料之复合结构，材质可为Al2O3,或是A1203、ZrO2复合而成，可选择化学气相沉积(ChemicalVapor Deposit1n ;CVD)工艺或是原子层沉积(Atomic Layer Deposit1n ；ALD)工艺来制作第一阻水氧层111。具体而言，可以单张式复制(Sheet to Sheet)方法、卷轴式(Roll toRoll)方法,或是卷盘至卷盘(Reel to Reel)方法制作第一阻水氧层111。
[0033]第一阻水氧层111厚度介于Inm至10nm之间，阻水气特性(Water VaporTransmiss1n Rates)为 10E_2g/m2day 至 10E_6g/m2day,氧气穿透率(OxygenTransmiss1n Rate)为 10E_2cc/m2day 至 10E_5cc/m2day。第一阻水氧层 111 的生成温度为120° C至160° C，较佳的温度则为125° C与150° C，生成的压力则小于等于ITorr，每一个周期成长1.2Α° (埃)。
[0034]在第一阻水氧层111形成之后，可蚀刻第一阻水氧层111来延展接触窗112 (图1F)，此接触窗112将第一阻水氧层111以及图案化绝缘层107分割为第一区域108以及第二区域110 ;然后可以选择性地形成图案化第三导体层113(图1G)，此图案化第三导体层113铺设于第一阻水氧层111上，并进入接触窗112，覆盖在接触窗112的表面，此图案化第三导体层113并非必要，可以依照实际需要来决定是否制作。
[0035]图2Α至图2Β绘示本发明第二实施例薄膜晶体管结构的制造过程中部分阶段的剖面示意图。在此一实施例与先前第一实施例的薄膜晶体管结构当中，相同的元件标号代表相同的材料层或是相同的结构，因此，基板101、图案化第一导体层103、图案化半导体层105、图案化绝缘层107，以及图案化第二导体层109的结构以及制作方式均已揭示如前，但此第二实施例的第一阻水层201与图案化第三导体层203的构造则与先前的实施例相异，相异之处在于第一阻水层201的蚀刻方式，在此一实施例当中，区域S处的第一阻水层201被保留下来没有被蚀刻(图2Α)，此区域S内的第一阻水层201会包覆图案化绝缘层107的侧壁，避免图案化绝缘层107的侧壁外露。图案化第三导体层203则铺设于第一阻水氧层201以及图案化第一导体层103的表面，不会与图案化绝缘层107接触。
[0036]图3Α至图3F绘示本发明第三实施例薄膜晶体管结构的制造过程中各阶段的剖面示意图。薄膜晶体管结构的制造方法先提供基板301，于基板301上形成图案化第一导体层303 (图3Α)，然后形成图案化绝缘层305 (图3Β)，其中可以阻水氧层当作图案化绝缘层305。图案化第二导体层307的形成晚于图案化第一导体层303以及图案化绝缘层305 (图3C)，图案化绝缘层305包覆图案化第一导体层303，使两导体层之间绝缘，避免漏电流产生。
[0037]图案化半导体层309设置于图案化第二导体层307上(图3D)，此图案化半导体层309接触图案化第二导体层307 ;接着于图案化半导体层309上形成第一阻水氧层311 (图3E)，此第一阻水氧层311覆盖图案化半导体层309使其不外露，保护图案化半导体层309以及其下方诸材料层免受水气进入。第一阻水氧层311的材质、厚度，以及成长方式则与先前实施例当中的第一阻水氧层111相同。
[0038]第一阻水氧层311被蚀刻而形成接触窗312 (图3E)，此接触窗312将第一阻水氧层311分隔为第一区域308以及第二区域310，图案化第三导体层319自第一阻水氧层311上进入接触窗312而与图案化第二导体层307接触。
[0039]图4A至图4G绘式本发明第四实施例薄膜晶体管结构的制造过程中各阶段的剖面示意图。在此一实施例的薄膜晶体管结构当中，基板101 (图4A)、图案化第一导体层103 (图4B)、图案化半导体层105 (图4C)、图案化绝缘层(图4D) 107 (可以阻水氧层制作)、图案化第二导体层109 (图4E)、第一阻水层111 (图4F)，以及图案化第三导体层113 (图4G)的结构以及制作方式均与图1A?IG的第一实施例相同，但此第四实施例的基板101上增设了隔离薄膜层401 (图4A),形成上层屏障结构(Top Gas Barrier Insulator)。
[0040]图5A至图5H绘示本发明第五实施例薄膜晶体管发光元件结构的制造过程中各阶段的剖面示意图。与图1A至图1F的第一实施例近似，此一实施例同样含有基板101、图案化第一导体层103 (图5A)、图案化半导体层105 (图5B)、图案化绝缘层107 (图5C)、图案化第二导体层109 (图5D)、第一阻水氧层111，以及接触窗112 (图5E);除了前述构造以夕卜，本实施例于第一阻水氧层111形成之后、图案化第三导体层503形成之前，形成发光层501 (图 5F)。
[0041]具体而言，发光层501贯穿接触窗112而与图案化第一导体层103相接触，图案化第三导体层503铺设于发光层501上；在图案化第三导体层503设置完成之后，接着再于图案化第三导体层503上设置第二阻水氧层505 (图5H)。
[0042]图6A至图6H绘示本发明第六实施例薄膜晶体管发光元件结构之制造过程中各阶段之剖面示意图。与图3A至图3E中的第三实施例近似，此一实施例同样含有基板301、图案化第一导体层303、图案化绝缘层305、图案化第二导体层307、图案化半导体层309、第一阻水氧层311、以及接触窗312 ;第一阻水氧层311上以及接触窗312当中设置填入发光层613 (图6F)，接着再于发光层613上依序堆叠形成图案化第三导体层615 (图6G)，以及第二阻水氧层617，也就是使图案化第三导体层615覆盖发光层613，使第二阻水氧层617覆盖图案化第三导体层615，第二阻水氧层617包覆图案化第三导体层615，使其不外露而免受水气进入。
[0043]在薄膜晶体管结构当中加上原子层沉积所形成的阻水氧层之后，在60°C相对湿度85%及480小时的水氧测试下，仍可维持原有特性。由相关的测试结果也可以得知，加上阻水氧层之后阻水气特性得数值会变小，阻水氧层厚度愈厚、层数越多，则阻水气特性数值越小，防堵水气的效果益佳。例如，当单层塑胶基板ALD A1203的厚度达到1nm时，阻水气特性(g/m2day)小于 5X1CT5。
[0044]以上实施例的薄膜晶体管结构及其制造方法，将一层乃至于多层的水氧阻绝层整合至现有工艺中，除了保护晶体管结构的侧边免受水气侵蚀，由于封装层的制作和目前工艺相容，因此可以直接将需要封装的区域封起来，避免有其他水氧渗透的的路径，造成元件特性的衰减。
[0045]虽然本发明已以实施方式揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的申请专利权利要求范围所界定者为准。
【权利要求】
1.一种薄膜晶体管结构制造方法，包含: 提供一基板； 于该基板上形成一图案化第一导体层； 于形成该图案化第一导体层之后形成一图案化半导体层、一图案化绝缘层，以及一图案化第二导体层，其中该图案化绝缘层接触该图案化第二导体层；以及 形成一第一阻水氧层，其中该第一阻水氧层覆盖该图案化第二导体层与该图案化绝缘层。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管结构制造方法，其中先形成该图案化半导体层、再形成该图案化绝缘层，之后再形成该图案化第二导体层，该图案化绝缘层包覆该图案化半导体层。
3.如权利要求2所述的薄膜晶体管结构制造方法，还包含: 蚀刻该图案化绝缘层形成一接触窗，以暴露出部分的该图案化第一导体层。
4.如权利要求3所述的薄膜晶体管结构制造方法，还包含: 于该第一阻水氧层形成之后，蚀刻该第一阻水氧层，以延展该接触窗，该接触窗将该第一阻水氧层以及该图案化绝缘层分割为一第一区域以及一第二区域。
5.如权利要求4所述的薄膜晶体管结构制造方法，还包含: 于该接触窗形成之后，于该接触窗以及该第一阻水氧层的表面形成一图案化第三导体层，该图案化第三导体层自该第一阻水氧层上进入该接触窗。
6.如权利要求5所述的薄膜晶体管结构制造方法，还包含于该基板上设置一隔离薄膜层。
7.如权利要求1所述的薄膜晶体管结构制造方法，其中先形成该图案化绝缘层，再形成该图案化第二导体层，接着再形成该图案化半导体层，该图案化绝缘层包覆该图案化第一导体层。
8.如权利要求7所述的薄膜晶体管结构制造方法，还包含: 于该第一阻水氧层形成之后，蚀刻该第一阻水氧层，形成一接触窗以曝露出部分的该图案化第二导体层。
9.如权利要求8所述的薄膜晶体管结构制造方法，还包含于该接触窗形成之后，于该接触窗以及该第一阻水氧层的表面形成一图案化第三导体，该图案化第三导体自该第一阻水氧层上进入该接触窗。
10.如权利要求1所述的薄膜晶体管结构制造方法，其中以一多层材料结构制作该第一阻水氧层。
11.如权利要求1所述的薄膜晶体管结构制造方法，其中以有机材料与无机材料的复合结构制作该第一阻水氧层。
12.如权利要求1所述的薄膜晶体管结构制造方法，其中该第一阻水氧层的厚度为Inm至10nm之间，该第一阻水氧层的阻水气特性为10E_2g/m2day至10E_6g/m2day,该第一阻水氧层的氧气穿透率为10E_2cc/m2day至10E_5cc/m2day。
13.如权利要求1所述的薄膜晶体管结构制造方法，其中以化学气相沉积工艺或是原子层沉积工艺制作该第一阻水氧层。
14.如权利要求1所述的薄膜晶体管结构制造方法，其中以单张式复制方法、卷轴式方法或是卷盘至卷盘方法制作该第一阻水氧层。
15.一种薄膜晶体管结构，包含: 一图案化第一导体层，位于一基板上； 一图案化半导体层、一图案化绝缘层，以及一图案化第二导体层，位于该图案化第一导体层上，其中该图案化绝缘层接触该图案化第二导体层；以及 一第一阻水氧层，覆盖该图案化第二导体层以及该图案化绝缘层。
16.如权利要求15所述的薄膜晶体管结构，其中该图案化半导体层先、该图案化绝缘层次之，该图案化第二导体层随后于该图案化第一导体层上设置，该图案化半导体层接触该图案化第一导体层，该图案化绝缘层则包覆该图案化半导体层。
17.如权利要求16所述的薄膜晶体管结构，还包含: 一接触窗，延伸穿越该第一阻水氧层以及该图案化绝缘层，而曝露部分的该图案化第一导体层，该接触窗将该第一阻水氧层以及该图案化绝缘层分割为一第一区域以及一第二区域。
18.如权利要求17所述的薄膜晶体管结构，还包含: 一图案化第三导体，自该第一阻水氧层上进入该接触窗，以接触该图案化第一导体层。
19.如权利要求18所述的薄膜晶体管结构，还包含一隔离薄膜层，设置于该基板上，该隔离薄膜层的第一表面接触该基板，该隔离薄膜层背对该第一表面的一第二表面接触该图案化第一导体层。
20.如权利要求15所述的薄膜晶体管结构，其中该图案化绝缘层先、该图案化第二导体层次之，该图案化半导体层随后于该图案化第一导体层上设置，该第一阻水氧层覆盖该图案化绝缘层、该图案化第二导体层，以及该图案化半导体层。
21.如权利要求20所述的薄膜晶体管结构，还包含: 一接触窗，贯穿该第一阻水氧层，以暴露出部分的该图案化第二导体层。
22.如权利要求15所述的薄膜晶体管结构，其中该第一阻水氧层为一多层材料结构。
23.如权利要求15所述的薄膜晶体管结构，其中该第一阻水氧层为有机材料以及无机材料的复合结构。
24.如权利要求15所述的薄膜晶体管结构，其中该第一阻水氧层之厚度介于Inm至10nm之间，该第一阻水氧层的阻水气特性介于10E-2g/m2day至10E_6g/m2day之间，该第一阻水氧层的氧气穿透率介于10E_2cc/m2day至10E_5cc/m2day之间。
25.一种薄膜晶体管发光元件结构，包含: 一图案化第一导体层，位于一基板上； 一图案化半导体层、一图案化绝缘层，以及一图案化第二导体层，位于该图案化第一导体层上，其中该图案化绝缘层接触该图案化第二导体层； 一第一阻水氧层，覆盖该图案化第二导体层与该图案化绝缘层，一接触窗则贯穿该第一阻水氧层；以及 一发光层，填充于该接触窗内。
26.如权利要求25所述的薄膜晶体管发光元件结构，其中该图案化半导体层先、该图案化绝缘层次之，该图案化第二导体层随后于该图案化第一导体层上设置，该图案化半导体层接触该图案化第一导体层，该图案化绝缘层则包覆该图案化半导体层。
27.如权利要求26所述的薄膜晶体管发光元件结构，其中该接触窗贯穿该第一阻水氧层或是贯穿该第一阻水氧层以及该图案化绝缘层。
28.如权利要求27所述的薄膜晶体管发光元件结构，还包含: 一图案化第三导体层，位于该发光层上；以及 一第二阻水氧层，位于该图案化第三导体层上且覆盖该图案化第三导体层。
【文档编号】H01L29/786GK104241211SQ201310286436
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年7月9日 优先权日:2013年6月24日
【发明者】王怡凯, 胡堂祥, 高启仁 申请人:纬创资通股份有限公司