专利名称：氧化铝绝缘层的制作方法
技术领域：
本发明提供一种绝缘层的制作方法，特别有关于一种氧化铝绝缘层的制作方法。
背景技术：
目前在液晶显示器(LCD)制作过程中，薄膜晶体管数组(TFT array)工艺仍是采用传统集成电路(IC)产业的真空镀膜、黄光显影和蚀刻等工艺。而随着面板尺寸的不断增加，真空镀膜方式将有工艺设备成本过高与良率下降的问题。目前普遍采用的底部闸极(Bottom Gate)薄膜晶体管组件结构中，绝缘层是使用电浆辅助化学气相沉积(PECVD)方式，将氮化硅沉积在已有图案的金属层与基板(Substrate)上，然后旋涂(Spin)上光阻后进行曝光显影，再以蚀刻方式获得图案。
但在考虑简化工艺与降低设备成本时，以不采用真空镀膜的方式制作绝缘层较为简便与直接，而涂布以溶胶-凝胶法制得的先驱物，即为其中最具实现性的方法，但并不是所有以溶胶-凝胶(sol-gel)法制作的介电材料均适合，需考虑到材料本身的能隙(Band Gap)大小、缺陷密度和主动层材料(Active Layer)的搭配性、适当的介电常数(Dielectric Constant)、成膜温度、低漏电流(Leakage Current)、高崩溃电场强度(Breakdown Field)与可靠度(Reliability)等。
当前最有机会采用的材料为IC工艺中所使用的层间(interlayer)低介电(low k)旋涂玻璃(Spin-On-Glass，SOG)溶液与光阻(Photo Resistor)溶液等。但在作为晶体管绝缘层使用时，如何在低温下制作低漏电高品质的绝缘层以符合晶体管操作需要，对此低介电SOG材料便是相当大的困难，即便是能在此条件成膜，也因为本身高漏电与低介电的特性，而导致薄膜晶体管(TFT)漏电过大而失效或是操作起始电压(Threshold Voltage，Vth)有偏高的缺点。故本发明提出氧化铝材料以溶胶-凝胶方式搭配紫外光固化方式或热固化方式，制作与氮化硅(SiNx)有近似介电常数与更佳绝缘表现的无机氧化铝绝缘层，且由于氧化铝较高的介电常数与较薄的应用厚度，对于降低薄膜晶体管组件起始电压与驱动IC节能方面均有很大的帮助，更适合未来大面积印刷式连续工艺的显示器面板制作。
由于氧化铝本身优异的介电性与绝缘性，其在高温结晶态的研究与应用领域均相当丰富，但在常压与低温条件下氧化铝成膜不易，故提出以制作非晶态(Amorphous)氧化铝薄膜的办法并不多，只有阳极氧化(Anodize Oxidation)与本发明采用的溶胶-凝胶法。
1973年美国专利第3717666号披露铝醇盐以金属铝与醇类反应的制作方法。
1973年美国专利第3735482号披露在硅晶圆上，以电浆使金属铝氧化形成MOS晶体管的闸极绝缘层组件制作方式。
1977年美国专利第4052428号披露铝醇盐的稳定溶液制作方法，延长溶液的稳定寿命时间，避免铝醇盐溶液因不稳定而发生氧化铝沉淀与醇类产物，影响后续的使用。
1981年美国专利第4244986号披露铝醇盐与钠醇盐在适当比例下混合并添加乙酸，最后形成溶胶-凝胶先驱物，最后以高温退火使其结晶化制得β-氧化铝膜。
2001年Satoshi Takeda等人于Journal of Materials Research，Vol.16，No.4，p.1003提出以准分子激光低温制作溶胶-凝胶氧化铝(sol-gel Al2O3)膜，该文献乃是采用氟(F2)的准分子激光(Excimer Laser)可使其溶胶-凝胶氧化铝固化成膜，此外也提到过去有研究采氩氟(ArF)的准分子激光进行溶胶-凝胶氧化铝曝光作为比对，而该文献使用的准分子激光曝光源波长分别为157nm(F2)与193nm(ArF)，其主要贡献是在说明采用157nm的准分子激光曝光可大幅改进其氧化铝膜的表面粗糙度与亲水性质，同时展示其曝光后同时图案化制作的成果与做法。
2002年美国专利第6407780号披露采用氧化铝作为障蔽层(barrier layer)的非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT)制作，目的在改善当采用铝金属电极时因为后续高温热工艺所出现的金属铝小丘(hillocks)现象，导致漏电上升而致使组件失效，该专利采用臭氧水(Ozone water)使金属铝氧化的方式制作100～200A的氧化铝绝缘层，以提高组件的可靠度。
2005年美国专利局的2005/0173734 A1也披露氧化铝作为晶体管的闸极绝缘层使用，惟其制作方法采用需真空环境的脉冲激光沉积(Pulse Laser Deposition，PLD)方式制作，属干式镀膜技术，与本案采用溶胶-凝胶先驱物(sol-gel precursor)的湿式涂布方式不同，除无法快速大面积化制作外，也无法完成直接图案化。
以上的美国专利第3717666号与第4052428号披露的事实并不影响本发明采用的铝醇盐起始物，本发明的铝醇盐原料购自化学品制造商，目前全世界均有多家厂商生产，如Aldrich、TCI、Lancaster等，为第3717666号与第4052428号的后续应用。
美国专利第4244986号披露的铝醇盐制作β-氧化铝膜需搭配钠醇盐使用，并在高温条件下(1200℃)成结晶氧化铝膜，与本案采用铝醇盐配合特定的固化方式在低温下制作用于晶体管的非晶态氧化铝膜明显不同。
美国专利第3735482号与美国专利第6407780号均是披露氧化铝作为晶体管绝缘层应用的可行性，其中美国专利第6407780号披露的崩溃电场最佳可达10MV/cm，虽然此两篇专利也是标榜低温制作氧化铝绝缘层，但均需先制作一层金属铝再行氧化，与本案直接涂布氧化铝膜不同，且第3735482号是采用电浆氧化方式，真空的昂贵设备更不适合未来大面积化面板的制作。
至于尚未授权的2005/0173734 A1一案提出氧化铝作为晶体管绝缘层使用，其PLD沉积法与本案采用溶胶-凝胶先驱物的湿式涂布方式不同，除无法快速大面积化制作外，也无法完成直接图案化。
最后Satoshi Takeda等人于Journal of Materials Research所发表的文献，其所披露的铝醇盐溶胶-凝胶先驱物制作办法，普遍为溶胶-凝胶领域制作金属氧化物所采用，如制作二氧化钛(TiO2)、氧化钽(Ta2O5)、二氧化铪(HfO2)、钛酸锶钡(BaSrTiO3)等，为此领域研究人员所知悉且普遍采行。该文献旨在提出使用157nm的准分子激光以区块性的扫描曝光来活化定型先驱物，再以接续式的方式活化每个区块完成整个氧化铝膜的形成，其特征再于大幅改善其氧化铝膜的表面粗糙度与亲水性质，同时展示其曝光后同时图案化制作的成果。而本案不需分区块曝光再接续成膜，是采用非准分子激光的低压汞灯作为固化曝光源直接整面固化，再采用准分子激光直接清除不需要的氧化铝膜；或是利用UV光源搭配光罩固化，再以药剂清除未固化的氧化铝先驱物等方式，以简化及快速的制作形成图案化氧化铝膜绝缘层，比该文献所披露的方法更为适合用于大面积氧化铝膜绝缘层的制作。且不管是铝醇盐原料、固化工艺或是处理设备，均与该文献提出的研究不同，加以本案提出的高品质氧化铝制作，可单独作为晶体管绝缘层使用，也符合产业界实施大面积化生产、快速制造与低设备成本的期望，又该文献单纯发表其溶胶-凝胶氧化铝采用准分子激光曝光后的材料研究，未见电绝缘特性的研究发表与可应用实行的领域，本案所提乃针对当前平面显示器产业制作晶体管绝缘层时，具有工艺冗长复杂、设备昂贵、良率不佳等缺点进行全面性改革，不管是材料或是制作方式均不同，故足见新颖与进步性，新提出的技术应用，未见于其它专利或文献发表。
发明内容
本发明主要提出以溶胶-凝胶(sol-gel)方式，于常压与低温条件下，开发出适用于晶体管的溶液态无机绝缘材料与工艺，有别当前需于真空或低压环境下以化学气相沉积(CVD)制作的绝缘膜，更适合印刷式大面积化或可挠式的平面显示器制作，此外，本发明可以利用直接图案化的涂布方式再经固化后形成有图案氧化铝膜的方式、或利用UV光源搭配光罩固化，再以药剂清除未固化的氧化铝先驱物(precursor，也称“前体”)的方式、或利用UV光源固化或热固化后再以准分子激光直接清除不需要的氧化铝膜的方式，以上的方式来取代过去使用黄光技术后进行蚀刻得到所需的图案，因此本发明不管是在降低设备成本或简化工艺上，均有重大贡献，同时氧化铝优异的电绝缘表现并不因上述优点而需要妥协，故深具工业界实用的价值。
本发明提供一种氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于，步骤包括提供具有一铝醇盐、一醇类溶剂、一螯合剂及水的混合原料；搅拌该混合原料，以形成一溶胶-凝胶氧化先驱物；将该溶胶-凝胶氧化铝先驱物涂布于一基材；及于该基材上固化以形成氧化铝膜。
本发明还提供一种氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于，步骤包括提供具有一铝醇盐、一醇类溶剂、一螯合剂及水的一混合原料；视该混合原料反应时间所需可加入催化剂，然后搅拌该混合原料，以形成溶胶-凝胶氧化铝(sol-gelAl2O3)先驱物；再来将该溶胶-凝胶氧化铝先驱物以有图案的涂布方式涂布于一基材；最后以紫外光曝光固化(UV Curing)方式于该基材上形成有图案氧化铝膜。
本发明还提供一种氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于，步骤包括提供具有一铝醇盐、一醇类溶剂、一螯合剂及水的一混合原料；视该混合原料反应时间所需可加入一催化剂，然后搅拌该混合原料，以形成一溶胶-凝胶氧化铝(sol-gelAl2O3)先驱物；再将该溶胶-凝胶氧化铝先驱物以有图案的涂布方式涂布于一基材；最后以低温热固化(Thermal Curing)方式于该基材上形成有图案氧化铝膜。
本发明还提供一种氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于，步骤包括提供具有一铝醇盐、一醇类溶剂、一螯合剂及水的混合原料；视该混合原料反应时间所需可加入催化剂，然后搅拌该混合原料，以形成溶胶-凝胶氧化铝(sol-gel Al2O3)先驱物；再将该溶胶-凝胶氧化铝先驱物以无图案的涂布方式涂布于一基材；最后利用低温热固化(Thermal Curing)方式于该基材上形成一无图案氧化铝膜。
本发明再提供一种氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于，步骤包括提供具有一铝醇盐、一醇类溶剂、一螯合剂及水的一混合原料；视该混合原料反应时间所需可加入催化剂，然后搅拌该混合原料，以形成溶胶-凝胶氧化铝(sol-gelAl2O3)先驱物；再将该溶胶-凝胶氧化铝先驱物以无图案的涂布方式涂布于一基材；最后以紫外光曝光固化(UV Curing)方式于该基材上形成一无图案氧化铝膜。
本发明又提供一种氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于，步骤包括提供具有一铝醇盐、一醇类溶剂、一螯合剂及水的一混合原料；视该混合原料反应时间所需可加入催化剂，然后搅拌该混合原料，以形成溶胶-凝胶氧化铝(sol-gelAl2O3)先驱物；再将该溶胶-凝胶氧化铝先驱物以无图案的涂布方式涂布于一基材；接着以低温热固化(Thermal Curing)方式于该基材上形成一无图案氧化铝膜；最后将该无图案氧化铝膜图案化。
本发明另提供一种氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于，步骤包括提供具有一铝醇盐、一醇类溶剂、一螯合剂及水的一混合原料；视该混合原料反应时间所需可加入催化剂，然后搅拌该混合原料，以形成溶胶-凝胶氧化铝(sol-gelAl2O3)先驱物；再将该溶胶-凝胶氧化铝先驱物以无图案的涂布方式涂布于一基材；接着利用紫外光曝光搭配光罩的固化方式于该基材上形成有图案氧化铝膜；最后利用一药剂去除未固化的该溶胶-凝胶氧化铝先驱物。
本发明再提供一种氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于，步骤包括提供具有一铝醇盐、一醇类溶剂、一螯合剂及水的一混合原料；视该混合原料反应时间所需可加入催化剂，然后搅拌该混合原料，以形成溶胶-凝胶氧化铝(sol-gelAl2O3)先驱物；再来将该溶胶-凝胶氧化铝先驱物以无图案的涂布方式涂布于一基材；接着利用紫外光曝光固化(UV Curing)方式于该基材上形成无图案氧化铝膜；最后将该氧化铝膜图案化。
图1本发明第一优选实施例制作流程图；图2本发明第二优选实施例制作流程图；图3本发明第三优选实施例制作流程图；图4本发明第四优选实施例制作流程图；图5本发明第五优选实施例制作流程图；图6本发明氧化铝绝缘层应用于底部闸极薄膜晶体管组件的剖面图；图7TFT数组示意图。
附图标号1——基材2——第一导电层3——氧化铝绝缘层4——半导体层5——第二导电层6——氧化铝保护层7——第三导电层
30——氧化铝膜31——接触区具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明，但不限定本发明的实施范围。
目前薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)制造商多采用真空镀膜、黄光曝光显影与蚀刻方式，在玻璃基板上制作非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT)数组，而绝缘层则采用电浆辅助化学气相沉积(PECVD)方式整面沉积制作所需的氮化硅(SiNx)，若改采用本发明的溶胶-凝胶氧化铝(Sol-gel Al2O3)闸极绝缘层搭配直接图案化手法，将可省去昂贵的PECVD机台成本与涂布光阻、去光阻等繁琐步骤，使工艺更为简化与便利，同时也可制得高效能的TFT组件，实现快速与大面积化的高品质平面显示器制作。
首先溶胶-凝胶氧化铝先驱物以铝醇盐作为起始物质，溶于适当的醇类溶剂后，添加特定螯合剂使醇盐中的特定基团与螯合剂反应，形成具嵌合环(chelaterings)结构的铝醇盐，使其形成具稳定结构的溶胶-凝胶氧化铝先驱物溶液，视该混合原料反应时间所需可添加适当催化剂增进反应速率。例如采用异丙醇铝Al(OCH(CH3)2)3作为起始物，先将其溶于异丙醇(IPA)后，添加乙酰乙酸乙酯(ethylacetoacetate，EAcAc)进行螯合，形成具嵌合环结构的铝醇盐，而在硝酸催化并搅拌的帮助下，经一段时间后可制得溶胶-凝胶氧化铝，以此溶胶-凝胶氧化铝先驱物进行涂布，如采喷墨涂布(Ink-jet printing)或微接触涂布(Micro-contactprinting)等技术使氧化铝直接涂布在适当的基材上，以热板软烤后进行紫外光固化或热固化即可得到一品质良好的图案化氧化铝膜，可作为晶体管的绝缘层使用。再者，也可采旋镀(Spin Coating)、压印(Imprinting)、狭缝型挤压式涂布(Slotdie coating)、丝网涂印(Screen Printing)或辊涂(Roller Coating)等技术使氧化铝直接涂布在适当的基材上，以热板软烤后进行UV光源搭配光罩曝光显影或准分子激光直接清除不需要的氧化铝膜，而得到一品质良好的图案化氧化铝膜。
请参阅图1本发明第一优选实施例制作流程图，首先混合一铝醇盐、一醇类溶剂、一螯合剂及水来制作一混合原料，所以将铝醇盐类的异丙醇铝(Aluminumi-propoxide，Al(OCH(CH3)2)3)溶于醇类溶剂异丙醇(isopropyl alcohol，IPA)后，再加入乙酰乙酸乙酯(ethylacetoacetate，EacAc)螯合剂，最后加水，制备出该混合原料(如图1步骤S101)。为促进反应进行，于上述的混合原料中加入硝酸(nitric acid)作为催化剂。然后加热搅拌该加入催化剂的混合原料即可制得溶胶-凝胶氧化铝先驱物(如图1步骤S105)。接着将溶胶-凝胶氧化铝先驱物以有图案的涂布方式涂布于一基材(如图1步骤S107)，而其有图案的涂布的方式可为喷墨涂布(Ink-jetprinting)或微接触涂布(Micro-contact printing)两种等。最后利用紫外光曝光固化(UV Curing)方式或低温(可小于250℃)热固化(Thermal Curing)方式形成一图案化氧化铝膜(如图1步骤S109)。
上述铝醇盐也可为为正丙醇铝(Aluminum n-propoxide，Al(OC3H7)3)、正丁醇铝(Aluminum n-botoxide，Al(OC4H9)3)或三仲丁氧铝(Aluminum tri-sec-butoxide，Al(O(CH3)CHC2H5)3)。其醇类溶剂也可为2-(2-乙氧基)乙醇(2(2-Ethoxyethoxy)ethanol)、3-甲氧基丁醇(3-methoxy-1-butanol)、2-甲氧基乙醇(2-methoxyethanol)、甲醇(Methanol)、乙醇(Ethanol)或正丁醇(n-Butanol)。另该螯合剂也可为乙酰丙酮(acetylacetone，AcAc)、乙二醇(ethylene glycol)或甘油(glycerol)。而催化剂为促进溶胶-凝胶反应所添加并不影响最终铝醇盐先驱物成膜后的性能表现，可为有机酸或无机酸，所以除上述硝酸也可为醋酸(acetic acid)等酸类催化剂。
透过本发明制得的透明均匀的氧化铝绝缘膜，以PECVD 200℃制作的氮化硅与二氧化硅绝缘层作比较，达到较氮化硅与二氧化硅优异的漏电流表现，由于氧化铝较高的介电常数与较薄的厚度，对于降低TFT组件起始电压(Vth)有很大的帮助。再加上直接图案化的工艺，更适合印刷式大面积化或可挠式的平面显示器制作。
请参阅图2本发明第二优选实施例制作流程图，首先混合一铝醇盐、一醇类溶剂、一螯合剂及水来制作一混合原料，所以将铝醇盐类的异丙醇铝(Aluminumi-propoxide，Al(OCH(CH3)2)3)溶于醇类溶剂异丙醇(isopropyl alcohol，IPA)与螯合剂乙酰乙酸乙酯(ethylacetoacetate，EacAc)的混合溶液中，最后加水，制备出该混合原料(如图2步骤S201)，在此与第一优选实施例的混合与添加流程顺序不同，但并不影响混合原料的制作，两者均为可行。若为促进反应进行，可于上述的混合原料中加入硝酸(nitric acid)作为催化剂。然后加热搅拌该加入催化剂的混合原料即可制得溶胶-凝胶氧化铝先驱物(如图2步骤S205)。接着将溶胶-凝胶氧化铝先驱物以无图案的涂布方式涂布于一基材(如图2步骤S207)，而涂布的方式可为旋镀(Spin Coating)、压印(Imprinting)、狭缝型挤压式涂布(Slot die coating)、丝网涂印(Screen Printing)或辊涂(Roller Coating)等涂布方式。然后利用紫外光曝光固化(UV Curing)方式或低温(可小于250℃)热固化(Thermal Curing)方式形成无图案氧化铝膜(如图2步骤S209)。
而上述铝醇盐也可为正丙醇铝(Aluminum n-propoxide，Al(OC3H7)3)、正丁醇铝(Aluminum n-botoxide，Al(OC4H9)3)或三仲丁氧铝(Aluminum tri-sec-butoxide，Al(O(CH3)CHC2H5)3)。其醇类溶剂也可为2-(2-乙氧基)乙醇(2(2-Ethoxyethoxy)ethanol)、3-甲氧基丁醇(3-methoxy-1-butanol)、2-甲氧基乙醇(2-methoxyethanol)、甲醇(Methanol)、乙醇(Ethanol)或正丁醇(n-Butanol)。另该螯合剂也可为乙酰丙酮(acetylacetone，AcAc)、乙二醇(ethylene glycol)或甘油(glycerol)。而催化剂为促进溶胶-凝胶反应所添加，并不影响最终铝醇盐先驱物成膜后的性能表现，可为有机酸或无机酸，是以除上述的硝酸也可为醋酸(acetic acid)等酸类的催化剂。
请参阅图3本发明第三优选实施例制作流程图，首先混合一铝醇盐、一醇类溶剂、一螯合剂及水来制作一混合原料，所以将铝醇盐类的异丙醇铝(Aluminumi-propoxide，Al(OCH(CH3)2)3)溶于醇类溶剂异丙醇(isopropyl alcohol，IPA)后，再加入乙酰乙酸乙酯(ethylacetoacetate，EacAc)螯合剂，最后加水，制备出该混合原料(如图3步骤S301)。为促进反应进行，于上述的混合原料中加入硝酸(nitric acid)作为催化剂。然后加热搅拌该加入催化剂的混合原料即可制得溶胶-凝胶氧化铝先驱物(如图3步骤S305)。接着将溶胶-凝胶氧化铝先驱物以无图案的涂布方式涂布于一基材(如图3步骤S307)，而涂布的方式可为旋镀(Spin Coating)、压印(Imprinting)、狭缝型挤压式涂布(Slot die coating)、丝网涂印(Screen Printing)或辊涂(Roller Coating)等涂布方式。然后利用低温(可小于250℃)热固化(ThermalCuring)方式形成无图案氧化铝膜(如图3步骤S309)。最后利用准分子激光挖去该无图案氧化铝膜上不需要的部份，以形成一图案化氧化铝膜(如图3步骤S311)。
而上述铝醇盐也可为正丙醇铝(Aluminum n-propoxide，Al(OC3H7)3)、正丁醇铝(Aluminum n-botoxide，Al(OC4H9)3)或三仲丁氧铝(Aluminum tri-sec-butoxide，Al(O(CH3)CHC2H5)3)。醇类溶剂也可为2-(2-乙氧基)乙醇(2(2-Ethoxyethoxy)ethanol)、3-甲氧基丁醇(3-methoxy-1-butanol)、2-甲氧基乙醇(2-methoxyethanol)、甲醇(Methanol)、乙醇(Ethanol)或正丁醇(n-Butanol)。另该螯合剂也可为乙酰丙酮(acetylacetone，AcAc)、乙二醇(ethylene glycol)或甘油(glycerol)。而催化剂为促进溶胶-凝胶反应所添加，并不影响最终铝醇盐先驱物成膜后的性能表现，可为有机酸或无机酸，所以除上述的硝酸也可为醋酸(acetic acid)等酸类的催化剂。
请参阅图4本发明第四优选实施例制作流程图，首先混合一铝醇盐、一醇类溶剂、一螯合剂及水来制作一混合原料，所以将铝醇盐类的异丙醇铝(Aluminumi-propoxide，Al(OCH(CH3)2)3)溶于醇类溶剂异丙醇(isopropyl alcohol，IPA)后，再加入乙酰乙酸乙酯(ethylacetoacetate，EacAc)螯合剂，最后加水，制备出该混合原料(如图4步骤S401)。为促进反应进行，于上述混合原料中加入硝酸(nitric acid)作为催化剂。然后加热搅拌该加入催化剂的混合原料即可制得溶胶-凝胶氧化铝先驱物(如图4步骤S405)。接着将溶胶-凝胶氧化铝先驱物以无图案的涂布方式涂布于一基材(如图4步骤S407)，而涂布的方式可为旋镀(Spin Coating)、压印(Imprinting)、狭缝型挤压式涂布(Slot die coating)、丝网涂印(Screen Printing)或辊涂(Roller Coating)等涂布方式。然后利用紫外光搭配光罩来曝光的固化(UVCuring)方式形成一有图案氧化铝膜(如图4步骤S409)。最后利用一显影剂去除该有图案氧化铝膜上不需要的部份(如图4步骤S411)。其中该显影剂可为酸类(如盐酸(HCl))或醇类，而其光罩可为任何不透紫外光的基材或薄膜。
而上述铝醇盐也可为正丙醇铝(Aluminum n-propoxide，Al(OC3H7)3)、正丁醇铝(Aluminum n-botoxide，Al(OC4H9)3)或三仲丁氧铝(Aluminum tri-sec-butoxide，Al(O(CH3)CHC2H5)3)。醇类溶剂也可为2-(2-乙氧基)乙醇(2(2-Ethoxyethoxy)ethanol)、3-甲氧基丁醇(3-methoxy-1-butanol)、2-甲氧基乙醇(2-methoxyethanol)、甲醇(Methanol)、乙醇(Ethanol)或正丁醇(n-Butanol)。另该螯合剂也可为乙酰丙酮(acetylacetone，AcAc)、乙二醇(ethylene glycol)或甘油(glycerol)。而催化剂为促进溶胶-凝胶反应所添加，并不影响最终铝醇盐先驱物成膜后的性能表现，可为有机酸或无机酸，是以除上述硝酸也可为醋酸(acetic acid)等酸类的催化剂。
请参阅图5本发明第五优选实施例制作流程图，首先混合一铝醇盐、一醇类溶剂、一螯合剂及水来制作一混合原料，所以将铝醇盐类的异丙醇铝(Aluminumi-propoxide，Al(OCH(CH3)2)3)溶于醇类溶剂异丙醇(isopropyl alcohol，IPA)后，再加入乙酰乙酸乙酯(ethylacetoacetate，EacAc)螯合剂，最后加水，制备出该混合原料(如图5步骤S501)。为促进反应进行，于上述的混合原料中加入硝酸(nitric acid)作为催化剂。然后加热搅拌该加入催化剂的混合原料即可制得溶胶-凝胶氧化铝先驱物(如图5步骤S505)。接着将溶胶-凝胶氧化铝先驱物以无图案的涂布方式涂布于一基材(如图5步骤S507)，而涂布的方式可为旋镀(Spin Coating)、压印(Imprinting)、狭缝型挤压式涂布(Slot die coating)、丝网涂印(Screen Printing)或辊涂(Roller Coating)等涂布方式。然后利用紫外光曝光的固化(UV Curing)方式形成无图案氧化铝膜(如图5步骤S509)。最后利用准分子激光挖除该氧化铝膜上不需要的部份，以形成有图案氧化铝膜(如图5步骤S511)。
而上述的铝醇盐也可为正丙醇铝(Aluminum n-propoxide，Al(OC3H7)3)、正丁醇铝(Aluminum n-botoxide，Al(OC4H9)3)或三仲丁氧铝(Aluminum tri-sec-butoxide，Al(O(CH3)CHC2H5)3)。醇类溶剂也可为2-(2-乙氧基)乙醇(2(2-Ethoxyethoxy)ethanol)、3-甲氧基丁醇(3-methoxy-1-butanol)、2-甲氧基乙醇(2-methoxyethanol)、甲醇(Methanol)、乙醇(Ethanol)或正丁醇(n-Butanol)。另该螯合剂也可为乙酰丙酮(acetylacetone，AcAc)、乙二醇(ethylene glycol)或甘油(glycerol)。而催化剂为促进溶胶-凝胶反应所添加并不影响最终铝醇盐先驱物成膜后的性能表现，可为有机酸或无机酸，是以除上述的硝酸也可为醋酸(acetic acid)等酸类的催化剂。
本发明以溶胶-凝胶方式，于常压与低温条件下，开发出适用于集成电路的溶液态无机绝缘材料与工艺，有别当前需于真空或低压环境下以化学气相沉积(CVD)制作的绝缘膜，更适合印刷式大面积化或可挠式的平面显示器制作，此外，本发明可以紫外光源搭配光罩，再以盐酸去除部份氧化铝涂膜；或利用紫外光源固化后，搭配准分子激光直接清除不需要的氧化铝膜，取代过去使用黄光技术后进行蚀刻得到所需的图案，因此可降低设备成本或简化工艺。
请参阅图6本发明氧化铝绝缘层应用于底部闸极薄膜晶体管组件中的结构剖面图。目前普遍采用的底部闸极薄膜晶体管组件结构中，绝缘层是使用电浆辅助化学气相沉积方式，将氮化硅沉积在已有图案的金属层与基板上，然后旋涂上光阻后进行曝光显影，再以蚀刻方式获得图案。而本发明将溶胶-凝胶氧化铝先驱物涂布于一已形成第一导电层2的基材1上，再搭配紫外光固化方式或热固化方式制作与氮化硅有近似介电常数与更佳绝缘表现的无机氧化铝绝缘层3，用以与半导体层4及第二导电层5绝缘。而半导体层4及第二导电层5上更可利用本发明氧化铝膜的制作技术，设置一氧化铝保护层6(Passivation layer)，以与外部绝缘，而利用第三导电层7与外部连接。其中无机氧化铝绝缘层3及氧化铝保护层6可直接图案化或是以紫外光源搭配光罩后，再以盐酸显影剂去除部份氧化铝涂膜；或固化后搭配准分子激光直接清除不需要的氧化铝膜，藉此相较于过去使用黄光技术后进行蚀刻得到所需的图案，可简化工艺提高生产效率。
请再参阅图7的TFT数组示意图。如图7所示为一TFT数组，而数组中包括接触区31，用于被氧化铝膜30绝缘的上下两端的传导连接。若氧化铝膜30是利用紫外光源搭配光罩的方式固化，而因光罩未固化氧化铝膜先驱物是利用显影剂去除以形成接触区31。若氧化铝膜30是利用紫外光源或热固化方式整面固化形成，利用准分子激光将需要挖除欲形成接触区31氧化铝膜30以形成接触区31。另外也可利用有图案的涂布方式，经过紫外光源或热固化方式固化后，直接形成已有接触区31氧化铝膜30。而利用本发明氧化铝绝缘层的制作方法，可用于大面积形成氧化铝膜绝缘层，且图案化(形成接触区31)的过程也可一次全部完成，使工艺更为简化与便利，实现快速与大面积化的制作方法。
另外由于氧化铝较高的介电常数与较薄的氧化铝膜应用厚度，对于降低薄膜晶体管组件起始电压与驱动IC节能方面均有很大的帮助。而本发明不限定实施于底部闸极薄膜晶体管的应用，而可应用于各类的电子组件的绝缘层制作。
惟以上所述仅为本发明的优选可行实施例，非因此拘限本发明的专利范围，故凡应用本发明说明书或图式内容所做的等效结构变化，均同理皆包含于本发明的范围内。
权利要求
1.一种氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于，步骤包括提供具有一铝醇盐、一醇类溶剂、一螯合剂及水的混合原料；搅拌该混合原料，以形成一溶胶-凝胶氧化铝先驱物；将该溶胶-凝胶氧化铝先驱物涂布于一基材；及以紫外光曝光固化方式于该基材上形成有图案氧化铝膜。
2.如权利要求1所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于该铝醇盐为正丙醇铝、异丙醇铝、正丁醇铝或三仲丁氧铝；该醇类溶剂为异丙醇、2-(2-乙氧基)乙醇、3-甲氧基丁醇、2-甲氧基乙醇、甲醇、乙醇或正丁醇；而该螯合剂为乙酰乙酸乙酯、乙酰丙酮、乙二醇或甘油。
3.如权利要求1所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于搅拌该混合原料之时予以加温搅拌。
4.如权利要求1所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于为了促进反应，缩短形成该溶胶-凝胶氧化铝先驱物的反应时间，于该混合原料中加入一催化剂；该催化剂为酸类。
5.如权利要求1所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于该溶胶-凝胶氧化铝先驱物涂布的方式为一种有图案的涂布。
6.一种氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于，步骤包括提供具有一铝醇盐、一醇类溶剂、一螯合剂及水的一混合原料；搅拌该混合原料，以形成一溶胶-凝胶氧化铝先驱物；将该溶胶-凝胶氧化铝先驱物涂布于一基材；及以热固化方式于该基材上形成有图案氧化铝膜。
7.如权利要求6所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于该铝醇盐为正丙醇铝、异丙醇铝、正丁醇铝或三仲丁氧铝；该醇类溶剂为异丙醇、2-(2-乙氧基)乙醇、3-甲氧基丁醇、2-甲氧基乙醇、甲醇、乙醇或正丁醇；而该螯合剂为乙酰乙酸乙酯、乙酰丙酮、乙二醇或甘油。
8.如权利要求6所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于搅拌该混合原料之时予以加温搅拌。
9.如权利要求6所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于为了促进反应，缩短形成该溶胶-凝胶氧化铝先驱物的反应时间，于该混合原料中加入一催化剂；该催化剂为酸类。
10.如权利要求6所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于该溶胶-凝胶氧化铝先驱物涂布的方式为一种有图案的涂布。
11.一种氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于，步骤包括提供具有一铝醇盐、一醇类溶剂、一螯合剂及水的一混合原料；搅拌该混合原料，以形成一溶胶-凝胶氧化铝先驱物；将该溶胶-凝胶氧化铝先驱物涂布于一基材；及利用热固化方式于该基材上形成一无图案氧化铝膜。
12.如权利要求11所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于该铝醇盐为正丙醇铝、异丙醇铝、正丁醇铝或三仲丁氧铝；该醇类溶剂为异丙醇、2-(2-乙氧基)乙醇、3-甲氧基丁醇、2-甲氧基乙醇、甲醇、乙醇或正丁醇；而该螯合剂为乙酰乙酸乙酯、乙酰丙酮、乙二醇或甘油。
13.如权利要求11所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于搅拌该混合原料之时予以加温搅拌。
14.如权利要求11所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于为了促进反应，缩短形成该溶胶-凝胶氧化铝先驱物的反应时间，于该混合原料中加入一催化剂；该催化剂为酸类。
15.如权利要求11所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于该溶胶-凝胶氧化铝先驱物涂布的方式为一种无图案的涂布。
16.一种氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于，步骤包括提供具有一铝醇盐、一醇类溶剂、一螯合剂及水的一混合原料；搅拌该混合原料，以形成一溶胶-凝胶氧化铝先驱物；将该溶胶-凝胶氧化铝先驱物涂布于一基材；及利用紫外光曝光固化方式于该基材上形成无图案氧化铝膜。
17.如权利要求16所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于该铝醇盐为正丙醇铝、异丙醇铝、正丁醇铝或三仲丁氧铝；该醇类溶剂为异丙醇、2-(2-乙氧基)乙醇、3-甲氧基丁醇、2-甲氧基乙醇、甲醇、乙醇或正丁醇；而该螯合剂为乙酰乙酸乙酯、乙酰丙酮、乙二醇或甘油。
18.如权利要求16所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于搅拌该混合原料之时予以加温搅拌。
19.如权利要求16所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于为了促进反应，缩短形成该溶胶-凝胶氧化铝先驱物的反应时间，于该混合原料中加入一催化剂；该催化剂为酸类。
20.如权利要求16所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于该溶胶-凝胶氧化铝先驱物涂布的方式为一种无图案的涂布。
21.一种氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于，步骤包括提供具有一铝醇盐、一醇类溶剂、一螯合剂及水的一混合原料；搅拌该混合原料，以形成一溶胶-凝胶氧化铝先驱物；将该溶胶-凝胶氧化铝先驱物涂布于一基材；以热固化方式于该基材上形成一无图案氧化铝膜；及将该无图案氧化铝膜图案化。
22.如权利要求21所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于该铝醇盐为正丙醇铝、异丙醇铝、正丁醇铝或三仲丁氧铝；该醇类溶剂为异丙醇、2-(2-乙氧基)乙醇、3-甲氧基丁醇、2-甲氧基乙醇、甲醇、乙醇或正丁醇；而该螯合剂为乙酰乙酸乙酯、乙酰丙酮、乙二醇或甘油。
23.如权利要求21所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于搅拌该混合原料之时予以加温搅拌。
24.如权利要求21所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于为了促进反应，缩短形成该溶胶-凝胶氧化铝先驱物的反应时间，于该混合原料中加入一催化剂；该催化剂为酸类。
25.如权利要求21所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于该溶胶-凝胶氧化铝先驱物涂布的方式为一种无图案的涂布。
26.如权利要求21所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于利用准分子激光对该无图案氧化铝膜进行挖除不需要的部份，以将该无图案氧化铝膜图案化。
27.一种氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于，步骤包括提供具有一铝醇盐、一醇类溶剂、一螯合剂及水的一混合原料；搅拌该混合原料，以形成一溶胶-凝胶氧化铝先驱物；将该溶胶-凝胶氧化铝先驱物涂布于一基材；以紫外光曝光搭配光罩的固化方式于该基材上形成一有图案氧化铝膜；利用一显影剂去除未固化的该溶胶-凝胶氧化铝先驱物。
28.如权利要求27所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于该铝醇盐为正丙醇铝、异丙醇铝、正丁醇铝或三仲丁氧铝；该醇类溶剂为异丙醇、2-(2-乙氧基)乙醇、3-甲氧基丁醇、2-甲氧基乙醇、甲醇、乙醇或正丁醇；而该螯合剂为乙酰乙酸乙酯、乙酰丙酮、乙二醇或甘油。
29.如权利要求27所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于搅拌该混合原料之时予以加温搅拌。
30.如权利要求27所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于为了促进反应，缩短形成该溶胶-凝胶氧化铝先驱物的反应时间，于该混合原料中加入一催化剂；该催化剂为酸类。
31.如权利要求27所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于该溶胶-凝胶氧化铝先驱物涂布的方式为一种无图案的涂布。
32.如权利要求27所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于利用一显影剂去除未固化的该溶胶-凝胶氧化铝先驱物，而该显影剂为酸类或醇类。
33.一种氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于，步骤包括提供具有一铝醇盐、一醇类溶剂、一螯合剂及水的一混合原料；搅拌该混合原料，以形成一溶胶-凝胶氧化铝先驱物；将该溶胶-凝胶氧化铝先驱物涂布于一基材；以紫外光曝光固化方式于该基材上形成一无图案氧化铝膜；及将该无图案氧化铝膜图案化。
34.如权利要求33所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于该铝醇盐为正丙醇铝、异丙醇铝、正丁醇铝或三仲丁氧铝；该醇类溶剂为异丙醇、2-(2-乙氧基)乙醇、3-甲氧基丁醇、2-甲氧基乙醇、甲醇、乙醇或正丁醇；而该螯合剂为乙酰乙酸乙酯、乙酰丙酮、乙二醇或甘油。
35.如权利要求33所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于搅拌该混合原料之时予以加温搅拌。
36.如权利要求33所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于为了促进反应，缩短形成该溶胶-凝胶氧化铝先驱物的反应时间，于该混合原料中加入一催化剂；该催化剂为酸类。
37.如权利要求33所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于该溶胶-凝胶氧化铝先驱物涂布的方式为一种无图案的涂布。
38.如权利要求33所述的氧化铝绝缘层的制作方法，其特征在于利用准分子激光挖除该无图案氧化铝膜不需要的部份，以将该无图案氧化铝膜图案化。
全文摘要
本发明提供了采用溶胶－凝胶法制作铝醇盐的先驱物，以特定的涂布方法处理后，在常压与低温条件下，以紫外光或热处理使涂布的先驱物固化成膜，而制得绝缘电气性质良好的氧化铝绝缘层，或搭配准分子激光或紫外光曝光，完成氧化铝绝缘层的图案制作，有别于目前薄膜晶体管普遍采用的电浆辅助化学气相沉积法制作的氮化硅或二氧化硅无机绝缘层方法，更适合未来低成本大面积化与印刷连续式的平面显示器制作。
文档编号H01L21/288GK101030540SQ20061005837
公开日2007年9月5日 申请日期2006年3月3日 优先权日2006年3月3日
发明者陈其伟, 萧名男, 王朝仁 申请人:台湾薄膜电晶体液晶显示器产业协会, 中华映管股份有限公司, 友达光电股份有限公司, 广辉电子股份有限公司, 瀚宇彩晶股份有限公司, 奇美电子股份有限公司, 财团法人工业技术研究院, 统宝光电股份有限公司