一种柔性薄膜晶体管的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种柔性薄膜晶体管，包括：柔性基板；阻挡层，设置于所述柔性基板之上；栅极，设置于所述阻挡层之上；栅极绝缘层，设置于所述阻挡层之上并覆盖所述栅极；有源半导体层，设置于所述栅极绝缘层之上；以及源/漏电极，设置于所述有源半导体层之上并与所述有源半导体层电接触，其中所述阻挡层为包括氮化硅层、氧化硅层和氧化铝层的层叠结构。本发明的柔性薄膜晶体管在阻挡层中加入具有优异阻水/氧性能且缺陷极少的氧化铝层，利用氧化铝层具有较低应力的特性同时形成多层层叠的阻挡层结构，从而缓解薄膜的内应力的积累和叠加，改善了阻挡层与柔性基板的附着性，进而减少薄膜出现脱落的现象。
【专利说明】一种柔性薄膜晶体管
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体领域，特别涉及一种柔性薄膜晶体管。
【背景技术】
[0002] 有机发光二极管（0LED)是一种利用有机半导体材料在电流的驱动下产生的可逆 变色来实现显示的技术。0LED具有超轻、超薄、高亮度、大视角、低电压、低功耗、快响应、高 清晰度、抗震、可弯曲、低成本、工艺简单、使用原材料少、发光效率高和温度范围宽等优点， 被认为是最有发展前途的新一代显示技术。
[0003] 目前有源矩阵有机发光二极管（AM0LED)柔性器件在具备平板显示器件的功能 夕卜，由于其所具有的自由卷曲和弯折性能，使其在任何条件下被自由处理；即为采用柔性材 料在卷起或者弯曲时，柔性显示器件具有相同的显示性能，成为显示行业新的发展方向。
[0004] AM0LED柔性器件中的驱动电路部分为薄膜晶体管，薄膜晶体管通常由基板、阻挡 层、栅电极、栅极绝缘层、有源半导体层、源/漏电极几个部分组成，现有的器件中采用双层 结构氮化硅/氧化硅薄膜或者单层结构的氮化硅或氧化硅薄膜作为阻挡层，容易出现内应 力的叠加和累积，在进行卷起或者弯曲时，会出现整面性的薄膜脱落现象，如图1A和图1B 所示，显示区域和外围走线区域出现明显的薄膜脱落现象。这样会导致液晶面板出现黑线、 亮线或斑点，甚至直接导致显示屏的毁坏，影响产品良率。
[0005] 因此，需要对阻挡层进行改进，以抵消薄膜应力产生的影响。
【发明内容】
[0006] 针对上述问题，发明人经过长期的深入研究，提出在柔性薄膜晶体管的阻挡层中 加入氧化铝层，形成多层结构并控制氧化铝层的厚度比例，从而缓解薄膜的内应力的积累 和叠加，进而减少薄膜出现脱落的现象。
[0007] 本发明提供一种柔性薄膜晶体管，包括：
[0008] 柔性基板；
[0009] 阻挡层，设置于所述柔性基板之上；
[0010] 栅极，设置于所述阻挡层之上；
[0011] 栅极绝缘层，设置于所述阻挡层之上并覆盖所述栅极；
[0012] 有源半导体层，设置于所述栅极绝缘层之上；以及
[0013] 源/漏电极，设置于所述有源半导体层之上并与所述有源半导体层电接触，
[0014] 其中所述阻挡层为包括氮化硅层、氧化硅层和氧化铝层的层叠结构。
[0015] 在本发明的一个实施方式中，所述阻挡层包括氮化硅层；氧化硅层，设置于所述氮 化硅层之上；以及氧化铝层，设置于所述氧化硅层之上。
[0016] 在本发明的另一个实施方式中，所述阻挡层的总厚度为2000?6000人。
[0017] 在本发明的另一个实施方式中，所述阻挡层中所述氧化铝层的厚度占所述阻挡层 总厚度的1/20?1/5,所述氧化硅层的厚度占所述阻挡层总厚度的1/5?1/2,其余为氮化 娃层。
[0018] 在本发明的另一个实施方式中，所述阻挡层中所述氧化铝层的厚度占所述阻挡层 总厚度的1/10?1/8,所述氧化硅层的厚度占所述阻挡层总厚度的1/3,其余为氮化硅层。
[0019] 在本发明的另一个实施方式中，所述栅极绝缘层为包括氮化硅层、氧化硅层和氧 化铝层的层叠结构。
[0020] 在本发明的另一个实施方式中，所述栅极绝缘层包括氮化硅层；氧化硅层，设置于 所述氮化硅层之上；以及氧化铝层，设置于所述氧化硅层之上。
[0021] 在本发明的另一个实施方式中，所述栅极绝缘层的总厚度为2000?5000A。
[0022] 在本发明的另一个实施方式中，所述栅极绝缘层中所述氧化铝层的厚度占所述栅 极绝缘层总厚度的1/20?1/5,所述氧化硅层的厚度占所述栅极绝缘层总厚度的1/5? 1/2,其余为所述氮化硅层。
[0023] 在本发明的另一个实施方式中，所述薄膜晶体管还包括刻蚀阻挡层，所述刻蚀阻 挡层设置于所述源/漏电极之上，且所述刻蚀阻挡层包含至少一层氧化铝层。
[0024] 在本发明的另一个实施方式中，所述刻蚀阻挡层的厚度为丨500?2500 A。
[0025] 在本发明的另一个实施方式中，所述薄膜晶体管还包括保护层，所述保护层设置 于所述栅极绝缘层和所述刻蚀阻挡层之上，且所述保护层包含至少一层氧化铝层。
[0026] 在本发明的另一个实施方式中，所述保护层的厚度为500?2000 A。
[0027] 本发明的柔性薄膜晶体管在阻挡层中加入具有优异阻水/氧性能且缺陷极少的 氧化铝层，利用氧化铝层具有较低应力的特性同时形成多层层叠的阻挡层结构，从而缓解 薄膜的内应力的积累和叠加，改善了阻挡层与柔性基板的附着性，进而减少薄膜出现脱落 的现象。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 图1A示出了现有技术中薄膜晶体管显示区域的薄膜脱落；
[0029] 图1B示出了现有技术中薄膜晶体管外围走线区域的薄膜脱落；
[0030] 图2示出了根据本发明一个实施方式的薄膜晶体管的结构示意图；
[0031] 图3示出了根据本发明一个实施方式的薄膜晶体管中阻挡层与基板之间的粘附 状态。
[0032] 其中，附图标记说明如下：
[0033] 1柔性基板
[0034] 2阻挡层
[0035] 21氮化硅层
[0036] 22氧化硅层
[0037] 23氧化铝层
[0038] 3 栅极
[0039] 4栅极绝缘层
[0040] 41氮化硅层
[0041] 42氧化硅层
[0042] 43氧化铝层
[0043] 5有源半导体层
[0044] 6源/漏电极
[0045] 7刻蚀阻挡层
[0046] 8保护层
[0047] 9平坦化层
[0048] 10接触孔
【具体实施方式】
[0049] 下面根据具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。本发明的保护范围不限 于以下实施例，列举这些实例仅出于示例性目的而不以任何方式限制本发明。
[0050] 现参照图2,以说明根据本发明一个实施方式的柔性薄膜晶体管。
[0051] 如图2所示，柔性薄膜晶体管包括：
[0052] 柔性基板1 ;
[0053] 阻挡层2,设置于柔性基板1之上；
[0054] 栅极3,设置于阻挡层2之上；
[0055] 栅极绝缘层4,设置于阻挡层2之上并覆盖栅极3 ;
[0056] 有源半导体层5,设置于栅极绝缘层4之上；以及
[0057] 源/漏电极6,设置于有源半导体层5之上并与有源半导体层5电接触，
[0058] 其中阻挡层2为包括氮化硅层21、氧化硅层22和氧化铝层23的层叠结构。
[0059] 目前，柔性薄膜晶体管基板的材料主要有薄玻璃、塑料、金属薄片三种。柔性基板 1的材料例如为轻薄、坚固且柔韧性极佳的塑料基板，例如PC、PET、PEN、PES、PI等聚合物 基板，其中聚酰亚胺（PI)基板具有柔韧性好、可操作性强等优点，是目前被广泛采用的柔 性基板材料。柔性基板1也可为玻璃与聚酰亚胺的组合，例如最下层为玻璃，其上为聚酰亚 胺。
[0060] 聚合物基板本身自由体积分数较小且链段平均自由度较大，决定了其水/氧渗透 率较大，容易导致氧气及水汽渗透进入发光器件，从而缩短器件寿命。为解决聚合物基板水 /氧渗透的问题，通常在聚合物衬底之上形成阻挡水/氧渗透的阻挡层。
[0061] 阻挡层2为包括氮化硅层21、氧化硅层22和氧化铝层23的层叠结构，但不限于三 层结构，可包括多层氮化硅层21、多层氧化硅层22和多层氧化铝层23。阻挡层2的厚度为 2000?6000 A，例如为2500?3500人。氧化铝具有较低的薄膜内应力，同时其介电常数 优于氮化硅和氧化硅，因此氧化铝层23在结合氮化硅层21和氧化硅层22构成阻挡层2时 能更好地松弛薄膜应力，同时提供良好的介电性能。在阻挡层2中，氮化硅层21通常作为 最下层与柔性基板1接触，氧化硅层22作为中间层，而氧化铝层23作为最上层。
[0062] 在阻挡层2中，氧化铝层23的厚度占阻挡层2总厚度的1/20?1/5,例如为 1/10-1/8,氧化硅层22的厚度占阻挡层2总厚度的1/5?1/2,例如为1/3,其余为氮化硅 层21。
[0063] 本发明对阻挡层2中氧化铝层23的厚度变化与薄膜整体应力变化进行了研究，结 果如表1所示。
[0064] 表1阻挡层2中氧化铝层23的厚度占比与薄膜整体应力变化
[0065] 氧化铝层23的厚度占比~?ΤΤδ ?ΤΤβ ?ΤΤδ [ΤΤ-- [1720 薄膜整体应力（MPa) 33Γ2 2?7? Τ7Γ2 16.9 28. 3
[0066] 当氧化铝层23的厚度占阻挡层2总厚度的1/10?1/8时，薄膜整体应力最小，因 此，当氧化铝层23的厚度占阻挡层2总厚度的1/10?1/8,氧化硅层22的厚度占阻挡层2 总厚度的1/3,其余为氮化硅层21时，能明显减少薄膜整体应力。
[0067] 氮化硅层21和氧化硅层22通常采用PECVD (等离子体增强化学气相沉积）的方法 进行制备。制备氮化硅层时，采用350?1200W的功率，在温度为345°C、压力为5?30Torr 的条件下，通入100?150sccm的SiH4和500?1500sccm的N20,以制得氮化娃层21。制 备氧化硅层时，采用500?1500W的功率，在温度为320°C、压力为2?lOTorr的条件下，通 入 100 ?500sccm 的 SiH4、100 ?300sccm 的 NH3 和 2000 ?4000sccm 的 N2，以制得氮化硅 层22。
[0068] 氧化铝薄膜有多种制备技术，其性质取决于制备薄膜的过程参数，不同的应用环 境对其性能要求不同，所采用的制备工艺与技术也随之不同。氧化铝薄膜的制备方法主要 有物理气相沉积（PVD)、化学气相沉积（CVD)、溶胶凝胶法（sol-gel)、原子层沉积（ALD)等， 优选为原子层沉积。
[0069] 原子层沉积氧化铝薄膜是通过高精度的在线控制，脉冲交替地将有机金属铝源气 相前躯体（TMA)和氧化剂（水、氧气或臭氧）通入沉积室，并在基底上化学吸附且反应成 膜，利用该技术所沉积的薄膜不但均匀，而且纯度高、保形性好，具有较低的薄膜内应力。
[0070] ALD制备一层单分子层的A1203的每个周期，包含两个"半反应"，第一个半反应中， 三甲基铝（TMA)分子与吸附在表面的羟基团发生反应。在第一个半反应结束的时候，铝原 子与甲基团将表面覆盖，而沉积腔室中剩余的TMA分子也不会再与表面反应。而后再经过 惰性气体或氧气吹扫腔室后，ALD周期的第二个半反应即会开始。在基底上方将激发形成 氧等离子体，含氧自由基并能有效地与甲基团及基底表面的铝反应生成氧化铝。
[0071] 制备氧化铝层23时，可采用AKT5500PX TFE CVD系统，在温度为180?230°C、压 力为0· 1?6Torr的条件下，通入400?lOOOsccm的TMA和1500?2200sccm的03作为 原料气体，以500?1200W的功率进行沉积，制得氧化铝层23。
[0072] 在阻挡层2之上设置栅极3。栅极3例如为&1〇、1、或41等金属，且可通过溅射 或蒸镀的方法形成。
[0073] 在阻挡层2之上设置栅极绝缘层4,栅极绝缘层4覆盖栅极3。TFT对栅绝缘层有 以下几个方面的要求：好的绝缘耐压性能、高的稳定性能以及与有源层之间形成好的界面 特性等。现有技术中通常选用氮化硅层、氧化硅层或氮化硅/氧化硅双层结构作为绝缘层， 但本发明的薄膜晶体管在栅极绝缘层中加入氧化铝层，可进一步降低薄膜内应力的叠加与 累积。
[0074] 栅极绝缘层4为包括氮化硅层、氧化硅层和氧化铝层的层叠结构，但不限于三层 结构，可包括多层氮化硅层41、多层氧化硅层42和多层氧化铝层43。
[0075] 在本发明的一个实施方式中，采用氮化硅层41、氧化硅层42和氧化铝层43的三层 层叠结构作为栅极绝缘层4,其厚度为2000~5000 A，例如为250(K350〇A。
[0076] 栅极绝缘层4直接决定着薄膜晶体管的性能，因此需要将含氢的氮化硅层41置于 底层，在其上依次形成氧化硅层42和氧化铝层43,以防止氢的扩散。
[0077] 栅极绝缘层4中氮化硅层41、氧化硅层42和氧化铝层43的制备方法与阻挡层2 中氮化硅层21、氧化硅层22和氧化铝层23的制备方法相同，氧化铝层43的厚度占栅极绝 缘层4总厚度的1/20?1/5,例如为1/10-1/8,氧化硅层42的厚度占栅极绝缘层4总厚度 的1/5?1/2,例如为1/3,其余为氮化硅层41。
[0078] 在栅极绝缘层4之上设置有源半导体层5。有源半导体层5为金属氧化物层，例如 为IGZ0(铟镓锌氧化物）层，且可采用射频磁控溅射法、溶液旋涂法或脉冲激光沉积法等进 行制备。IGZ0不仅迁移率高，还具有成膜温度低、工艺简单等特性，因此更适合于薄膜晶体 管。
[0079] 在有源半导体层5之上设置源/漏电极6,源/漏电极6与有源半导体层5电接 触。源/漏电极6可为本领域常规材料如Mo、MoW、A1等金属层薄膜或如ΙΤΟ、ΑΖ0等透明 导电薄膜，且可使用溅射或蒸镀的方法形成。
[0080] 在本发明的一个实施方式中，在源/漏电极6之上还设置刻蚀阻挡层7,刻蚀阻挡 层7包含至少一层氧化铝层，即可为单层氧化铝层、氧化铝/氮化硅的双层结构、氧化铝/ 氧化硅的双层结构、氧化铝/氮化硅/氧化硅的三层结构等，以利用氧化铝的低应力特性来 进一步降低薄膜内应力的叠加与累积。刻蚀阻挡层7可通过化学气相沉积或溅射或是旋涂 的方法形成，其厚度为1500?2500人，例如为2000 A。
[0081] 在本发明的一个实施方式中，在刻蚀阻挡层7和栅极绝缘层4之上还设置保护层 8,以阻止空气中水和氧气对器件性能造成影响。如图2所示，保护层8设置于栅极绝缘层4 之上，并具有分别覆盖有源半导体层5和刻蚀阻挡层7的两层结构。保护层8包含至少一 层氧化铝层，即可为单层氧化铝层、氧化铝/氮化硅的双层结构、氧化铝/氧化硅的双层结 构、氧化铝/氮化硅/氧化硅的三层结构等，以利用氧化铝的低应力特性来进一步降低薄膜 内应力的叠加与累积。保护层8可通过化学气相沉积或溅射或是旋涂的方法形成，其厚度 为500?2000 A，例如为1500 A。
[0082] 在保护层8之上可设置平坦化层9,平坦化层9的材料包括但不限于旋转涂布式玻 璃材料（S0G)、苯环丁烯（BCB)或丙烯酸酯，形成平坦化层240的方法包括但不限于旋转涂 布。
[0083] 在源/漏电极6之上可设置接触孔10,接触孔10穿过保护层8和平坦化层9,从 而将源/漏电极6引出。
[0084] 对本发明的柔性薄膜晶体管进行了性能验证，经过脱粘并进行弯折试验，没有出 现明显的脱离现象，表明应力能够很好地释放，阻挡层2与柔性基板1之间的粘附性如图3 所示。
[0085] 综上所述，本发明的柔性薄膜晶体管在阻挡层中加入具有优异阻水/氧性能且缺 陷极少的氧化铝层，利用氧化铝层具有较低应力的特性同时形成多层层叠的阻挡层结构， 从而缓解薄膜的内应力的积累和叠加，改善了阻挡层与柔性基板的附着性，进而减少薄膜 出现脱落的现象。
[0086] 本领域技术人员应当注意的是，本发明所描述的实施方式仅仅是示范性的，可在 本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进。因而，本发明不限于上述实施方式，而仅 由权利要求限定。
【权利要求】
1. 一种柔性薄膜晶体管，包括： 柔性基板； 阻挡层，设置于所述柔性基板之上； 栅极，设置于所述阻挡层之上； 栅极绝缘层，设置于所述阻挡层之上并覆盖所述栅极； 有源半导体层，设置于所述栅极绝缘层之上；以及 源/漏电极，设置于所述有源半导体层之上并与所述有源半导体层电接触， 其中所述阻挡层为包括氮化硅层、氧化硅层和氧化铝层的层叠结构。
2. 根据权利要求1的柔性薄膜晶体管，其中所述阻挡层包括： 氮化娃层； 氧化硅层，设置于所述氮化硅层之上；以及 氧化铝层，设置于所述氧化硅层之上。
3. 根据权利要求2的柔性薄膜晶体管，其中所述阻挡层的总厚度为2000?6000Λ。
4. 根据权利要求3的柔性薄膜晶体管，其中所述阻挡层中所述氧化铝层的厚度占所述 阻挡层总厚度的1/20?1/5,所述氧化硅层的厚度占所述阻挡层总厚度的1/5?1/2,其余 为氮化娃层。
5. 根据权利要求3的柔性薄膜晶体管，其中所述阻挡层中所述氧化铝层的厚度占所述 阻挡层总厚度的1/10?1/8,所述氧化硅层的厚度占所述阻挡层总厚度的1/3,其余为氮化 娃层。
6. 根据权利要求1的柔性薄膜晶体管，其中所述栅极绝缘层为包括氮化硅层、氧化硅 层和氧化铝层的层叠结构。
7. 根据权利要求6的柔性薄膜晶体管，其中所述栅极绝缘层包括： 氮化娃层； 氧化硅层，设置于所述氮化硅层之上；以及 氧化铝层，设置于所述氧化硅层之上。
8. 根据权利要求7的柔性薄膜晶体管，其中所述栅极绝缘层的总厚度为 2000?5000A。
9. 根据权利要求8的柔性薄膜晶体管，其中所述栅极绝缘层中所述氧化铝层的厚度 占所述栅极绝缘层总厚度的1/20?1/5,所述氧化硅层的厚度占所述栅极绝缘层总厚度的 1/5?1/2,其余为所述氮化硅层。
10. 根据权利要求1至9中任一项的柔性薄膜晶体管，还包括刻蚀阻挡层，所述刻蚀阻 挡层设置于所述源/漏电极之上，且所述刻蚀阻挡层包含至少一层氧化铝层。
11. 根据权利要求10的柔性薄膜晶体管，其中所述刻蚀阻挡层的厚度为 1500?2500 A。
12. 根据权利要求10的柔性薄膜晶体管，还包括保护层，所述保护层设置于所述栅极 绝缘层和所述刻蚀阻挡层之上，且所述保护层包含至少一层氧化铝层。
13. 根据权利要求12的柔性薄膜晶体管，其中所述保护层的厚度为500?2000A。
【文档编号】H01L51/50GK104051652SQ201410276830
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】寇浩 申请人:上海和辉光电有限公司