氧化铝绝缘层的制作方法技术

本发明专利技术提供了采用溶胶－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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供一种绝缘层的制作方法，特别有关于一种。
技术介绍
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。故本专利技术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)与本专利技术采用的溶胶-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专利技术采用的铝醇盐起始物，本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈其伟，萧名男，王朝仁，
申请(专利权)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，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]