[发明专利]柔性显示基板

说明书

有关申请的交叉参照

本申请要求2005年4月25日提交的题为“Flexible Display Substrates”的美国申请60/674,983的优先权，该申请引用在此作为参考。

发明背景

本发明涉及薄膜半导体，尤其涉及具有聚合物基板的薄膜半导体以及具有单晶硅膜和聚合物基板的结构的制造方法。

对各种显示器件的需求正在不断增长，比如液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)以及有源矩阵液晶显示(AMLCD)器件。这些显示器件都基于使用薄膜半导体材料的技术。薄膜半导体材料可用于生产薄膜晶体管(TFT)、利用输入信号控制输出电流的三端器件。TFT可归类为使用多晶硅、非晶硅、或单晶硅(SCS)薄膜半导体材料的一些器件。TFT执行开关和放大功能并且可以用作分立器件或用作集成电路的内嵌单元。例如，LCD器件使用TFT阵列来控制显示处理。在OLED器件中，发光是由于薄膜有机半导体中的电子-空穴相互作用所引起的。AMLCD器件是LCD的一种性能更高的版本并且利用TFT阵列来控制各个像素。

用非晶硅制成的TFT必须用标准集成电路来驱动。非晶硅是一种非结晶态的硅，不具有任何长程晶序。结果，非晶硅膜具有较差的电学特征以及本来就较差的稳定性。非晶硅膜适合于生产晶体管，可用于独立地切换各个像素的导通和截止，但不能够处理更高性能器件所需的逻辑和混合信号功能。

用多晶硅技术生产的TFT优于那些用非晶硅制成的TFT。多晶硅是一种结晶态的硅，其中原子在有限的晶粒之内按特定图形(长程有序)排列。尽管期望该新兴技术能消除对单独的显示驱动器的需求(非晶硅制成的TFT需要单独的显示驱动器)、允许在多晶硅自身之上制造驱动器并且减小显示器件的成本和尺寸，但是多晶硅技术已经开发了许多年且仍然需要解决均匀性较差和制造成本较高等问题。

与非晶硅和多晶硅膜相比，SCS膜的使用产生了优良的电子和光子特性。SCS是结晶固体，其中长程有序存在于整个材料片中，显著提高了低电荷载流子迁移率。此外，与非晶硅或多晶硅膜相比，该膜的单晶特性也提供了更佳的均匀性。

将SCS膜转移到氧化后的基板上的方法在本领域中是已知的。由氢离子注入方法所产生的剥落通常都涉及利用离子注入硅晶片以便在晶片中产生缺陷结构。一般来说，注入离子是氢离子。然后，使晶片的离子注入一侧与氧化后的硅基板相互接触。将晶片和氧化的硅基板加热到高温，通常大于1,000℃。这种热处理形成了在硅晶片的离子注入一侧与氧化后的硅基板之间的接合。该热能还使硅晶片的离子注入部分与硅晶片相分离。

因为用于在基板上获得SCS膜的方法需要相对较高的温度，所以它们不适合于聚合物基板。结果，显示器件中所用的大多数TFT都是用玻璃基板制成的。然而，玻璃基板因所用玻璃的密度很高从而使显示器件很重。此外，玻璃基板很硬并且对弯曲应力的耐受性很低。此外，玻璃易碎，如果跌落，则用玻璃基板制成的TFT断裂的风险很高。

许多应用都需要重量轻的柔性显示器。有许多种聚合物材料都比玻璃要柔软许多并且其密度也比玻璃密度的一半还要小。结果，人们已经进行了许多努力来开发用聚合物基板替代玻璃基板的技术。这些技术使用已转移到聚合物基板上的非晶硅或多晶硅膜并且还会遇到上述缺点。相应地，本领域需要那些使用聚合物基板上的SCS膜的器件。

发明内容

本发明提供了用于在绝缘体结构上生产半导体的方法，该方法包括将半导体膜转移到聚合物基板上以制造柔性半导体材料。在一个实施方式中，这种方法包括：在半导体施主晶片上的预定深度区域中注入离子；在可有效地实现注入离子区域中的缺陷形成的温度下，对支撑基板上注入后的半导体施主晶片进行热处理且持续一段时间；以及将半导体薄膜从施主晶片上剥离到聚合物基板上。

在一个实施方式中，离子注入和热处理后的半导体施主晶片被粘结着聚合物基板上并且从半导体施主晶片上分离出SCS膜。根据一个实施方式，硅施主晶片是SCS晶片。

本发明的方法包括如下步骤：将具有增强的低电荷载流子迁移率、基本上均匀的膜转移到聚合物基板上以形成柔软、重量轻且更不易断裂的半导体结构。根据本发明的方法并不需要使用高温或氧化后的硅层。