TWI287298B - Flexible thin film transistor substrate and method of fabricating the same - Google Patents

Description

1287298 V . 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種薄膜電晶體（TFT，Thin_Film ' Transist〇r)基板，特別是指一種用於軟性顯示器（Flexible

Display )的軟性薄膜電晶體基板的製造方法及軟性薄膜電 晶體基板。 【先前技術】 _ 軟性薄膜電晶體基板是軟性顯示器的重要元件之一，· 其製造技術更是高階顯示技術的指標，為相關業者、學界 全力研究發展的目標。 參閱圖1，軟性薄膜電晶體基板1包含一承載層u，及 至少一設置在此承載層11上的薄膜電晶體12 (圖中繪示出 二薄膜電晶體12為例說明）。承載層u主要是可撓曲的材 料’例如塑膠（Plastic)、可撓式金屬薄板（編㈨F〇il)、 超薄玻璃（Ultra-thin Glass)等構成；薄膜電晶體12是應 • 用半導體製程製作，一般以驅動方式可分為非晶矽（a_Si ) 與夕晶矽（P〇ly-Sl)薄膜電晶體二類，由於此等薄膜電晶 體的結構與相關製程已為業界所周知，且非本發明重點所 在’在此不多加詳述。 上述軟性薄膜電晶體基板1的研發，可撓曲的承載層 11材料的選用、及相關製程配合突破，号主要的研究議題 - 〇 雖然塑膠具有極佳的可撓性而為極佳的承載層u構成 材料’但是塑膠的玻璃轉換溫度極低且熱膨脹係數較大， 12^7298 因此在製程上需克服的問 哎孕乂夕，此外，塑膜捐登v依夕 加鍍保護薄膜電晶體12 ρ 八吊必須夕 m ， 水層、阻氣層，及保護層等等 增加。 '，反而在材料成本上大幅 而有-答的制;破璃基板在平面顯示器的製程經驗 儿、d技術’但是其價格昂貴以及運送時容易破 y，則是最大的問題所在。 金屬薄板主要是厚彦介Μ n1 ^ ^ ，於〇.lmm〜0.〇lmm的不銹鋼材 …雖然，不似塑膠有需要鑛覆阻水層、阻氣層，及保護 層以：護薄膜電晶體12的需要’也不似超薄玻璃有易碎、 價格高昂的缺點，但是，其表面㈣度較高，必須進行電 子、及以上的拋光製私方可供後續應用，亦難加以簡易地普 遍應用。 再就軟性薄膜電晶體基板1的製造而言，s〇ny、Seik。

Epson、Phinps及工研院電子所是取得較大研究成果的赢家 〇

Sony所開發的技術，是利用玻璃作為載板，並選用與 玻璃具有问度蝕刻比的材料在其表面沉積出蝕刻阻擋層（ etching Stoper)後，在蝕刻阻擋層上製作出薄膜電晶體，之 後，再利用接著劑在薄膜電晶體12上貼著以塑膠為材質的 承載層11，最後，蝕刻掉玻璃載板即製得軟性薄膜電晶體 基板1，此製程的最大缺點在於製作時需要消耗玻璃載板， 而玻璃載板的價格昂貴且易在運送時破裂，因此整體製作 成本偏南。

1237298 ,Seiko Epson則提出利用玻璃或石英作為載板，在其上 形成含氫的非^材料作為犧牲層，然後在犧牲層上製作 出薄膜電晶體12,之後，在薄膜電晶體12上貼著暫時基板 ’並以雷射自載板背面給予犧牲層能量 產生氯爆現象，而使貼著有薄膜電晶體12的暫時基I::玻 璃载板分離’再利用接著劑在薄膜電晶體12上貼著以塑膠 為材質的承載層U後，移除暫時基板，”得軟性薄膜電 晶體基板η此製㈣他在㈣射仙 生氣爆的料，上層的薄膜電晶體12„相#大== 破壞’以致良率不高’此外貼著暫時基板、再轉貼至承載 層的二次轉貼技術，易需要克服相當的製程難度。

PhiHps開發的技術則是利用旋轉塗佈的方式將聚酿亞 胺㈤―de)均句的塗佈在玻璃基板上形成厚度在3〜2〇 ，的承載層U，再於其上形成薄膜電晶體12，最後利用 雷射將聚醯亞胺與玻璃基板分離，製得軟性薄膜電晶體基 板1。此項技術的缺點在於聚醯亞胺的光穿透度太差，並不 適用於軟性顯示器。 工研院電子所提出的技術特點，類似於SGny所提的技 術’但是改用側向㈣方式分離玻璃载板製得軟性薄膜電 晶體基板η此製程雖無須採用雷射作用，且無須耗損玻璃 載板’但是仍存在必須克服二次轉貼技術製程的瓶 要克服改進。 綜合上述說明可知，目前軟性相電晶體基板工 造技術瓶頸，仍是在於可撓曲的承载層 11材料的選用 的製 ，及 12.87298 相關製程配合突破。 【發明内容】 因此，本發明之目的，即在提供一種軟性薄 基板的製造方法，盔須以雨糾 、日日體 ,v ^以田射作用或是蝕刻製程即可自載 板分離製得的敕性镇暄翁曰麻* · ^ ㈣生厚膜電晶體基板，而提高整體製程生產 艮率。

此外，本發明之另一目的 型之載板上撕離而製得的軟性 特性優於金屬薄板、超薄玻璃 阻水性與阻氣性。 ，即在提供一種可直接自成 薄膜電晶體基板，且其撓曲 ，並較塑膠更具有較優異的 體基板的製造方法 /於是，本發明一種軟性薄臈電晶 包含以下步驟·· 、（a)在一載板上以一有機材料沉積形成一可直接自該 載板剝離的離型性薄膜，製得一第一半成品。

(b)在該第—半成品上形成至少—薄膜電晶體，製得 一苐.一半成品。 ⑴將該離型性薄職該第二半成品中的該載板上撕 離’製得該軟性薄膜電晶體基板。 人再者，本發明軟性薄膜電晶體基板，適用於顯示器，包 含一承載層，及至少一薄膜電晶體。 該承载層具有相反的一表面與一底面，該底面具有離型 性而可直接自玻璃表面撕離。 該至少一薄膜電晶體設置在該表面。 【實施方式】 Ϊ287298 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 乂下配合參考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中，將可 清楚的呈現。 在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說 明内容中，類似的元件是以相同的編號來表示。 參閱圖2、圖3,本發明軟性薄膜電晶.體基板的製造方 法的一第一較佳實施例，是可製得如圖3所示的軟性薄膜電 晶體基板3，進而應用在顯示器（圖未示），特別是薄型化 的可撓式顯示器中。 請先參閱圖3，軟性薄膜電晶體基板3包含一承載層3、 及至少一設置在該承載層31上的薄膜電晶體32 (圖中繪 不二薄辉電晶體32說明）。 承載層31是以聚對二甲基苯（ p〇iy_para_xyiyiene)形 成，且厚度介於1〜20/zm的離型性薄膜，具有相反的一表 面311與一底面312,底面312具有離型性而可直接自一以 破璃為材質所製成的載板（圖未示）表面撕離。 薄膜電晶體32是應用半導體製程製作而成，設置在該 ，載層31表面上。一般以驅動方式可分為非晶矽與多晶矽 薄膜電曰曰體一類，由於此等薄膜電晶體的結構與相關製程已 為業界所周知，且非本發明重點所在，在此不多加詳述。 再配合如圖2所示的製造方法說明後，上述軟性薄膜電 晶體基板3當可更清楚的明白。 參閱圖2，在製作如圖3所示的軟性薄膜電晶體基板3 時，是先進行步驟21 ’在一載板6上以一有機材料沉積形 9 1287298 成可直接自該載板6剝離的承載層3 1 (離型性薄膜）。

載板6是選用以例如玻璃、矽、石英、藍寶石等材料所 構成的薄板’有機材料是選用例如聚對二曱基苯C型、聚對 一甲基本N型、聚對二曱基苯D型。在此，是選用康寧玻 璃1737之玻璃薄板作為載板，先將聚對二甲基苯（c型） 雙體的粉末昇溫至150°C而昇華成氣體，再將此氣體通過 65(TC的高溫爐管而裂解成單體分子，最後將裂解後的單體 分子進入一不銹鋼真空腔體中而在載板表面沉積成承載層 31 (離型性薄膜），沉積製得的承載層31底面312即具有可 直接自玻璃載板6撕離的離型特性。 然後進行步驟22,應用半導體製程在承載層31 (離型 性薄膜）纟面311 (沒圖示）上形成薄膜電晶體32，即完成 與載板6相連結的軟性薄膜電晶體基板3的製備。由於此等 薄膜電晶體32的相關製程已為業界所周知，且非本發明重 點所在，在此不多加詳述。 取後進行步驟23，由於承載層31 (離型性薄膜）底面 312具有可直接自玻璃載板6撕離的離型特性，因此可以直 接從載板6上撕離而得該軟性薄膜電晶體基^。 參閱圖4、圖5，本發明軟性薄膜 法的一第二較佳實施例，是可製得如圖 晶體基板5，進而應用在顯示器（圖未 的可撓式顯示器中。 電晶體基板的製造方 5所示的軟性薄膜電 示）’特別是薄型化 清先參閱圖5，軟性薄膜電 及至少一設置在該承载層5 1 晶體基板5包含一承載層51 上的薄膜電晶體52 (圖申繪 10 1287298 示二薄膜電晶體5 2說明）。 —承載層51包含—離型性薄膜5ιι，及—形成在該離型 性薄膜5 11上的層疊單元512。 離型性薄膜511以-有機材料形成且厚度介於 ，具有相反的一表面與一底面，底面具有離型性而可直接自 -以玻璃為材f所製成的載板（圖未示）表面撕離。在此， 離型性薄膜5U是以聚對二甲基苯（c型）形成。 層疊單元512是依序以一無機材料形成一無機層膜513 與-有機材料形成一有機層膜514的順序，在該離型性薄膜 犯的表面上形成至少-無機層膜513而構成，無機層膜 513的厚度不大於2〇〇nm，有機相514的厚度不大於^ 出’無機材料可選自例如氮切（SiNx)、氧化梦（Si〇x)、 氮氧化石夕（SiON)、氧化紹（Α1〇χ)、氮化銘（織）、二氧 ㈣（τω2)、五氧化二组（Ta2〇5)金（Au)、銀（Ag)、銘 AD、白金⑻’有機材料可選自例如聚對二甲基苯c型 、、：Γ一甲基本N型、聚對二甲基苯D型，在本例與圖示 =月中，僅以無機材料為氮化石夕在離型性薄膜上形成一益機 :膜川，與繼續以有機材料為聚對二f基苯（c型）在無 。，層《 513形成有機層膜514而構成層疊單元川為例說明 薄膜電晶體52是應用半導體製程製作而成，設置在承 :51表®上’ _般關財切分為 朕電晶體二類，由於屮锺玆始+ ^ ^ f程其電晶體52的細部構造、相關 裝各甚至電路整合等 為業界所周知，且非本發明重點所在 1287298 ，在此不多加詳述。 再配合如圖4所示的製造方法說明後，上述軟性薄 晶體基板5的構造細節，當可更清楚的明白。 參閱圖4，在製作如圖5所示的軟性薄膜電晶體美板$ 時，是先進行步驟41，先在載板6上以有機材料_形成 可直接自該載板6剝離的離型性薄膜511，接著以無機材料 形成無機層膜513與有機材料形成有機層膜514的順序，在 離型性薄膜511的表面上依序形成無機層膜513與有機層膜 514而構成層疊單元512，進而使離型性薄膜5ΐι、層疊單、 元512構成承載層51，而在載板6上製備完成承載層51。 載板6是選用以例如玻璃、矽、石英、藍寶石、聚醯亞 胺（Polyimide)等材料所構成的薄板；在此，是選用康寧 1737號玻璃薄板作為截板，並選用聚對二甲基苯（c型）為 材料’先將聚對二甲基苯（c型）雙體的粉末昇溫至15代 而昇華成氣體，再將此氣體通過65〇t的高溫爐管而裂解成 單體分子’最後將裂解後的單體分子進入一不銹鋼真空腔體 中而在載板6表面沉積成離型性薄膜511，沉積製得的離型 性薄膜511即具有可直接自玻璃載板撕離的離型特性丨接著 以無機材料氮切’洲„辅助化學氣相沈積系統在離型 性薄膜511上沉積出無機層膜513 ;然後再以類似形成離型 性薄膜511的過程，以有機材料聚對二甲基苯（c型）在無 機層膜形成有機層膜514,而在玻璃载板6上完成承載 層51的製備。 然後進行步驟42,應料導體製程在承制51上形成 12 1287298 溥膜電晶體52，即.盥 其把 < 成與载板6相連結的軟性薄膜雷曰科 基板5的製備。由於此尊镇胺币曰 /寻膜電曰曰體 界所周知，且非本二 晶體52的相關製程已為業 最後造ΐΓ 所在，纽❹加詳述。 ，取後進仃步驟43，由於 且有可直接ό 士 β 、兵载層51的離型性薄膜51】即 直接自玻璃載板6撕離的離型特性，因此 載板6上撕離而得軟性薄臈電晶體基板51。 參閱圖6,在此要另外加以 第一、-#社— 祝月的疋，以上述本發明的 一軏佳貫施例所製得的軟性薄膜電晶體基板3」， 八子二：如電鍍、物理性鍍膜、化學性鍍膜等方式，銅、高 刀子m残鋼等導電金屬材料 的底面形成可撓曲且具有預定 载θ 31 51 雷i*接廡Η “ 口1豕的強固膜7，以供後續的 電連接應用，並更強固軟性薄膜電晶體基板3、5整體 ，或是加強承載層31、51的其他物理特性。 、σ 參閱圖7,在以薄媒電晶體32、52之通道的寬、長比 疋180nm、90nm，源極電壓5佔牲 电1 5伙特的條件下，驗證得知連 結在玻璃載板6上的軟性薄膜電晶體基板3、5的薄膜電晶 體32、52，與自玻璃載板6撕離後的軟性薄膜電晶體基板3 、5的涛膑電晶體32、52的電性特性相似，也就是說，本 發明確實可以湘承制31、51而直接自載板6撕離，而 製得可直接供軟性顯示器應㈣軟性薄膜電晶體基板3、5 〇 由上述說明可知，本發明主要是提出以聚對二甲基苯沉 積在玻璃載板6上形成離型性薄膜31、511，及/或配合以無 機材料形成無機層膜5U與有機材料形成有機層膜μ的順 13 .1287298 • 彳纟離型性薄膜3 1、5 11的表面上形成至少-層的無機層 • 膜513而構成層疊單元512，構成可直接自玻璃載板ό撕離 且可直接在其表面上製作薄膜電晶體32、52的承載層31、 51 ’接著在承載層31、51上製備完成薄膜電晶體32、52之 後即可直接與玻璃載板6分離而製得軟性薄膜電晶體基板 3 ' 5 ° 由此等方式製得的軟性薄膜電晶體基板3、5的承載層 31、51除了具有離型性而可直接與玻璃載板ό分離，無須 透過任何的雷射作用或者是蝕刻製程外，更藉由其層疊的構 造而較習知以塑膠作為承載層u的材料，更具有良好的耐 化性、熱穩定性，以及良好的阻氣性、阻水性及高穿透度； 同時，每一膜體的厚度可以精確控制在〇〇lmm以下，而確 實達到薄型化的目的，且撓曲特性更優於金屬薄板與超薄玻 璃，而可真正應用於可攜帶式的軟性顯示器，確實達到本發 明創作的目的。 _ 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利 範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1是一示意圖，說明一習知的軟性薄膜電晶體基板 圖2是一流程圖，說明本發明軟性薄膜電晶體基板的 製造方法的一第一較佳實施例； 14 12容7298 圖3 峨電晶:基:意圖’說㈣2之製造方法所製得的軟 圖 4是一、、古口 製造方法的 圖、兄明本發明軟性薄膜電晶體基板 ^苐一較佳實施例； 粒丞板的 圖 5 曰 一 疋不意圖，說明以圖4之势诰太、土 π在丨 性薄膜電晶體基板；， “方法所製得的軟 圖 6 Β 一 -立 所製得^ ^圖，說明更可以在以本發明的製造方法 —氣传的軟性薄膜電晶體基板的一承載層底面，增厚形成 —強固膜以強化軟性薄膜電晶體基板的整體結構；及 圖7是一電性曲線圖，說明以本發明的製造方法所製 付的軟性薄膜電晶體基板在與玻璃載板分離前後的薄膜電 晶體電性的比較。 15 1287298 【主要元件符號說明】 1 軟性薄膜電晶 42 步驟 體基板 43 步驟 11 承載層 5 軟性薄膜電晶 12 薄膜電晶體 體基板 21 步驟 51 承載層 22 步驟 511 離型性薄膜 23 步驟 512 層疊單元 3 軟性薄膜電晶 513 無機層膜 體基板 514 有機層膜 31 承載層（離型 52 薄膜電晶體 性薄膜） 6 載板 311 表面 7 強固膜 312 底面 32 薄膜電晶體 41 步驟 16

Claims (1)

1287298 十、申請專利範圍： 1· 一種軟性薄膜電晶體基板的製造方法，包含·· (a )在一載板上以一有機材料沉積形成一可直接自該 載板剝離的離型性薄膜，製得一第一半成品； (b )纟，亥第一半成品上形成至少一薄膜電晶體，製得 一第二半成品；及 ⑴將該離型性薄膜從該第二半成品中的該載板上撕 _ 離，製得該軟性薄膜電晶體基板。 2·=據中請專利範圍第1項所述軟性薄膜電晶體基板的製 仏方法’其中，該步驟（a)更在該離型性薄膜上，依序 以一無機材料形成一無機層膜與該有機材料形成一有機 層膜的順序，在該離型性薄膜上形成至少一無機層膜。 3. =據中請專利範圍第2項所述軟㈣膜電晶體基板的製 把方法，其中，該離型性薄膜的厚度介於1〜20，該 無機層膜的厚度不大於· nm，且财機層膜的厚度= 大於1 // m。 4. 依據申請專利範圍第卜2或3項所述軟性薄膜電晶體基 板的製造方法’其中，該有機材料是選自由下列所構^ 的群組··聚對二甲基苯C型、聚對二尹基苯〇型、聚 二甲基苯N型。、 5.依據申請專利範圍第、或3項所述軟性薄膜電晶體基板 的製造：法，其中，該無機材料是選自由下列所構成的 ，群組：氮化矽、氧化石夕、氮氧化矽、氧化鋁、氮化鋁、 二氧化鈦、五氧化二鈕、金、銀、鋁，及鉑。 17 1287298 6·依據申請專利範圍第1項所述軟性薄膜電晶體基板的製 造方法’其中，該載板是選自由下列材料所構成的群組 製成··玻璃 '矽、石英、藍寶石、聚醯亞胺。 7.依據申請專利範圍第1項所述軟性薄膜電晶體基板的製 造方法，更包含一實施在該步驟（c)之後的步驟（d)， 在該離型性薄膜之原先與該載板連結的表面形成一可繞 曲的強固膜。 8·依據申請專利範圍第7項所述軟性薄膜電晶體基板的製 造方法，其中，該強固膜是選自由下列材料所構成的群 組形成··銅、高分子材料、鎳、不銹鋼。 9· 一種軟性薄膜電晶體基板，適用於顯示器，包含·· 一承載層，具有相反的一表面與一底面，該底面具 有離型性而可直接自一載板表面撕離，且該载板是選自 由由玻璃、石夕、石英、藍寶石、㈣亞胺㈣心_ ^ 其中之一為材料所製成；及 、 至少一薄膜電晶體，設置在該表面。 依據申明專利摩巳圍第9項所述軟性薄膜電晶體基板，其 中’該承載層是-以有機材料形成，且厚度介於= ni的離型性薄膜。 μ 據2專利範圍第9項所述軟性薄膜電晶體基板 Μ承載層包含一離型性薄膜 薄膜上離型性 厚度介於於二:二::!膜:-有機材料形成且 形成-無機層膜與該有疋依序以-無機材料 $ # # #㈣—有機層膜的順序， 18 1287298 4 5 4離型性薄膜上形成至少-無機層膜構成。 • 12·依據中請專利範圍第u項所述軟性薄膜電晶體基板，其 中忒無基層膜的厚度不大於200 nm，且該有機層膜的 厚度不大於l#m。 依據申巧專利範圍第10或11項所述軟性薄膜電晶體基 板-其中，該有機材料是選自由下列所構成的群組··聚 '甲土笨C型、聚對二甲基苯N型、聚對二甲基苯 D型。 1 4 ·依據申請專利筋圚笛 才盆 乾圍第10或11項所述軟性薄膜電晶.體基 反其f，該無機材料是選自由下列所構成的群組··氮 、’氧化石夕、氮氧化石夕、氧化銘、氮化铭、二氧化鈦 五氧化二鈕、金、銀、鋁，及鉑。 i5·^中請專利範圍第9項所述軟性薄膜電晶體基板，更 匕3一肖该底面連結且可撓曲的強固膜。 1料請專利範圍第15項所述軟性薄膜電晶體基板，其 .強固膜是選自由下列材料所構成的群組形成：銅 、向分子材料、鎳、不錄鋼。 19 .1287298 Ή一、圖式: