TWI474437B - 薄膜電晶體基板及其製造方法以及平面顯示裝置 - Google Patents

Description

薄膜電晶體基板及其製造方法以及平面顯示裝置

本發明係關於一種薄膜電晶體基板，特別關於一種薄膜電晶體基板及其製造方法以及平面顯示裝置。

隨著平面顯示裝置(Flat Panel Display,FPD)技術的發展，並因平面顯示裝置具有體型輕薄、低功率消耗及無輻射等優越特性，已經漸漸地取代傳統陰極射線管(Cathode Ray Tube,CRT)顯示裝置，並且應用至各式電子產品。

雖平面顯示裝置發展有一定的成熟度，但各家廠商仍致力改善平面顯示裝置之各樣效能；其中，平面顯示裝置之結構強度是業界所努力的課題之一。眾所皆知，平面顯示裝置內之基板材料為玻璃，然而，玻璃之易碎特性也讓平面顯示裝置無法承受太大壓力，使得在製程或運送過程中皆需非常小心，以免良率下降或產品損壞。特別是現在講求輕薄化，所以為了減薄顯示裝置之厚度而漸漸採用薄玻璃進行製程，但由於薄膜電晶體側的玻璃需要經過晶片接合(bonding)製程，而薄玻璃對於衝擊之承受力更差，故導致更容易讓產品的良率降低。

因此，如何提供一種平面顯示裝置，能夠大大提升其結構強度，進而提升良率，實為當前重要課題之一。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種能夠提升結構強度之薄膜電晶體基板及其製造方法以及平面顯示裝置。

為達上述目的，依據本發明之一種薄膜電晶體基板包含一強化玻璃、一擴散阻擋層以及至少一薄膜電晶體元件。擴散阻擋層設置於強化玻璃之一表面。薄膜電晶體元件設置於擴散阻擋層上。

為達上述目的，一種平面顯示裝置包含如上所述之一薄膜電晶體基板、一對向基板以及一顯示介質。對向基板與薄膜電晶體基板相對設置。顯示介質設置於薄膜電晶體基板與對向基板之間。

為達上述目的，一種薄膜電晶體基板之製造方法包含：提供一強化玻璃；形成一擴散阻擋層於強化玻璃之一表面；以及形成至少一薄膜電晶體於擴散阻擋層上。

在一實施例中，強化玻璃為化學強化玻璃。

在一實施例中，強化玻璃之中心線平均粗糙度係小於10nm。

在一實施例中，擴散阻擋層之材料包含矽基(silicon type)有機高分子材料、或無機材料、或其組合。

在一實施例中，擴散阻擋層之玻璃態轉化溫度係大於250℃。

在一實施例中，擴散阻擋層之硬度依鉛筆硬度之標準大於等於3H。

在一實施例中，擴散阻擋層依熱重量分析法在300℃/2hrs的條件下，其失重率係小於5%。

在一實施例中，擴散阻擋層之吸水係數係小於0.3%。

在一實施例中，擴散阻擋層藉由化學氣相沉積、溶膠一凝膠法、或塗佈而形成。

在一實施例中，薄膜電晶體之一閘極絕緣層或一鈍化層之製程溫度介於170℃至280℃之間。

承上所述，本發明之薄膜電晶體基板係使用強化玻璃作為半導體製程之基板，因而可大幅強化薄膜電晶體基板之結構強度，進而提升良率。此外，由於強化玻璃含有鹼金屬，在生產製程中會發生離子擴散效應，而本發明係在強化玻璃與薄膜電晶體之間，設置一擴散阻擋層，藉由擴散阻擋層可阻擋強化玻璃之離子擴散至薄膜電晶體層中，以避免薄膜電晶體受損害導致電性表現下降。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種薄膜電晶體基板及其製造方法以及平面顯示裝置，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

圖1為本發明較佳實施例之一種薄膜電晶體基板1之製造方法的步驟示意圖，圖2為本發明較佳實施例之一種薄膜電晶體基板1的示意圖。

首先，在結構方面，薄膜電晶體基板1係包含一強化玻璃101、一擴散阻擋層102以及至少一薄膜電晶體元件103。擴散阻擋層102設置於強化玻璃101之一表面，薄膜電晶體元件103設置於擴散阻擋層102上。本發明不特別限制薄膜電晶體元件103之態樣；舉例來說，如圖6所示，薄膜電晶體元件可包含一閘極51、一閘極絕緣層52、一源極53、一主動區54以及一汲極55。其中，閘極絕緣層52覆蓋閘極51，主動區54設置於閘極絕緣層52上，源極53與汲極55分別接觸主動區54。

本發明亦提供一種薄膜電晶體基板的製造方法，包含：提供一強化玻璃101(S01)、形成一擴散阻擋層102於強化玻璃101之一表面(S02)以及形成至少一薄膜電晶體元件103於擴散阻擋層102上(S03)。

以下，請同時參照圖1及圖2，以說明依上述製造方法製成的薄膜電晶體基板。

於步驟S01中，強化玻璃101可例如藉由對一玻璃進行化學強化處理而得到，即強化玻璃101可為化學強化玻璃，一般而言，化學強化玻璃係將玻璃浸入熔鹽中進行鈉離子和鉀離子的交換而得，因此強化玻璃101內會含有鈉離子和鉀離子。強化玻璃101之中心線平均粗糙度(Ra)係約10nm，較一般液晶顯示面板使用之玻璃的粗糙度(Ra<1nm)為高，擴散阻擋層102之形成同時也可提供高平坦度之表面以利後續製程進行。

於步驟S02中，係形成擴散阻擋層102於強化玻璃101之表面。擴散阻擋層102可例如藉由化學氣相沉積(CVD)、溶膠-凝膠法(Sol-gel)、或塗佈(coating)而形成於強化玻璃101的表面。其中，塗佈例如旋轉塗佈(spin coating)或狹縫式塗佈(slot die coating)。擴散阻擋層102之材料可例如為矽基(silicon type)的有機高分子材料、或是二氧化矽(SiO₂ )、矽氮化物(SiN_x )等無機材料。

於步驟S03中，係以將多個薄膜電晶體元件103以陣列圖案形成於擴散阻擋層102上為例。於此不限制薄膜電晶體元件103之數量與圖案，可視後端應用而調整；例如若應用於平面顯示裝置，則可依畫素之數量與圖案來形成薄膜電晶體元件103。於此步驟中，薄膜電晶體元件103之製造方法可例如包含：形成一閘極層；形成一閘極絕緣層覆蓋閘極層；在閘極絕緣層上形成一主動層、一源極層以及一汲極層；分別從閘極層、主動層、源極層與汲極層定義出一閘極、一主動區、一源極以及一汲極，使源極與汲極分別接觸主動區。

承上所述，由於強化玻璃101含有鹼金屬(鈉離子、鉀離子)，可能會在製程中發生離子擴散效應，使得鹼金屬離子往薄膜電晶體元件103擴散，造成薄膜電晶體元件103損害而影響電性表現。本實施例之擴散阻擋層102可阻擋強化玻璃101之金屬粒子在製程中擴散至薄膜電晶體元件103而避免薄膜電晶體元件103受到損害。

另外，由於強化玻璃101之熱膨脹係數較一般無鹼玻璃基板(約3～4ppm/℃)約提高1～2倍，因而容易發生薄膜電晶體元件103之膜層(例如閘極、源極或汲極)間的位移(total pitch shift)，而影響電性表現。因此，為避免位移情況產生，本實施例採用低溫及低應力的薄膜電晶體製程，例如低溫非晶矽薄膜電晶體(a-Si TFT)製程、低溫銦鎵鋅氧(IGZO)薄膜電晶體製程、或有機薄膜電晶體(OTFT)製程等等。舉例來說，一般的非晶矽薄膜電晶體製程在化學氣相沉積製程的溫度約為360～380℃，本實施例係將薄膜電晶體中的閘極絕緣層(gate insulation layer,GIN)與鈍化層(passivation layer)之化學氣相沉積製程的溫度降低至170℃至280℃之間完成，較佳者為200℃至250℃之間。在此情況下，薄膜電晶體之膜層間應力也能降低，而使得基板較不易產生翹曲(warpage)，進而提高製程良率。

另外，本實施例之擴散阻擋層102可選擇高耐熱性材料，其玻璃態轉化溫度(Tg)可大於250℃，且擴散阻擋層102依熱重量分析法(TGA analysis)在300℃/2hrs的條件下，其失重率(weight-loss)係小於5%。擴散阻擋層102之吸水係數(water absorption coefficient)係小於0.3%，而不易吸收水氣。擴散阻擋層102之硬度依鉛筆硬度之標準大於等於3H，而具有高表面硬度。藉此，在進行積體電路(IC)或軟電路板(FPC)接合製程時，可避免擴散阻擋層102在接合時受到瞬間高溫高壓的影響而軟化，造成金屬線路受損。

圖3為本發明較佳實施例之一種平面顯示裝置2的示意圖。平面顯示裝置2包含如上所述之一薄膜電晶體基板1、一對向基板107以及一顯示介質104。

對向基板107與薄膜電晶體基板1相對設置。本實施例不限制對向基板107之材質，其可例如為無鹼玻璃、強化玻璃、塑膠或其他類別之材質，於此對向基板107係以強化玻璃為例。

顯示介質104設置於薄膜電晶體基板1與對向基板107之間。本實施例不限制顯示介質104之種類，凡可利用電驅而使顯示介質104調變光線者、或使顯示介質104發出不同亮度之光線者。顯示介質104例如為電泳性材質、電潤濕性材質、液晶、發光二極體、或有機發光二極體等等。

另外，本實施例之平面顯示裝置2更包含一彩色濾光層105以達彩色顯示目的；當然，若不需彩色顯示或顯示介質104本身即可達到彩色出光，則可不需彩色濾光層105。平面顯示裝置2更包含一擴散阻擋層106，以阻擋強化玻璃之對向基板107之離子擴散至其他膜層，進而提升良率及顯示效能。

圖4為本發明較佳實施例之另一種平面顯示裝置3的示意圖。與平面顯示裝置2主要不同在於，平面顯示裝置3之對向基板108為一封裝材料，並由側邊及頂面包覆平面顯示裝置3之其他膜層。此外，由於對向基板108非強化玻璃，故可省略擴散阻擋層106之設置。

圖5為本發明較佳實施例之另一種平面顯示裝置4的示意圖。與上述平面顯示裝置2、3主要不同在於，平面顯示裝置4更包含一觸控面板109，以使平面顯示裝置4具有觸控功能。

觸控面板109可具有多種實施態樣。例如，觸控面板109可將一觸控基板設置於一對向基板上，且對向基板可為無鹼玻璃、強化玻璃、塑膠、或其他種類之材料，而形成一外掛式的觸控面板109。或者，觸控面板109可包含由強化玻璃為材質的對向基板107，並將觸控電路形成於強化玻璃上，以同時達到觸控與結構強化功效，當然此態樣需先設置一擴散阻擋層於強化玻璃上，再形成觸控電路於擴散阻擋層上。如此一來，平面顯示裝置4即可成為一內建式的觸控顯示裝置。

綜上所述，本發明之薄膜電晶體基板係使用強化玻璃作為半導體製程之基板，因而可大幅強化薄膜電晶體基板之結構強度，進而提升良率。此外，由於強化玻璃含有鹼金屬，在生產製程中會發生離子擴散效應，而本發明係在強化玻璃與薄膜電晶體之間，設置一擴散阻擋層，藉由擴散阻擋層可阻擋強化玻璃之離子擴散至薄膜電晶體層中，以避免薄膜電晶體受損害導致電性表現下降。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1．．．薄膜電晶體基板

101．．．強化玻璃

102．．．擴散阻擋層

103．．．薄膜電晶體元件

104．．．顯示介質

105．．．彩色濾光層

106．．．擴散阻擋層

107、108．．．對向基板

109．．．觸控面板

2～4．．．平面顯示裝置

51．．．閘極

52．．．閘極絕緣層

53．．．源極

54．．．主動區

55．．．汲極

圖1為本發明較佳實施例之一種薄膜電晶體基板之製造方法的步驟示意圖；

圖2為本發明較佳實施例之一種薄膜電晶體基板的示意圖；

圖3至圖5為本發明較佳實施例之一種平面顯示裝置不同態樣的示意圖；以及

圖6為本發明較佳實施例之薄膜電晶體基板所具有之一種薄膜電晶體元件的示意圖。

1．．．薄膜電晶體基板

101．．．強化玻璃

102．．．擴散阻擋層

103．．．薄膜電晶體元件

Claims (17)

1. 一種薄膜電晶體基板，包含：一強化玻璃；一擴散阻擋層，設置於該強化玻璃之一表面，該擴散阻擋層之硬度依鉛筆硬度之標準大於等於3H；以及至少一薄膜電晶體元件，設置於該擴散阻擋層上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其中該強化玻璃為化學強化玻璃。
3. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其中該擴散阻擋層之材料包含矽基有機高分子材料、或無機材料、或其組合。
4. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其中該擴散阻擋層之玻璃態轉化溫度係大於250℃。
5. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其中該擴散阻擋層依熱重量分析法在300℃/2hrs的條件下，其失重率係小於5%。
6. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其中該擴散阻擋層之吸水係數係小於0.3%。
7. 一種平面顯示裝置，包含：如申請專利範圍第1項至第6項任一項之薄膜電晶體基板；一對向基板，與該薄膜電晶體基板相對設置；以及一顯示介質，設置於該薄膜電晶體基板與該對向基板之間。
8. 如申請專利範圍第7項所述之平面顯示裝置，其中該對向基板為封裝材料或強化玻璃。
9. 一種薄膜電晶體基板之製造方法，包含：提供一強化玻璃；形成一擴散阻擋層於該強化玻璃之一表面，該擴散阻擋層之硬度依鉛筆硬度之標準大於等於3H；以及形成至少一薄膜電晶體元件於該擴散阻擋層上。
10. 如申請專利範圍第9項所述之薄膜電晶體基板之製造方法，其中該強化玻璃係藉由對一玻璃進行化學強化處理。
11. 如申請專利範圍第9項所述之薄膜電晶體基板之製造方法，其中該強化玻璃之中心線平均粗糙度係小於10nm。
12. 如申請專利範圍第9項所述之薄膜電晶體基板之製造方法，其中該擴散阻擋層之材料包含矽基有機高分子材料、或無機材料、或其組合。
13. 如申請專利範圍第9項所述之薄膜電晶體基板之製造方法，其中該擴散阻擋層之玻璃態轉化溫度係大於250℃。
14. 如申請專利範圍第9項所述之薄膜電晶體基板之製造方法，其中該擴散阻擋層依熱重量分析法在300℃/2hrs的條件下，其失重率係小於5%。
15. 如申請專利範圍第9項所述之薄膜電晶體基板之製造方法，其中該擴散阻擋層之吸水係數係小於0.3%。
16. 如申請專利範圍第9項所述之薄膜電晶體基板之製造方法，其中該擴散阻擋層藉由化學氣相沉積、溶膠-凝膠法、或塗佈而形成。
17. 如申請專利範圍第9項所述之薄膜電晶體基板之製造方法，其中該薄膜電晶體元件之一閘極絕緣層或一鈍化層之製程溫度介於170℃至280℃之間。