CN100452933C - 低温多晶硅薄膜晶体管显示面板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种显示面板，包括一基板；一多晶硅层，形成于基板上，且多晶硅层利用一固相结晶法结晶而成；一氮氧化硅(SiON)层，形成于多晶硅层上，且氮氧化硅层的折射率约为1.46至1.9；和一栅极(gate electrode)，形成于氮氧化硅层上。
Description
技术领域
本发明涉及一种显示面板及其制造方法，且特别涉及一种可改善以固相结晶多晶硅制成的薄膜晶体管显示面板的组件特性及显示面板的制造方法。
背景技术
有机发光(Organic Electroluminescence)平面显示面板为电流驱动组件，依据驱动方式可分为无源式矩阵方法(Passive Matrix Method)与有源式矩阵方法(Active Matrix Method)。而有源式有机发光显示面板(AMOLED)利用薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)搭配电容储存装置，来控制有机发光面板(OLED)的亮度灰阶表现。
大致来说，无源式有机发光显示面板(PMOLED)的制作成本及技术门槛较低，但受限于驱动电流效能不彰，分辨率无法提高，且在无源驱动下，扫描线选择到的像素会被点亮，但无法保持亮度，因此应用产品尺寸局限于约5″以内。而有源式有机发光显示面板则因为有电容储存信号之故，当扫描线扫过像素后，该像素仍然能保持原有的亮度，是故OLED并不需要被驱动到非常高的亮度，因此可达到较佳的寿命表现，也可以达成高分辨率的需求。再者，有源式有机发光显示面板的驱动电流效能优于无源式有机发光显示面板，且像素和电性组件TFT可整合于玻璃基板上。
在玻璃基板上成长TFT的技术，可为非晶硅(Amorphous Silicon，a-Si)工艺与低温多晶硅(Low Temperature Poly-Silicon，LTPS)工艺，LTPS TFT与a-SiTFT的最大分别，在于其电性与工艺繁简的差异。LTPS TFT拥有较高的载流子移动率，较高载流子移动率意味着TFT能提供更充份的电流，然而其工艺上却较繁复；而a-Si TFT则反之，虽然a-Si的载流子移动率不如LTPS，但其工艺较简单。
低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS TFT)工艺的关键技术之一为多晶硅(polysilicon)工艺。而将非晶硅转为多晶硅的方式很多，例如固相结晶(solidphase crystallization，SPC)、激光结晶(laser annealing)或金属诱导结晶(metalinduced crystallization，MIC)等，其中叉以激光结晶为目前LTPS TFT生产的主流技术。激光结晶的优点是可产生载流子移动率较好的多晶硅，然而其所需成本较高，且激光源的稳定性不佳更是LTPS-TFT的良率杀手之一，特别是应用于制造有源式有机发光显示面板(AMOLED)，不稳定的激光能量很容易造成结晶不均(使用者会看到面板上出现一条条的纹路，此又称激光波纹(Laser mura))，因而大幅度降低AMOLED的良率。而固相结晶的优点则是可以产生均匀度十分良好的多晶硅，但是载流子移动率较差而影响了应用组件的特性。
另外，显示面板内不同区域也有不同的性能要求。以有源式发光显示面板为例，一般包含有源式发光显示区域(Displaying Region)及驱动电路区域(Current Driving Region)，在有源式发光显示区域较重视是否有漏电流的电性表现，在驱动电路区域则较重视载流子移动率(Mobility)的电性表现。而有源式发光显示区域的多晶硅的晶粒如果不够均匀，在操作电压驱动后，显示器容易产生波纹缺陷，影响了显示效果。一般而言，晶粒愈均匀、载流子移动率愈佳，有源式发光显示区域的显示状态愈优异。
因此，如何改善显示面板的结晶方式，特别是显示区域，使结晶后的多晶硅同时能兼具晶粒均匀度和载流子移动率，无产生显示缺陷之虞，实为研发者重要努力目标之一。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的就是提供一种低温薄膜晶体管显示面板及其制造方法，利用固相结晶(solid phase crystallization，SPC)所形成的多晶硅搭配以氮氧化硅作为栅极电极层的结构，可改善薄膜晶体管组件的电性。
根据本发明的目的，提出一种显示面板，包括：一基板；一多晶硅层，形成于基板上，且多晶硅层利用一固相结晶法结晶而成；一氮氧化硅(SiON)层，形成于多晶硅层上，且氮氧化硅层的折射率约为1.46至1.9；和一栅极(gate electrode)，形成于氮氧化硅层上。
根据本发明的目的，提出一种显示面板的制造方法，至少包括步骤：提供一基板；沉积一非晶硅层于基板上；使用一固相结晶方式使非晶硅层转为一多晶硅层；以及形成一氮氧化硅层于多晶硅层上。
为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1绘示依照本发明一优选实施例的部分薄膜晶体管的剖面示意图；
图2绘示P型薄膜晶体管(PTFT)的组件电性示意图；
图3为N型薄膜晶体管(NTFT)的组件电性示意图；
图4是依照本发明应用例一所制成的部分薄膜晶体管的剖面示意图；
图5是依照本发明应用例二所制成的部分薄膜晶体管的剖面示意图。
附图标记说明
11、21：基板
13、23、43：图案化的多晶硅层
231、431：SPC多晶硅层
15、25、45：栅极介电层
17、27、47：栅极
31、51：内层介电层
33、53：介层洞
35、37、55、57：护层
36、56：透明电极
39、59：有机电激发光组件
具体实施方式
以下以实施例作本发明的详细说明，然而此实施例并不会对本发明欲保护的范围做限缩。另外，本发明的技术特征可应用在多种显示面板中，例如有源式有机电激发光显示面板或低温多晶硅薄膜晶体管显示面板(LTPSTFT)。
请参照图1，其绘示依照本发明一优选实施例的部分薄膜晶体管的剖面示意图。如图1所示，在基板11上先沉积一非晶硅层，再以固相结晶(solidphase crystallization，SPC)方式将非晶硅层转为多晶硅层13。之后，于多晶硅层13上覆盖一氮氧化硅(SiON)层，以作为栅极介电层(gate dielectric)15。然后再于栅极介电层15上方进行薄膜晶体管的后续制作，例如形成一第一金属层再对其图案化以制成栅极(gate electrode)17...等多项后续步骤。其中，氮氧化硅层的折射率为约1.46至约1.9之间。
一般显示面板的基板上包括一显示区域及一驱动电路区域。若应用如图1所示的结构于显示区域(例如有源式发光显示区域)时，由于固相结晶的多晶硅层13具有较均匀的晶粒，将可大幅度改善薄膜晶体管的组件特性因而增进显示品质。
另外，选用氮氧化硅层作为栅极介电层15亦可提升组件的载流子移动率(Mobility)。请参照图2，其绘示P型薄膜晶体管(PTFT)的组件电性示意图。图2中，横轴代表施加于栅极的电压，纵轴代表在漏极量测到的电流。漏极电压为控制在10伏特，若以本发明提出的氮氧化硅作为组件的栅极介电层15，其组件电性曲线的结果如曲线A所示；若以二氧化硅作为组件的栅极介电层，其组件电性曲线的结果如曲线B所示。
从图2的实验结果可看出：将本发明的固相结晶多晶硅层13搭配氮氧化硅所形成的栅极介电层15(曲线A)，其载流子移动率的确比搭配二氧化硅所形成的栅极介电层(曲线B)的载流子移动率，还提高了约70％。
图3为N型薄膜晶体管(NTFT)的组件电性示意图。同样的，图3中，横轴代表施加于栅极的电压，纵轴代表在漏极量测到的电流。实验结果包括曲线C(固相结晶多晶硅层和氮氧化硅)和曲线D(固相结晶多晶硅层和二氧化硅)。
同样的，从图3的实验结果亦看出：将本发明的固相结晶多晶硅层13搭配氮氧化硅所形成的栅极介电层15(曲线C)，其载流子移动率约的确比搭配二氧化硅所形成的栅极介电层(曲线D)的载流子移动率，提高了超过70％。
当然在实际应用时，栅极17和栅极介电层15可以同时被图案化(应用例一)，或是先图案化栅极17在后续工艺中再图案化栅极介电层15(应用例一)，视实际工艺需要而定，本发明并不对此多做限制。以下及针对两种不同制法提出应用例。
应用例一
图4是依照本发明应用例一所制成的部分薄膜晶体管的剖面示意图。而应用例一的制法如下。首先，在具有缓冲层(buffer layer)211的基板21上先形成图案化的多晶硅23。例如先沉积一非晶硅层于基板21上，再以固相结晶(SPC)方式将非晶硅层转为多晶硅层(形成SPC多晶硅231)，并再进行图案化。
之后，于图案化多晶硅层23上覆盖一氮氧化硅(SiON)层，以作为栅极介电层25。其中，氮氧化硅层的折射率为约1.46至约1.9之间。接着，进行形成源级/漏极(SD)、轻掺杂漏极和栅极27等步骤。
然后，在栅极介电层25上方，形成一内层介电层(ILD)31，并且形成介层洞33，以暴露出图案化多晶硅层23或栅极27的部分表面。
之后，依序进行后续工艺，包括数据线形成(data line formation)，护层(passivation layer)35、37和透明电极(如ITO)36的形成，以及有机电激发光组件39的工艺。
因此，依照本发明应用例一的方法，在图案化栅极27之后才对栅极介电层25进行图案化。而依照本发明应用例一所制成的薄膜晶体管，栅极27面积小于栅极介电层25的面积。
应用例二
图5是依照本发明应用例二所制成的部分薄膜晶体管的剖面示意图。应用例二的制法如下。首先，在具有缓冲层411的基板41上先形成图案化的多晶硅43。例如先沉积一非晶硅层于基板41上，再以固相结晶(SPC)方式将非晶硅层转为多晶硅层(包括SPC多晶硅431)，并再对多晶硅层进行图案化。
之后，于图案化多晶硅层43上覆盖一氮氧化硅(SiON)层，以作为栅极介电层。其中，氮氧化硅层的折射率为约1.46至约1.9之间。接着，进行形成源极/漏极(SD)、轻掺杂漏极和栅极47等步骤。而应用例二中栅极47和栅极介电层45同时被图案化。
然后，在图案化多晶硅层43上方，形成一内层介电层(ILD)51，并且形成介层洞53，以暴露出图案化多晶硅层43或栅极47的部分表面。
之后，依序进行后续工艺，包括数据线形成(data line formation)，护层(passivation layer)55、57和透明电极(如ITO)56的形成，以及有机电激发光组件59的工艺。
因此，依照本发明应用例二的方法，栅极图案化和栅极介电层图案化同时进行。而依照本发明应用例二所制成的薄膜晶体管，栅极47面积与栅极介电层45的面积相等。
在上述实施例中，依照本发明的选择以固相结晶方式将非晶硅转化成多晶硅层，再搭配氮氧化硅作为栅极介电层，不但可产生均匀度良好的晶粒，得到品质较好的多晶硅，还可提升制成的薄膜晶体管的载流子移动率，改善应用组件的特性，进而提高产能，降低生产成本。若应用在显示面板的显示区域(例如有源式有机电激发光显示面板的显示区域)，则可达到优异的显示效果。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域内的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围以所附权利要求所界定者为准。
Claims (10)
1.一种显示面板，包括：
一基板；
一多晶硅层，形成于该基板上，且该多晶硅层利用一固相结晶法结晶而成；
一氮氧化硅层，形成于该多晶硅层上；和
一栅极，形成于该氮氧化硅层上。
2.如权利要求1所述的显示面板，其中该氮氧化硅层的折射率为1.46至1.9之间。
3.如权利要求1所述的显示面板，其中该基板包括一显示区域及一驱动电路区域，该多晶硅层形成于该显示区域中。
4.如权利要求3所述的显示面板，其中该氮氧化硅层形成于该第一多晶硅层上。
5.如权利要求1所述的显示面板，其中该显示面板为一低温多晶硅薄膜晶体管显示面板。
6.一种显示面板的制造方法，至少包括步骤：
提供一基板；
沉积一非晶硅层于该基板上；
使用一固相结晶方式使该非晶硅层转为一多晶硅层；以及
形成一氮氧化硅层于该多晶硅层上。
7.如权利要求6所述的制造方法，其中，
该基板具有一显示区域及一驱动电路区域；以及
沉积该非晶硅层于该基板上的显示区域中。
8.如权利要求7所述的制造方法，其中在形成该氮氧化硅层后，更包括步骤：
形成一第一金属层于该氮氧化硅层上；和
图案化该第一金属层和该氮氧化硅层，以形成一栅极于一氮氧化硅块上方。
9.如权利要求7所述的制造方法，其中在形成该氮氧化硅层后，更包括步骤：
形成一第一金属层于该氮氧化硅层上；和
图案化该第一金属层，以形成一栅极于该氮氧化硅层上方。
10.如权利要求7所述的制造方法，其中选择折射率为1.46至1.9的该氮氧化硅层，以形成于该多晶硅层上。
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