CN101521201B - 具多晶硅层及微晶硅层的双底材主动层结构、方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明是关于具多晶硅层及微晶硅层的双底材主动层结构、方法及装置，所述的具多晶硅层及微晶硅层的双底材主动层结构包含：一基板；一微晶硅层，形成于所述的基板上方一显示区域中，所述的微晶硅层供做所述的显示区域中复数个薄膜晶体管的主动层；及一多晶硅层，形成于所述的基板上方一驱动电路区域中，所述的多晶硅层供做所述的驱动电路区域中复数个薄膜晶体管的主动层，其中所述的微晶硅层的晶粒大小小于所述的多晶硅层的晶粒大小。应用本发明可提高所述的有机发光二极管显示器的发光均匀度。

Description

具多晶硅层及微晶硅层的双底材主动层结构、方法及装置

技术领域

本发明是关于一种薄膜晶体管显示器及其制造方法；更特别地，本发明是关于一种具多晶硅层及微晶硅层的双底材主动层结构及具有上述结构的薄膜晶体管显示器及其制造方法。

背景技术

传统有机发光二极管显示器的制造方法系在进行非晶硅主动层沉积前，先于基板上形成一缓冲层，以于后续进行激光退火制造工艺(excimer laseranneal)使所述的非晶硅主动层结晶形成多晶硅主动层时，可隔绝玻璃基板的杂质因激光制造工艺扩散至主动层。而在于长波长激光(波长大于400nm)使用于激光退火制造工艺中，激光会穿透非晶硅主动层，而会有激光反射回到所述的非晶硅层，导致由非晶硅结晶形成的多晶硅的晶粒大小不一，进而影响后续制作完成的有机发光二极管显示器显示区域薄膜晶体管通道品质。所述的有机发光二极管显示器的发光亮度是由通过每一有机发光二极管单元的电流密度所决定，而通过每一有机发光二极管单元的电流密度是由驱动所述的有机发光二极管单元的一所述的薄膜晶体管通道品质所决定。由于上述激光退火制造工艺会影响后续制作完成的薄膜晶体管通道品质，进而对于通过每一有机发光二极管单元的电流密度有不利影响，而导致所述的有机发光二极管显示器的发光亮度不一致。为降低所述的缓冲层对激光的影响，以降低激光在所述的非晶硅层与所述的缓冲层之间的干涉现象，现有的作法是调整所述的缓冲层的厚度，以降低激光的干涉，但此种作法改善的空间仍然有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种具多晶硅层及微晶硅层的双底材主动层结构及其制造方法，于一基板上形成两层非晶硅层，使于激光退火制造工艺中上层非晶硅层吸收较多激光，而降低下层非晶硅层与其下方缓冲层之间的光干涉，以减少激光干涉波纹的产生。

本发明的又一目的是提供一种具多晶硅层及微晶硅层的双底材主动层结构，以应用于一有机发光二极管显示器，其中所述的微晶硅层可供做所述的有机发光二极管显示器显示区域的薄膜晶体管主动层，以提高所述的显示区域的发光均匀度，而所述的多晶硅层可供做其驱动电路区的薄膜晶体管主动层。

为达上述目的，本发明的具多晶硅层及微晶硅层的双底材主动层结构制造方法首先提供一基板，接着，形成一第一非晶硅层于所述的基板上方，并图案蚀刻所述的第一非晶硅层，以形成一第一主动层于所述的基板上方，而所述的第一主动层包含经图案蚀刻的所述的第一非晶硅层。接着，形成一第一绝缘层于所述的第一主动层上方及未被所述的第一主动层覆盖的所述的基板上方，然后形成一第二非晶硅层于所述的第一绝缘层上方。

进行激光退火制造工艺，以使所述的第一非晶硅层形成一微晶硅层及所述的第二非晶硅层形成一多晶硅层。图案蚀刻所述的多晶硅层，以形成一第二主动层于所述的基板上方未被所述的第一主动层覆盖的区域，其中所述的微晶硅层的晶粒大小小于所述的多晶硅层的晶粒大小。

另一方面，本发明提供一种具多晶硅层及微晶硅层的双底材主动层结构的薄膜晶体管显示器，其包括一基板，包含一显示区域及一驱动电路区域；复数个第一薄膜晶体管，形成于所述的显示区域的所述的基板上方，每一所述的第一薄膜晶体管具有一微晶硅通道层；及复数个第二薄膜晶体管，形成于所述的驱动电路区域的所述的基板上方，每一所述的第二薄膜晶体管具有一多晶硅通道层。

本发明的薄膜晶体管显示器可以是一有机发光二极管显示器，借由其显示区域包含具有微晶硅通道的薄膜晶体管，可提高所述的显示区域的发光均匀度。

另一方面，本发明提供一种电子装置，包含一影像显示系统，所述的影像显示系统包含一显示装置及一输入单元。所述的显示装置具有本发明前述具多晶硅层及微晶硅层的双底材主动层结构的薄膜晶体管显示器结构。所述的输入单元耦接所述的显示装置，且借由所述的输入单元传输信号至所述的显示装置，以控制所述的显示装置显示影像。

附图说明

图1A至图1H为本发明具多晶硅层及微晶硅层的双底材主动层结构的薄膜晶体管显示器的制造方法的各制造工艺阶段对应的结构截面示意图。

附图标号

1----基板

2----缓冲层

3----第一非晶硅层

4----第一绝缘层

5----第二非晶硅层

6----多晶硅层

7----微晶硅层

8----N⁺型源极/漏极

9----N^-型低掺杂源极/漏极

10----第二绝缘层

11----栅极电极

12----P⁺型源极/漏极

13----第三绝缘层

14----保护层

15----电性接触

15a----底部导电性垫

15b----顶部导电性垫

具体实施方式

参图1A至图1D为本发明具多晶硅层及微晶硅层的双底材主动层结构的制造方法各步骤对应的结构截面示意图。参考图1A，本发明具多晶硅层及微晶硅层的双底材主动层结构的制造方法首先提供一基板1，例如玻璃基板或其它半导体基板，所述的基板1的一表面右侧区域定义出一显示区域及其左侧区域定义出一驱动电路区域。一缓冲层2形成于所述的基板1上方。接着形成一第一非晶硅层3于所述的缓冲层2上方。参考图1B，图案蚀刻所述的第一非晶硅层3，以形成一第一主动层于所述的基板1上方所述的显示区域中，所述的第一主动层包含所述的第一非晶硅层3。接着形成一第一绝缘层4于所述的第一主动层上方及所述的基板1上方未被所述的第一主动层覆盖的部份。所述的第一绝缘层4可以包含二氧化硅或氮化硅。参考图1C，形成一第二非晶硅层5于所述的第一绝缘层4上方。参考图1D，进行激光退火制造工艺，所述的第二非晶硅层5会吸收较多的激光量而结晶形成一多晶硅层6，而所述的第一非晶硅层3相对地会吸收较少的激光量，而结晶形成一微晶硅层7。

本发明使用波长大于400nm的激光进行前述激光退火制造工艺，此一激光波长大部份会被所述的第二非晶硅层5吸收，但部份激光穿过所述的第二非晶硅层5，而被所述的第一非晶硅层3所吸收。换言之，所述的第二非晶硅层5相较于所述的第一非晶硅层3会吸收较多的激光，而结晶形成晶粒较大的所述的多晶硅层6。所述的多晶硅层6适合制作前述驱动电路区域的CMOS驱动电路。所述的微晶硅层7具有更均匀一致的结构，适合用来制作前述显示区域的驱动晶体管，例如主动式阵列有机发光二极管的驱动晶体管。结晶形成的所述的微晶硅层7晶粒大小为0.01μm～0.1μm，而结晶形成的所述的多晶硅层6晶粒大小为0.1μm～0.5μm。再者，所述的激光波长同时被所述的第二非晶硅层5及第一非晶硅层3吸收，进而可降低所述的缓冲层2与所述的第一非晶硅层3之间的激光干涉。

另一方面，本发明可直接先形成一微晶硅层(对应所述的微晶硅层7)于所述的显示区域的所述的缓冲层2上方，接着形成所述的第一绝缘层4于所述的显示区域的所述的微晶硅层上方及所述的驱动电路区域的所述的缓冲层2上方。接着，再形成一非晶硅层(对应所述的第二非晶硅层5)于所述的第一绝缘层4上方。之后再以波长短于400nm的短波长激光进行激光退火制造工艺，以使所述的非晶硅层结晶形成多晶硅层。如此一来，同样可制做出本发明具多晶硅层及微晶硅层的双底材主动层结构。

本发明前述具多晶硅层及微晶硅层的双底材主动层结构截面示意图即如图1D所示，为可应用于一薄膜晶体管显示器的制作。请接着参考图1E至图1H，为接续本发明图1D所示的具多晶硅层及微晶硅层的双底材主动层结构依续完成的结构截面示意图，其中所述的图1H为本发明方法所制作完成的薄膜晶体管显示器结构截面示意图。

参考图1E，图案蚀刻所述的多晶硅层6，以形成一第二主动层于所述的基板1上方的所述的驱动电路区域中。接着进行高浓度N型掺质的掺杂步骤，以于所述的驱动电路区域中所述的第二主动层形成复数个N⁺型源极/漏极8。参考图1F，进行低浓度N型掺质的掺杂步骤，以于每一所述的N⁺型源极/漏极8与其相邻的所述的多晶硅层6之间形成一N^-型低掺杂源极/漏极9。接着，形成一第二绝缘层10于所述的第二主动层上方及所述的第一绝缘层4上方。所述的第二绝缘层10可包含二氧化硅或氮化硅。所述的第二绝缘层10是供做所述的驱动电路区域中后续制作完成的复数个薄膜晶体管的栅极绝缘层，而所述的第一绝缘层4及所述的第二绝缘层10结合形成所述的显示区域中后续制作完成的复数个薄膜晶体管的栅极绝缘层。接下来，形成复数个栅极电极11于分别对应所述的第一主动层及所述的第二主动层区域的所述的第二绝缘层10上方。在此制造工艺阶段，复数个N型薄膜晶体管即形成于所述的基板1上方的所述的驱动电路区域中。所述的这些N型薄膜晶体管具有由所述的多晶硅层6形成的多晶硅通道区。接着，参考图1G，进行高浓度P型掺质掺杂步骤，以于所述的驱动电路区域的所述的这些N型薄膜晶体管以外的所述的第二主动层形成复数个P⁺型源极/漏极12，及形成复数个P⁺型源极/漏极12于所述的显示区域的所述的第一主动层。在此制造工艺阶段，所述的驱动电路区域中具有由多晶硅层6形成的所述的多晶硅通道区的复数个P型薄膜晶体管及所述的显示区域中具有由所述的微晶硅层7形成的微晶硅通道区的复数个P型薄膜晶体管即制作完成。所述的驱动电路区域即包含由复数个具多晶硅通道的N型薄膜晶体管及复数个具多晶硅通道的P型薄膜晶体管组成的互补式金属氧化半导体晶体管驱动电路。所述的显示区域包含复数个具微晶硅通道的P型薄膜晶体管。再者，所述的驱动电路区域的所述的这些薄膜晶体管具有第二绝缘层10形成的栅极绝缘层，而所述的显示区域的所述的这些薄膜晶体管具有第一绝缘层4及第二绝缘层10结合形成的栅极绝缘层。参考图1H，接着形成一第三绝缘层13于所述的这些N型薄膜晶体管及所述的这些P型薄膜晶体管上方，并形成一保护层(passivation layer)14于所述的第三绝缘层13上方。接着形成复数个电性接触15贯穿所述的保护层14及所述的第三绝缘层13并分别电性接触对应的所述的这些N⁺型源极/漏极8及所述的这些P⁺型源极/漏极12，以使所述的这些N⁺型源极/漏极8及所述的这些P⁺型源极/漏极12与外界产生电性连接。每一所述的电性接触15的底端可形成一底部导电性垫(bottom pad)15a，以提高所述的电性接触15与其下方所述的N⁺型源极/漏极8或所述的P⁺型源极/漏极12的接着性。再者，每一所述的电性接触15的顶端可形成一顶部导电性垫(top pad)15b，以增加后续欲形成于其上方的一锡球凸块(未示出)与所述的电性接触15的接着性。

本发明上述制造方法是于所述的显示区域形成复数个具微晶硅通道的P型薄膜晶体管，但所述的这些具微晶硅通道的P型薄膜晶体管也可以具微晶硅通道的N型薄膜晶体管代替。再者，所述的这些具微晶硅通道的P型薄膜晶体管相较于所述的驱动电路区域的所述的这些具多晶硅通道的P型薄膜晶体管具有较小晶粒的通道区，所述的这些具微晶硅通道的P型薄膜晶体管具有较大的次临界摆幅(sub-threshold swing)。另一方面，所述的这些具微晶硅通道的P型薄膜晶体管相较于所述的驱动电路区域的所述的这些具多晶硅通道的P型薄膜晶体管具有较厚的栅极绝缘层，也会使得所述的这些具微晶硅通道的P型薄膜晶体管会具有较大的次临界摆幅(sub-threshold swing)。

另一方面，依本发明前述薄膜晶体管显示器制作方法制作的具微晶硅通道的薄膜晶体管及具多晶硅通道的薄膜晶体管亦可应用于一环境光感测器(anambient light sensor)的制作。前述具微晶硅通道的薄膜晶体管可供做一光感测器晶体管，而前述具多晶硅通道的薄膜晶体管可供做其驱动电路晶体管。

本发明制作完成的前述薄膜晶体管显示器可以是一有机发光二极管显示器，而所述的显示区域的每一所述的具微晶硅通道的P型薄膜晶体管即成为对应一像素的每一发光二极管单元的开关晶体管，以控制通过所述的发光二极管单元的电流密度。所述的这些具微晶硅通道的P型薄膜晶体管的通道区是由晶粒结构较细致及均匀的微晶硅形成，所述的这些P型薄膜晶体管会具有较佳的通道品质，进而可控制通过所述的这些有机发光二极管单元的电流密度一致，以使所述的这些有机发光二极管单元有一致的发光亮度。简言之，本发明制作完成的前述薄膜晶体管显示器应用至一有机发光二极管显示器时可增进其发光均匀度。

本发明上述制作完成的薄膜晶体管显示器可应用至与一电子装置结合的一影像显示系统。所述的影像显示系统可包含一显示装置及一输入单元，而所述的显示装置具有本发明前述薄膜晶体管显示器结构。所述的输入单元耦接所述的显示装置，且借由所述的输入单元传输信号至所述的显示装置，以控制所述的显示装置显示影像。

前述的电子装置包含，但不限于移动电话、数字相机、个人数字助理(PDA)、笔记型计算机、桌上型计算机、电视、车用显示器、航空用显示器、数字相框(digital photo frame)、全球定位系统(GPS)或便携式DVD播放机。

以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非用以限定本发明的权利要求范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求范围内。

Claims (6)

1.一种具多晶硅层及微晶硅层的双底材主动层结构的制造方法，其特征在于，所述的具多晶硅层及微晶硅层的双底材主动层结构包括：

提供一基板；

形成一第一非晶硅层于所述的基板上方；

图案蚀刻所述的第一非晶硅层，以形成一第一主动层于所述的基板上方，所述的第一主动层包含经图案蚀刻的所述的第一非晶硅层；

形成一第一绝缘层于所述的第一主动层上方及未被所述的第一主动层覆盖的所述的基板上方；

形成一第二非晶硅层于所述的第一绝缘层上方；

进行激光退火，以使所述的第一非晶硅层形成一微晶硅层及所述的第二非晶硅层形成一多晶硅层；及

图案蚀刻所述的多晶硅层，以形成一第二主动层于所述的基板上方未被所述的第一主动层覆盖的区域。

2.如权利要求1所述的具多晶硅层及微晶硅层的双底材主动层结构的制造方法，其特征在于，所述的微晶硅层的晶粒大小为0.01μm～0.1μm。

3.如权利要求1所述的具多晶硅层及微晶硅层的双底材主动层结构的制造方法，其特征在于，所述的多晶硅层的晶粒大小为0.1μm～0.5μm。

4.一种具多晶硅层及微晶硅层的双底材主动层结构的制造方法，其特征在于，所述的具多晶硅层及微晶硅层的双底材主动层结构的制造方法包括：

提供一基板，所述的基板上定义出一第一区域及一第二区域；

形成一微晶硅主动层于所述的第一区域中的所述的基板上方；

形成一绝缘层于所述的微晶硅主动层上方及对应所述的第二区域的所述的基板上方；

形成一非晶硅层于所述的绝缘层上方；

进行激光退火制造工艺，以使所述的非晶硅层形成一多晶硅层；及

图案蚀刻所述的多晶硅层，以形成一多晶硅主动层于所述的第二区域中。

5.如权利要求4所述的具多晶硅层及微晶硅层的双底材主动层结构的制造方法，其特征在于，所述的微晶硅主动层的晶粒大小为0.01μm～0.1μm。

6.如权利要求4所述的具多晶硅层及微晶硅层的双底材主动层结构的制造方法，其特征在于，所述的多晶硅层的晶粒大小为0.1μm～0.5μm。

Images