CN1229681C - 液晶显示器及周边电路结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种液晶显示器及周边电路结构及其制造方法，该方法为制造多晶硅液晶显示器，包含p型薄膜晶体管TFT(不含LDD；浅掺杂漏极)及n型TFT的驱动电路(含LDD)及像素TFT与储存电容及像素电容底部电极的制造方法；其特别之处是将透明导电层先形成于基板上，再进行源极/漏极及栅极、电容等制程；本发明简化了TFT制程步骤，仅需约五道光罩即可同时进行TFT-LCD包含驱动电路同时制造的制程步骤，降低了液晶显示器的制造成本。

Description

液晶显示器及周边电路结构及其制造方法

技术领域

本发明与一种液晶显示器制程技术有关，特别是有关于一种液晶显示器及周边电路结构及其制造方法，本发明可以最精简的光罩数完成包含驱动电路和液晶显示像素制作的技术。

背景技术

液晶显示器(LCD)是一种平面的显示器，具有低耗电量特性，同时由于与同视窗尺寸的阴极射线管(CRT)相比，不论就占用空间或质量而言都要小得多。因此完全符合轻巧的特性，CRT的曲面问题，在LCD显示器是不存在的。基于上述特性，LCD显示器广泛应用于各式产品，包括消费性电子产品如掌上型计算机，电脑字典，手表，手机，携带式小型电视等，尺寸较大的如手提型电脑、通讯终端机、显示板，个人桌上型电脑、家用电视，再加上相关业者的努力，LCD的相关产品衍然成为本世纪中最受欢迎的明星产品。特别是主动矩阵型薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)，由于其可视角、对比表现都比被动矩阵型的STN-LCD要好得多，具有更佳的反应时间，因此，TFT-LCD已有逐步取代较低阶的STN-LCDM之势。

就TFTFT-LCD而言，长期以来多以传统非晶硅做为TFT-LCD的TFT的主要材料，如今已另有一选择，即使用多晶硅取代非晶硅并且有可能成为主流。这主要着眼于不管是电子或空穴的移动速率(mobility)，多晶硅都要比非晶硅提供更佳的移动速率。除此之外，多晶硅TFT-LCD还有一个优点是形成LCD面板的驱动电路(包含nMOS晶体管或pMOS晶体管甚至于互补式金氧半晶体管)可以和像素面板的制造同时进行。由于上述因素，多晶硅型TFT-LCD可以提供比非晶硅型TFT-LCD更佳的切换速率，更增加了其吸引力。

当然多晶硅型TFT-LCD也并非没有缺点，例如，当TFT进行开关切换至关闭状态时，往往仍有很大的漏极漏电流。不过这通常可以藉助双栅极(dualgate)，如美国专利第6034748号，或轻掺杂漏极(LDD)的技术克服，例如由Ha等人所获得的美国专利第5,940,151号，即为一例。

Ha专利的制造方法简述如下：首先请参考图1A所示的TFT-LCD的一个像素的俯视示意图。图1A中扫瞄线50和信号线40垂直相交，其中扫瞄线50，与像素TFT栅极14连接，信号线40则连接至像素TFT的源极11S，储存电容极板17和18则和像素TFT的漏极11D连接，储存电容的上电极板18并连接至像素之外，即其顶部电容极板18的接触区在像素面板的外部。像素电容极板15亦连接于像素TFT的漏极11D。

图1B至图1E则示包含一个像素(沿图1A的a-a’线)及其驱动电路的示意图。首先在基板1000上依序先沉积一n型重掺杂的硅层，再形成金属层，随后再以使用微影及蚀刻技术(使用第一次光罩图案)，定义了像素TFT的源极/漏极区11S及11D，漏极区11D并包含储存电容底电极板17；而驱动电路则定义了n型TFT的源极21S/漏极区21D。随后在全面形成一硅层后，再以微影及蚀刻技术(使用第二次光罩图案)，定义硅层，以做为像素TFT的通道及轻掺杂漏极区LDD(lightly doped drain)的预定区域10’、n型TFT的通道及LDD的预定区域20n’，其中被定义的硅层10’、20n’叠加于其对应的源极/漏极区以形成电性连接。此外，所定义的硅层20p’为形成p型TFT的通道及源极/漏极区的预定区域。

请参考图1C，随后，依序形成氧化层100及栅极金属，再利用微影及蚀刻技术(使用第三次光罩图案)，定义像素TFT的栅极14、储存电容介电层100’及顶部电极18。同时于驱动电路区定义n型TFT的栅极24n及p型TFT的栅极24p。接着，全面性进行n型-LDD离子布植以形成LDD区12与22。

请参考图1D所示的横截面示意图。接着，再形成光阻图案63(使用第四次光罩图案)以罩幕像素区及驱动电路区的n型TFT，但裸露p型TFT的硅层。随后，以p型导电性杂质进行离子植入，用以形成源极23S/漏极区23D。

紧接着，在去除光阻图案63后，先形成护层300于裸露的表面，再以微影及蚀刻技术(使用第五次光罩图案)分别于像素区及驱动电路区形成接触洞。随后，再全面形成氧化铟锡(ITO)于接触洞中及护层300上。最后再以微影及蚀刻技术(使用第六次光罩图案)定义像素电容的底部电极15并与储存电容及像素TFT形成连接，同时在驱动电路区形成p型TFT及n型TFT的ITO 25连接。

有鉴于传统多晶硅TFT制程步骤烦多，Ha制程液晶电容极板在护层形成后才定义形成，如此便需要多一道以上的光罩，发明人认为上述制程应可更进一步简化。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温TFT-LCD及包含驱动电路同时形成的方法。

本发明的另一目的是利用较少的光罩步骤(约五道光罩)即可同时进行TFT-LCD包含驱动电路同时制造的制程步骤。

为达成上述目的，本发明揭露一种利用五道光罩制造穿透式液晶显示器及驱动电路制程方法，所述方法至少包含以下步骤：首先，由下而上依序形成一透明导电层、一金属层及一n+导电掺杂的多晶硅层于一透明基板上，随后图案化所述n型多晶硅层、所述金属层，用以形成所述n型TFT的源极/漏极区、所述p型TFT的源极区及所述像素TFT的源极/漏极区，其中所述像素TFT的漏极区除了少部分作为漏极使用外，其余的多数区域，保留作为像素电容及储存电容预定区。

接着，再依序全面形成一非晶硅层及一栅极氧化层于图案化后的表面上，并在进行激光结晶化非晶硅层以形成多晶硅层后，随即同时图案化所述栅极氧化层、及所述活性层。图案化后的图案包括第一保留区、第二保留区、第三保留区及第四保留区分别形成于所述n型TFT的源极/漏极区之间并覆盖部分源极/漏极区、于所述n型TFT漏极区与p型TFT的源极区之间并覆盖部分P型TFT的源极及n型TFT漏极区、于所述像素TFT的源极/漏极区之间并覆盖部分源极/漏极区及于储存电容位置。

接着，全面形成栅极金属层于上述图案化后的表面上；图案化所述栅极金属层，用以形成参考电位连接电极、n型TFT的栅极、P型TFT的栅极、储存电容及所述像素TFT的栅极，用以在所述n型TFT的栅极两侧保留轻掺杂漏极(LDD)预定区于所述第一保留区上、在所述P型TFT栅极两例各保留一源极/漏极预定区于所述第二保留区上、及在所述像素TFT的栅极两侧各保留LDD预定区于所述第三保留区上；由于p型TFT并没有做LDD区，因此，可以再利用源极对栅极间隔，与漏极对栅极间隔不对称的方式，以进一步抑制漏电流。

随后，再以所述图案化的栅极为罩幕，全面植入n-型杂质于所有裸露的表面，以形成所述像素TFT的轻掺杂源极/漏极(LDD)区及所述n型TFT的轻掺杂源极/漏极(LDD)区；之后，再形成裸露所述第二保留区光阻图案。随后，再植入p型杂质，植入剂量高于n型杂质的剂量，以所述先阻图案为罩幕及所述p型TFT栅极为罩幕，以使得所述p型TFT的源极/漏极经电性补偿后仅含有p型杂质；之后，先移除光阻图案，再全面形成一护层于裸露的表面上，随后进行退火以活化掺杂的n型及p型杂质；随后，再对所述护层图案化，以移除所述电容预定区上的护层，并于所述驱动电路区形成接触洞及像素面板区的末端形成接触洞；最后，再图案化所述电容预定区上的护层的所述n型多晶硅层、所述金属层，以裸露所述像素区的透明导电电极，因此形成所述n型TFT、所述p型TFT的驱动电路、所述像素TFT，所述像素区底部透明导电电极用以形成液晶电容的底部电极。

此外，本发明还提出一种形成于基板的液晶显示器像素区结构，至少包含：一像素TFT形成于该基板上，该像素TFT具有LDD区；一储存电容，其中该储存电容的底部电极层最下层与该像素TFT的漏极结构的最下层为一透明氧化型导体层并因此形成电性连接，顶部电极连于该像素区外的区域，而与其他像素连接；一像素电容，该像素电容的底部电极层最下层与上述的透明氧化型导体层具有相同材质，并且与该储存电容的底部电极层最下层形成电性连接。

本发明又提出一种形成于基板的液晶显示器，至少包含：复数个像素排列成阵列形成于一绝缘透明基板上，每一像素具有一TFT且TFT具有LDD区，该每一像素具一储存电容，其中该储存电容的底部电极层最下层与该像素TFT的漏极结构的最下层为一透明氧化型导体层并因此形成电性连接，顶部电极连于该像素区外的区域，而与其他像素连接，且每一像素具有一像素电容，该像素电容的底部电极层最下层与上述的透明氧化型导体层具有相同材质，并且与该储存电容的底部电极层最下层形成电性连接；及复数个驱动电路TFT具有互补式金氧半晶体管CMOS结构形成于该基板上且在该复教个像素所排列的阵列外，以做为驱动电路TFT，其中该驱动电路TFT的源极/漏极结构也具有透明导电层。

本发明的有益效果是：简化了TFT制程步骤，仅需约五道光罩即可同时进行TFT-LCD包含驱动电路同时制造的制程步骤，降低了液晶显示器的制造成本。

附图说明

图1A显示传统TFT-LCD的一基本像素的俯视示意图；

图1B至图1E的横截面示意图显示传统TFT-LCD的制程步骤，其中像素部分为沿图1A的a-a’线的横截面示意图；

图2A显示本发明TFT-LCD的一基本像素的俯视示意图；

图2B至图2G的横截面示意图显示依据本发明TFT-LCD的制程步骤，其中像素部分为沿图2A的a-a’线的横截面示意图。

具体实施方式

有鉴于传统多晶硅TFT制程步骤烦多，Ha制程液晶电容极板在护层形成后才定义形成，如此便需要多一道以上的光罩，发明人认为上述制程应可更进一步简化。本发明因此将液晶电容极板先预留于像素面板区(当然也包括驱动电路区，不过这并不会影响驱动电路元件的操作)，以减少一道光罩。

由于TFT-LCD的面板是以一个像素为重覆单位，当复数个形成于基板的像素排列成阵列就构成显示面板。为方便图示说明，以下的制程步骤将以一个像素及其周边的pMOS晶体管及nMOS晶体管为例。

请参考图2A，为本发明一像素的俯视图，图2A中扫瞄线140和信号线124s垂直相交，且扫瞄线140包含像素TFT的栅极140i。信号线124s则为像素TFT的源极线。标号104’为像素电容底部电极一透明氧化导电电极，例如氧化铟锡(ITO)。像素TFT的一漏极124d则经由ITO 104’与储存电容极板140c连接。所述储存电容极板140c的另一极板则连接至像素以外的区域。此外图中的144为轻掺区。

本发明的制程步骤请参考图2B至图2G，其中有关像素的部分为沿图2A的a-a’的横截面示意图。

请参见图2B所示的横截面示意图。其形成步骤如下：首先由下而上依序形成一透明导电电极层104、一金属层105及一以n+导电性杂质掺杂的硅层110于一透明基板101及102上。此处透明基板101是像素区，而透明基板102是驱动电路区。在此，n+导电性杂质掺杂的硅层110是选择性的，换言之，也可以不沉积。接着再对n型硅层110、金属层105、及透明导电电极层104图案化，用以在驱动电路区102形成n型TFT的源极120s/漏极区120d、p-型TFT的源极预定区122s。而像素区101则形成像素TFT的源极124s/漏极区124d。除此之外，像素区的大部分区域预留做为像素的储存电容及像素电容使用，在本步骤后仍然被n型硅层110、金属层105、及透明导电电极层104所覆盖且与漏极区124d相连接。

上述n+导电性杂质掺杂的硅层110，可以在沉积时同步掺杂导电性杂质。此外，硅层110可以是非晶硅或多晶硅。

接着，请参考图2C，一厚度的400至600埃的无掺杂非晶硅层130及栅极氧化层135接着依序沉积于所有表面上。随后接着实施一激光结晶技术，用以将非晶硅层130及110(如果原来是非晶硅)转化成多晶硅层130及110。紧接着栅极氧化层135及无掺杂多晶硅层130再以微影及蚀刻技术选择性移除，用以定义出保留区域125、126、127、128，分别保留以形成n型TFT、p-型TFT、像素TFT与储存电容。如图示，保留区域125部分覆盖于源极120s/漏极区120d，而预定区域126部分覆盖源极122s/漏极区120d，保留区域127部分覆盖在源极/漏极区124s及124d。

请参考图2D，一栅极金属层接着沉积于上述图案化后的表面上。紧接着，再利用微影及蚀刻制程图案化，以形成像素TFT的栅极140i，储存电容140c的顶部电极于像素区101。及形成第一参考电极VSS(电源电极则未图示)，n-型TFT的栅极140n、及p-型TFT的栅极140p于驱动电路区102区。其中在栅极140n两例边各预留一适当大小的LDD预定区142。在栅极140p两侧边各预留一适当大小的源极/漏极预定区143s及143d；同样地，在栅极140i两侧边各预留一适当大小的LDD预定区144。

随后，以参考电极VSS(电源电极未图示)、栅极140n、140p、140i、储存电容的顶部电极140c为罩幕，植入n型导体型杂质于多晶硅层130中，用以在驱动电路区102的多晶硅层130中形成像素TFT的LDD区144及形成n型TFT的轻掺杂漏极(LDD)区142。

请参考图2E，一包含开口区151的第一光阻图案150接着覆盖所有区域、开口区151位于保留区126所在位置，用以定义p-型TFT的源极143s/漏极143d。紧接着以p-型TFT栅极140p，及第一光阻图案150为罩幕，施以离子布植以布植p型导电性杂质，布植p型导电性杂质的剂量高于前述LDD离子布植时n型导电性杂质的剂量。以使得经电性补偿后p-型TFT的源极143s/漏极143d仍有足够浓度的p型导电性杂质。

请参考图2F，在去除所述第一光阻图案150后，接着再形成护层160于所有表面，并对其进行平坦化。护层160的形成方式，可以有如下选择，例如(1)全面沉积氮化硅层，以覆盖上述驱动电路区102及像素区101的所有元件，再继续沉积以平坦化。(2)先沉积一氮化硅层，次沉积氧化硅层也可。(3)先沉积部分厚度的氮化硅层，接着，再沉积感光树脂(Photosensitiveresin layer)。或(4)全部纯以所述感光树脂为护层的材料。

随后，进行退火制程，以活化离子布植的离子。请注意若以感光树脂做为护层，则退火步骤应在护层形成之前。以一较佳实施例而言，如果所述护层材质是氧化硅层或氮化硅层。退火时可以选择在含氢的气氛下进行，以减少多晶硅表面断键所可能产生的问题。

仍请参考图2F，随后形成光阻图案170于护层160(请注意感光树脂材质的护层160本身即可利用光罩进行照光的步骤，不需额外光阻170)，用以在像素面板端部形成接触洞的图案(未图示)及除去像素区101的液晶电容预留区104’上的护层160。再继续以光阻图案170或感光树脂材质160图案为罩幕，施以干式或湿式蚀刻制程以除去裸露的n+掺杂多晶硅层110及其下的金属层105，以裸露像素TFT电容保留区104’的ITO层104’，该ITO层104’做为液晶底部电极。最后再移去光阻图案170，其结果如图2G所示。

上述感光树脂护层160通常需要在形成后照深紫外光(UV)以去除其固有的色彩以使其透明化。随后，再粘合另一玻璃基板，以进行液晶注入像素内制程一如习知技术。在此将不再赘述。

上述实施例以TFT-LCD为例，本发明由于所述像素电容极板大部分区块都是透明的，因此，可以应用的范围不只是TFT-LCD，事实上也可以搭配OLED(有机发光二极管)或OEL(有机发光)元件。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明之保护范围当视权利要求书范围所界定者为准。

Claims (11)

1.一种制造液晶显示器的一像素包含有像素薄膜晶体管与包含有n型TFT及p型TFT的驱动电路部分的方法，其特征是：该方法至少包含以下步骤：

由下而上依序形成一透明导电层、一第一金属层及一n型重掺杂多晶硅层于一透明基板上；

图案化该n型重掺杂多晶硅层、该第一金属层及该透明导电层，用以在驱动电路区形成该n型TFT的源极/漏极预定区、该p型TFT的源极预定区及在像素区形成该像素TFT的源极/漏极预定区、像素电容预定区及储存电容的预定区；

依序全面形成一活性层及一栅极氧化层于图案化后的表面上；

图案化该栅极氧化层、及该活性层，以分别形成第一保留区于该n型TFT的源极/漏极之间并覆盖部分源极/漏极区、第二保留区于该n型TFT漏极区与n型TFT的源极区之间并覆盖部分p型TFT的源极及n型TFT漏极、第三保留区于该像素TFT的源极/漏极区之间并覆盖部分源极/漏极区、及一储存电容介电层在该储存电容预定区；

全面形成栅极金属层于上述图案化后的表面上；

图案化该栅极金属层，用以在该驱动电路区形成该n型TFT的栅极、该p型TFT的栅极、并在该像素区形成像素TFT的栅极及该储存电容的顶部电极，此外在该n型TFT的栅极两侧保留轻掺杂漏极预定区于该第一保留区上、在p型TFT栅极两侧各保留一源极/漏极预定区于该第二保留区上、及在该像素TFT的栅极两侧各保留LDD预定区于该第三保留区上；

以该图案化的栅极金属层为罩幕，植入n型杂质于所有裸露的表面，用以在该活性层形成该像素TFT的LDD区及该n型TFT的LDD区；

形成第一光阻图案以覆盖所有区域，该第一光阻图案开口裸露该第二保留区；

植入p型杂质，植入剂量高于该n型杂质的剂量，以该第一光阻图案及p型TFT栅极为罩幕，以使得该p型TFT的源极/漏极预定区经电性补偿后仅含有足够成为源极/漏极的p型杂质；

移除该第一光阻图案；

全面形成一护层于该裸露的表面上；

图案化该护层，用以移除该像素电容预定区上的护层，于该驱动电路区及该像素区端部形成接触洞；

图案化该像素电容预定区的该金属层，以裸露该像素电容区的透明导电电极。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是：还包含在该驱动电路区形成一电压及一参考电位连接电极。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是：上述的活性层形成步骤包含先形成一非晶硅层，再经激光结晶化以成长为多晶硅层。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是：上述的护层选自感光树脂、氮化硅层、氧化硅层及其组合。

5.如权利要求4所述的方法，其特征是：还包含在该感光树脂形成前，该氮化硅层形成后、或该氧化硅层形成后进行退火步骤以活化该透明基板上所有n型及p型杂质。

6.一种形成于基板的液晶显示器像素区结构，其特征是：至少包含：

一像素TFT形成于该基板上，该像素TFT具有LDD区；

一储存电容，其中该储存电容的底部电极层最下层与该像素TFT的漏极结构的最下层为一透明氧化型导体层并因此形成电性连接，顶部电极连于该像素区外的区域，而与其他像素连接；

一像素电容，该像素电容的底部电极层最下层与上述的透明氧化型导体层具有相同材质，并且与该储存电容的底部电极层最下层形成电性连接。

7.如权利要求6所述的液晶显示器像素区结构，其特征是：上述的LDD区为一轻掺杂多晶硅层及一氧化硅层在该轻掺杂多晶硅层上的结构层。

8.如权利要求7所述的液晶显示器像素区结构，其特征是：上述的轻掺杂多晶硅层部分形成在该透明基板上，部分形成在该像素TFT的源极/漏极上。

9.一种形成于基板的液晶显示器，其特征是：至少包含：

复数个像素排列成阵列形成于一绝缘透明基板上，每一像素具有一TFT且TFT具有LDD区，该每一像素具一储存电容，其中该储存电容的底部电极层最下层与该像素TFT的漏极结构的最下层为一透明氧化型导体层并因此形成电性连接，顶部电极连于该像素区外的区域，而与其他像素连接，且每一像素具有一像素电容，该像素电容的底部电极层最下层与上述的透明氧化型导体层具有相同材质，并且与该储存电容的底部电极层最下层形成电性连接；及

复数个驱动电路TFT具有互补式金氧半晶体管CMOS结构形成于该基板上且在该复数个像素所排列的阵列外，以做为驱动电路TFT，其中该驱动电路TFT的源极/漏极结构也具有透明氧化型导电层。

10.如权利要求9所述的形成于基板的液晶显示器，其特征是：上述LDD区为一轻掺杂多晶硅层及一氧化硅层在该轻掺杂多晶硅层上的结构层。

11.如权利要求10所述的形成于基板的液晶显示器，其特征是：上述轻掺杂多晶硅层部分形成在该透明基板上，部分形成在该像素TFT的源极/漏极上。

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