CN1758127A - 具有多晶硅层的显示面板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种显示面板，包括一基板和形成于基板上的多个薄膜晶体管。其中基板包括一显示区域及一驱动电路区域。而薄膜晶体管包括第一组薄膜晶体管，位于驱动电路区域，具有一第一多晶硅层，且第一多晶硅层由一金属诱发横向结晶法(MILC)而制成；和第二组薄膜晶体管，位于显示区域，具有一第二多晶硅层，且第二多晶硅层的一部分由一固相结晶法(SPC)所制成，其余部分则以MILC制成。

Description

具有多晶硅层的显示面板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种具有多晶硅层的显示面板及其制造方法，尤其涉及一种在显示区域中包含金属诱导多晶硅(MILC poly-Si)和固相结晶多晶硅(SPCpoly-Si)等两种结晶的显示面板及其制造方法。

背景技术

在玻璃基板上形成TFT的技术，可分为非晶硅(Amorphous Silicon，a-Si)工艺与多晶硅工艺，而多晶硅TFT与a-Si TFT的最大区别，在于其电特性与工艺繁简的差异。a-Si TFT的工艺较简单但载流子迁移率较多晶硅TFT低，且a-Si工艺具有高寄生电容(Parasitic capacitance)、本质上的低载流子迁移率(Carrier mobility)、及低开口比(Aperture ratio)的缺点。而多晶硅TFT拥有较高的载流子迁移率(较高载流子迁移率意味着TFT能提供更充分的电流)，虽然工艺上较为复杂，但可以解决a-Si工艺的上述问题，并提供再结晶工艺良好的稳定性。

在转换非晶硅层成为多晶硅层的技术方面，目前已经发展出多种结晶方法，包括准分子激光退火(Excimer LaserAnnealing，ELA)、固相结晶法(SolidPhase Crystallization，SPC)和金属诱发横向结晶(Metal Induced LateralCrystallization，MILC)等等。其中，准分子激光退火虽然是现今低温多晶硅批量生产的主要技术，可惜的是，ELA机台昂贵，形成的多晶硅晶粒大小造成电特性不均匀，且表面粗糙度太大，因此很难将驱动器(driver)做在玻璃基板上。因此MILC和SPC常应用于具有玻璃基板的显示面板的工艺技术中。MILC技术是利用金属(大都是用镍金属)在低温下与硅反应形成金属硅化物，进而诱发非晶硅结晶。MILC的工艺中，首先，以化学气相沉积(CVD)在玻璃基板上低温镀制一非晶硅层，再利用等离子体气相沉积(PVD)在非晶硅层上镀一层金属薄膜。接着在550℃下进行热处理，即可诱发出多晶硅膜，以制造薄膜晶体管。其中MILC所诱发出的多晶硅，为沿着特定方向排列的长形针状晶粒，顺着其长轴方向有非常好的电特性。至于固相结晶法(SPC)，一般是在沉积非晶硅层后，在真空中600℃下进行退火，使非晶硅层进行固相结晶，而形成多晶硅。

在显示面板的不同区域也有不同的性能要求。一般显示面板包含显示区域(Displaying Region)及驱动电路区域(Circuit Driving Region)，在显示区域较重视是否有漏电流的电特性表现，在驱动电路区域则较重视载流子迁移率(Mobility)的电特性表现。而驱动电路区域中，多晶硅的晶粒大小(Grain Size)和晶界(Grain Boundary)规则性均会对载流子迁移率造成影向。

由MILC所诱发出的多晶硅，其结晶性良好，具有较佳的载流子迁移率(低阻抗)，但是所制成的TFT具有较高的漏电流，因此适于制作驱动电路区域的TFT(较重视载流子迁移率)。而由SPC所形成的多晶硅，其结晶性较差，载流子迁移率较低(高阻抗)，但是所制成的TFT具有较小的漏电流，因此适于制作显示区域的TFT(较重视是否有漏电流)。不过，即使如此，在实际应用时仍有问题待进一步的克服。

请参照图1，其绘示一种TFT结构的栅极、源极和轻掺杂漏极的示意图。一般在TFT组件结构中，硅基板11上在原来N型的源极12和漏极13靠近栅极17处，会增加一组掺杂程度较原来的源极12和漏极13更低的N型区(记为N-)，称为轻掺杂漏极(lightly doped drain，LDD)15；一般源极12和漏极13的掺杂浓度为1×10¹⁴，而LDD 15的掺杂浓度为3×10¹³。设计LDD的目的是为了降低漏电流，防止短沟道效应(short channel effct)发生。

然而，由于LDD 15的掺杂浓度比源极12和漏极13的掺杂浓度要低，该处电阻也就比较高，使得漏极13到源极12的串联电阻(series resistance)增加，这将导致整个TFT组件的操作速度降低，且功耗(power dissipation)上升。若增加TFT组件中LDD 15的掺杂浓度，该处的电阻也会降低一些。对于显示面板的显示区域(假设具有SPC多晶硅)及驱动电路区域(假设具有MILC多晶硅)来说，若将全部TFT组件的LDD 15掺杂浓度提升，该处阻值降低，则SPC多晶硅的载流子迁移率增加，因此显示区域的电特性表现提升了，但是驱动电路区域的漏电流量却增加了而使电特性表现变差。反之，若是降低LDD 15的掺杂浓度，该处阻值提升，则SPC多晶硅的载流子迁移率降低，因此显示区域的电特性表现变差，但是驱动电路区域的漏电流量降低而使电特性表现提升。

因此，如何兼顾显示区域和驱动电路区域的电特性表现，以制作出高品质的显示面板，实为研发者一重要努力目标。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的就是提供一种具有多晶硅层的显示面板及其制造方法，利用在显示区域中形成金属诱导多晶硅(MILC poly-Si)和固相结晶多晶硅(SPC poly-Si)等两种结晶，使显示面板的显示区域和驱动电路区域均具有良好的电特性表现。

根据本发明的目的，提出一种显示面板，包括一基板和形成于基板上的多个薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)。其中基板包括一显示区域及一驱动电路区域。而TFT包括第一组薄膜晶体管，位于驱动电路区域，具有一第一多晶硅层，且第一多晶硅层由一金属诱发横向结晶法(MILC)而制成；和第二组薄膜晶体管，位于显示区域，具有一第二多晶硅层，且第二多晶硅层的一部分由一固相结晶法(SPC)所制成，其余部分则以MILC制成。

根据本发明的目的，提出一种显示面板的多晶硅层的制造方法，包括步骤如下：

提供一基板，包括一显示区域及一驱动电路区域；

形成一非晶硅层于基板上；

形成一第一金属图案和一第二金属图案于非晶硅层上，且第一金属图案对应驱动电路区域，且第二金属图案对应显示区域；

以一金属诱发横向结晶法对非晶硅层进行结晶，使得与驱动电路区域对应的非晶硅层完全结晶为一第一金属诱导多晶硅层(first MILC poly-Silayer)，与显示区域对应的非晶硅层则有一部分尚未结晶而其余部分则成为一第二金属诱导多晶硅层(second MILC poly-Silayer)；以及

以一固相结晶法(SPC)对与显示区域对应且尚未结晶的部分进行结晶，以成为一固相结晶多晶硅层(SPC poly-Silayer)。

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为绘示一种TFT结构的栅极、源极和轻掺杂漏极的示意图。

图2为绘示一种显示面板的简单示意图。

图3A为绘示根据本发明一优选实施例的驱动电路区域的TFT组件的简单示意图。

图3B为绘示根据本发明一优选实施例的显示区域的TFT组件的简单示意图。

图4A～4D为绘示根据本发明一优选实施例的显示面板的多晶硅层的制造方法流程图。

主要组件符号说明

11：硅基板

12、232、252：源极

13、233、253：漏极

15、235、255：轻掺杂漏极

17、237、257、437、457：栅极

20：显示面板

23、43：驱动电路区域

231：第一多晶硅层

430：第一金属图案

431：第一金属诱导多晶硅层

25、45：显示区域

251：第二多晶硅层

2511：第二多晶硅层的MILC多晶硅

2512：第二多晶硅层的SPC多晶硅

450：第二金属图案

4511：第二金属诱导多晶硅层

4512：固相结晶多晶硅层

42：非晶硅层

具体实施方式

本发明提出一种具有多晶硅层的显示面板及其制造方法，使显示面板的显示区域和驱动电路区域均具有良好的电特性表现。以下以一优选实施例做本发明的详细说明，然而，此实施例并不会限缩本发明欲保护的范围。另外，图标中省略不必要的组件，以清楚显示本发明的实施例。

图2为绘示一种显示面板的简单示意图。显示面板20包括一基板和形成于基板上的多个薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)，且基板上包括一驱动电路区域23及一显示区域25。而多个薄膜晶体管包括第一组薄膜晶体管，位于驱动电路区域23；和第二组薄膜晶体管，位于显示区域25。

图3A为绘示根据本发明一优选实施例的驱动电路区域的TFT组件的简单示意图。图3B为绘示根据本发明一优选实施例的显示区域的TFT组件的简单示意图。

如图3A所示，第一组薄膜晶体管位于驱动电路区域23，且具有第一多晶硅层231、源极232、漏极233、和靠近栅极237处的轻掺杂漏极(lightly dopeddrain，LDD，图标中记为N-)235，其中第一多晶硅层231由一金属诱发横向结晶法(MILC)制成。

如图3B所示，第二组薄膜晶体管位于显示区域25，且具有第二多晶硅层251、源极252、漏极253、和靠近栅极257处的轻掺杂漏极(lightly dopeddrain，LDD，图标中记为N-)255，其中第二多晶硅层251的一部分2512由一固相结晶法(SPC)制成，其余部分2511则以金属诱发横向结晶法(MILC)制成。

至于以固相结晶法所制成的第二多晶硅层的部分2512，其位置优选地与薄膜晶体管的沟道位置(在栅极257上方)相对应，例如是位于沟道、漏极253和源极252的下方。在此实施例中，则以位于沟道正下方为优选例作说明。

在进行显示面板的制作时，轻掺杂漏极235和255的掺杂浓度相同，当选定一较低的掺杂浓度值时，轻掺杂漏极235和255处的阻值较高。因此如图3A所示的驱动电路区域23的漏电流值可维持在一较低数值，而使驱动电路区域23具有良好的电特性表现。而如图3B所示的显示区域25，在LDD255、漏极253和源极252下方也为MILC多晶硅(即标示2511的部分)，因此载流子迁移率比传统使用SPC多晶硅要高，而使显示区域的电特性表现提升；而沟道下方的SPC多晶硅(即标示2512的部分)，结晶性较差，载流子迁移率较低，但是所制成的TFT可产生较小的漏电流。

换句话说，除了具有MILC多晶硅的驱动电路区域23具有微小漏电流的优点外，藉由在显示区域25中制作金属诱导多晶硅(2511)和固相结晶多晶硅(2512)等两种结晶，可使显示区域25兼具载流子迁移率高和漏电流量较小的优点。而应用本发明的显示面板也因而具有高品质的电特性表现。

另外，在应用本发明一实施例于一显示面板的制作时，可使位于驱动电路区域23的第一多晶硅层231的结晶方向与第一组薄膜晶体管的沟道方向大致平行，以获得较佳的载流子迁移率。而位于显示区域25的第二多晶硅层251的结晶方向与第二组薄膜晶体管的沟道方向成一角度(如垂直)，以产生较小漏电流，获得均匀的电特性。

以下则提出一制造方法的相关说明，以制造出上述实施例的具有多晶硅层的显示面板。

请参照图4A～4D，其绘示根据本发明一优选实施例的显示面板的多晶硅层的制造方法流程图。首先，如图4A所示，提供一基板41，并在基板41上形成一非晶硅层42，且基板41上包括一驱动电路区域43和一显示区域45。

接着，如图4B所示，分别形成一第一金属图案(first metal pattern)430和一第二金属图案450于非晶硅层42上，且第一金属图案430对应驱动电路区域43，第二金属图案450对应显示区域45。其中，第一金属图案430在对应第一组薄膜晶体管的多个沟道处具有一第一间距d1，而第二金属图案450，则在对应第二组薄膜晶体管的多个沟道处具有一第二间距d2，且该第一间距d1小于该第二间距d2。例如第一间距d1小于第二间距d2约0.1μm～5μm。另外，第一金属图案430和第二金属图案450优选地位于漏极、源极的上方。而图中绘示的虚线部分为栅极437和457将来的位置。

之后，以一金属诱发横向结晶法(MILC)对非晶硅层42进行结晶(温度范围例如是约为350℃～550℃)，使得与驱动电路区域43对应的非晶硅层42完全结晶为一第一金属诱导多晶硅层(first MILC poly-Si layer)431，与显示区域45对应的非晶硅层42则一部分成为一第二金属诱导多晶硅层(second MILCpoly-Silayer)4511，另有一部分则尚未结晶，如图4C所示。

接着，以一固相结晶法(SPC)对与显示区域45对应且尚未结晶的部分进行结晶(例如是将工艺温度提升至约600℃或600℃以上)，以成为一固相结晶多晶硅层(SPC poly-Silayer)4512，如图4D所示。而固相结晶多晶硅层4512的位置优选地与薄膜晶体管的沟道位置相对应。

在非晶硅层42完全转换为多晶硅层后，可移除第一金属图案430和第二金属图案450，并进行薄膜晶体管的后续制作。

当然，本领域的普通技术人员当知，第一金属图案430的第一间距d1与第二金属图案450的第二间距d2，其实际数值可视实际进行结晶化的操作条件而定。只要第二间距d2大于第一间距d1，使得驱动电路区域43的非晶硅层42可完全结晶为第一金属诱导多晶硅层431，而显示区域45的非晶硅层42仅有部份成为第二金属诱导多晶硅层4511，尚未结晶的部分则优选地与TFT的沟道位置相对应，即可制造出如本发明实施例的位于显示区域的多晶硅层结构(如图3B和4D所示)。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (12)

1.一种显示面板，包括：

一基板，包括一显示区域及一驱动电路区域；及

多个薄膜晶体管，形成于该基板上，包括：

一第一组薄膜晶体管，位于该驱动电路区域，具有一第一多晶硅层，且该第一多晶硅层由一金属诱发横向结晶法而制成；和

一第二组薄膜晶体管，位于该显示区域，具有一第二多晶硅层，且该第二多晶硅层的一部分由一固相结晶法制成，其余部分则以该金属诱发横向结晶法制成。

2.如权利要求1所述的显示面板，其中以该固相结晶法所制成的该第二多晶硅层的该部分，与所述多个薄膜晶体管的多个沟道的位置相对应。

3.如权利要求2所述的显示面板，其中以该固相结晶法制成的该第二多晶硅层的该部分位于所述多个沟道的下方。

4.如权利要求2所述的显示面板，其中以该固相结晶法制成的该第二多晶硅层的该部分位于所述多个沟道和多个漏极和源极的下方。

5.如权利要求1所述的显示面板，其中位于该驱动电路区域的该第一多晶硅层的结晶方向与该第一组薄膜晶体管的沟道方向平行。

6.如权利要求1所述的显示面板，其中位于该显示区域的该第二多晶硅层的结晶方向与该第二组薄膜晶体管的沟道方向垂直。

7.一种显示面板的多晶硅层的制造方法，包括：

提供一基板，包括一显示区域及一驱动电路区域；

形成一非晶硅层于该基板上；

形成一第一金属图案和一第二金属图案于该非晶硅层上，且该第一金属图案对应该驱动电路区域，且该第二金属图案对应该显示区域；

以一金属诱发横向结晶法对该非晶硅层进行结晶，使得与该驱动电路区域对应的该非晶硅层完全结晶为一第一金属诱导多晶硅层，与该显示区域对应的该非晶硅层则有一部分尚未结晶而其余部分则成为一第二金属诱导多晶硅层；和

以一固相结晶法对与该显示区域对应且尚未结晶的该部分进行结晶，以成为一固相结晶多晶硅层。

8.如权利要求7所述的制造方法，在完成该固相结晶多晶硅层后，还包括：

移除该第一金属图案和该第二金属图案；及

形成多个薄膜晶体管于该基板上，

其中所述多个薄膜晶体管包括位于该驱动电路区域的一第一组薄膜晶体管和位于该显示区域的一第二组薄膜晶体管。

9.如权利要求8所述的制造方法，其中该固相结晶多晶硅层与该第二组薄膜晶体管的多个沟道的位置相对应。

10.如权利要求8所述的制造方法，其中

对应于该驱动电路区域的该第一金属图案，在对应该第一组薄膜晶体管的多个沟道处具有一第一间距，而对应于该显示区域的该第二金属图案，则在对应该第二组薄膜晶体管的多个沟道处具有一第二间距，且该第一间距小于该第二间距约0.1μm～5μm。

11.如权利要求7所述的制造方法，其中进行该金属诱发横向结晶法的温度范围约为350℃～550℃。

12.如权利要求7所述的制造方法，其中进行固相结晶法的温度大于等于约600℃。

Images