TW550820B - Active matrix substrate and method of manufacturing the same and active matrix liquid crystal display - Google Patents

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550820 A7 B7 五、發明説明、 發明之概沭 本發明係與製一種主動式矩陣基板之方法有關，該基板 包括由若干主動式元件所組成之一個橫行和縱列陣列，其 中之每一元件分別與一個具有開關轉換作用的薄膜電晶體 (TFT)有關聯，另亦包括一 ESD保護電路，連接至各該 TFT，用以保護該等TFT免受靜電放電（ESD)作用之損壞。 明確a之，但並排他性之用意，本發明係與互補性金屬氧 化物半導體（CMOS)技術製造主動式矩陣基板的方法有關， 例如製造一種含有以CM0S技術所製造且具有開關功能乏 若干TFT，或以CMOS技術製造之積體式橫行縱列推動器 電路之主動式矩陣液晶顯示器（AMLCD)的製造方法有關。 以下特以製造AMLCD為例說明本發明揭露之方法，但讀 者應暸解，本發明並非僅可適用於AM LCD之製造，亦可適 用於其他各種大面積電子裝置，諸如薄膜式資料儲存裝置 或影像感應器等裝置之製造。 如眾所週知，靜電電勢對含有薄介質層之薄膜裝置，特 別是該等裝置中易受損毀之各MOS TFT的閘極區有破壞 力。就AM LCD(主動式矩陣液晶顯示器）而言，其中各TFT 之閘極是連接至相對應之橫排導體，而各TFT之源極和沒極 係連接至各個相對應之縱列導體。如欲預防靜電放電之破 壞力，可藉由加裝保護電路，以調節靜電放電時流經各橫 行導體及縱列導體之間的電流。例如，為達此目的，可經 由一對相對設置且具有部份電阻性的兩個二極體並聯電路 將各橫排導體和縱列導體連接至一接地環上。此種電路裝 _____- 4 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 550820 A7 ___B7 ___ 五、發明説明（2 ) 置係由PCT發表之專利申請案wo 97/13 177和美國專利us 5,585,949和US 5,930,607兩案中公開發表。 本發明目的之一旨在提供一種方法，用以製造如上述己 改善ESD保護電路性能之一種主動式矩陣基板。 依據本發明設計，係提一種製造主動式矩陣基板的方 法’該基板含有由多個橫排及縱列主動元件所組的一個陣 列，其中之每一元件分別與一薄膜電晶體（TFT)有關聯，且 每一 TFT之閘極係其一相對應的橫排導體連接，而其源極和 沒極則分別與相對應之縱列導體相連接。另有一ESd保護 電路與至少一個橫排導體連接，用以保護各Tft免受靜電放 電（ESD)電流所造成的損壞。該方法包括：各tft半導體區 及該ESD保護電路之形成步驟；各TFT閘極及相對應橫排 導體之澱積形成步驟，·以及各TFT源極和汲極及相對應縱列 導體之殿積形成步驟等製程，其中之ESD保護電路於各縱 列導體澱積形成之前應在操作狀態以控制ESD電流。 雖然，傳統式的ESD保護電路無疑地也可於操作進行中 對各種AMLCD提供免受ESD損壞之功能，但本發明各發明 人則認為，如果能於製造過程中提早使該ESD電路開始操 作（例如，可在以澱積處理形成各縱列導體之前）則更為理 想。 於開始以澱積處理形成各縱列導體之前，特別是在以殿 積處理形成各橫排導體之後，可使該ESD保護電路開始進 入操作狀態。 為達成此一目的’可在該ESD保護電路之一個半導體區 — · 5 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公爱) " "— - 550820 A7 ____B7 I、發明説明（3 ) ' ' 摻入一些雜質，以提供一種可受控制之導電路徑，由該半 導體區連接至一橫排導體，通過該半導體區至該基板外面 的環境，並防止電流以相反向流經該半導體區。 另替方式乃係為了消耗該基板上集結的負電荷，可在 該ESD保護電路之一個半導體區域内摻加雜質，以提供一 種可受控制之導電路徑，從該基板外面環境，經過該半導 體區，到達連接至一橫排導體的該半導體區部份，並防止 電流以相反方向流經該半導體區。 主動式矩陣基板製造完成後’可使該ESD保護電路以另 一種和該ESD保護電路於澱積處理形成該等縱列導體之前 所控制ESD之方法不同的方法開始操作控制esd。例如， 可使該E S D保護電路於澱積處理形成各縱列導體之前開始 操作以控制該基板和其外面環境之間的ESD電流，並於完 成主動式矩陣基板製造程序後開始操作以控制橫排和縱列 導體之間的E S D效應。 該ESD保護電路可按一般方式包含一橫向二極體，或一 才κ向閘極短路之T F T連接在橫排及縱列導體之間，而且最好 至少有一對前述之二極體或TFT並聯後連接在各橫排及縱列 導體之間，特別是，該主動區可包括位於該二極體或TFT中 主動區域兩側之兩個部份，其中之第一部份係連接至該橫 排導體，而且一第二部份（位於該主動區另一側者）的面積至 少大於該第一部分面積之兩倍，甚或十倍以上。 本發明另亦提供一依據本發明原理製造之一種主動或矩 陣基體，依本發明申請專利範圍第1 3至第1 5任一項設計製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 550820 A7 B7

造之一種主動式矩陣基板，以及包括該種主動式矩陣基板 之一具主動矩陣式液晶顯示器（AMLCD)。 以下特列舉實例並參閱下列附圖說明本發明之原理： 圖1所示係一依本發明原理製造並含有ESD保護電路之一 種AMLCD主動式矩陣基板的電路簡圖。 圖2所示係圖1所示主動式矩陣基板上所含eSD電路之詳 細電流簡圖。 圖3A至3E各圖所示係圖示主動式矩陣基板的製造方 法簡圖。 圖4A至4C所示乃係該主動式矩陣基板上esd電路之另一 種結構形態。 讀者應瞭解，以上各附圖乃係簡略圖，其中各截面圖及 電路佈局，為便於說明計，其尺碼及形狀或加以誇大或加 以縮小。在不同的具體實例中，相同或類似之特定部份， 均以相同之參代號標示之。 圖1所示係一依本發明揭示的方法製造之AMLCD 1，包括在 一顯示屏面18上之一個顯示區1〇，該顯示區包含^條橫排（丨至^) 和η條縱列（1至η)相同之圖像元件11。為簡化說明計，本圖中僅 顯示數個該等圖像元件，但在實際應用中，在顯示區10内的圖像 總數(mXn)可能高達200,000個以上。每一圖像元件11各有一圖 像電極12以及與其相關具有開關功能且係依本發明所揭示方法（ 如圖3A至3D)製成之一個TFT 13，該TFT係用以控制施加至該 圖像電極之資料信號電壓。該等具有開關功能之TFT 13具有共 同特性，且每一 TFT 13分別安裝在其各自相關的圖像元件鄰近 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

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550820 A7 _—__ B7 __ 五、發明說明（5 )

<立置’其汲極連接至該圖像元件。與每一縱列圖像元件有關之各 該具有開關功能之TFT 13的源極係分別連接至該組並聯縱列導 體中某一相對應之縱列導體14，而該等與每一橫排圖像元件有 關之各該TFT 13的閘極則係分別連接至該組並聯橫排導體15中 之某一相對應橫排導體15。此等TFT之操作係由位於該顯示屏面 18上以CM0S為基板所設置之橫排驅動電路16所提供的閘控信號 之控制。同樣的是，與同一縱列圖像元件有關的各TFT，其圖像 電極所需之資料信號電廢則係由位於同一顯示屏面18上以CMOS 為基板所設置之縱列驅動電路26所提供。因為此等amLCD 内各圖像元件的操作原理已為眾所週知之知識，故不贅述 〇 在該AMLCD顯示屏面18上，各橫排導體15和各縱列導 體14的兩端均設有集成ESD保護電路20，分別經由一共用 電力幹線19與各橫排及縱列導體相連接。圖2所示即為該保 護電路20之詳細圖示。圖中有兩個相反方向橫向並聯之 p-i-n接合式二極體21和21’，藉由此種電路設計，即可控 制跨接於該等橫排和縱列兩端的電壓，其方式係僅容許預 先設定電流值之電流循各該二極體之導電方向流通。 圖3A至3E所示係製造圖1所示主動式矩陣基板之方法， 包括各圖像元件或各集成橫排及縱列驅動電路所需CMOS p 型（在區域R1内）和η型（在區域R2内）電晶體之形成方法，以 及上述ESD保護電路所需p-i-n二極體（在區域R3内）之形成 方法。 參閱圖3A，在一玻璃基板301上，形成一多石夕層，並將 -8 - ^紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) " 一 550820

其規劃成可構成可供形成p型及n型電晶體用之半導體島區 302 302之形狀，並形成一延伸之多石夕區，包括一 ρ-ι-η二極體之主動區，並延伸至上述顯示屏面“的周邊， 且在該處與該基板外面的接地點構成電連接。該項電連接 可能是一種非專門設計與外界環境連接用之電連接，例如 利用一個在製程中用以穩固該玻璃基板之夹子（圖中未顯示） ，或在上述延伸多矽區3 03内所形成用以與外界電接地接頭 相連之一個接觸墊（圖中未顯示）。 利用傳統式製造方法和材料，即可利用如圖3 Β及3,c所未 的方式進行屏蔽處理306，311及摻加雜質等步驟，以形成 P-1-P電晶體R1之各P型摻加雜區307，n-i-η電晶體R2之各 η型摻加雜質區313，包括各LDD區314，以及p-i-n二極體 R3之p型及n型摻加雜質區3〇9，312。 然後，如圖3D所示，為各電晶體ri , R2提供閘極315， 如圖中所示連接至各橫排導體之厚密度摻加雜質之矽層， 或與該等橫排導體連成一體之各金屬區。各橫排導體15也 疋以肩又積處理形成’用以將各閘極與上述Ρ·^η二極體R3内 之ρ型區309連接。以澱積處理形成各閘極315和各橫排導 體15之後’集聚於各TFT閘極處之電荷即可經由ρ“_η二極 體/肖散至接地端’如圖中箭頭317所示。同理，二極體接合 處的極性即可保護各TFT免受來自外界環壞（例如：因處理 該基板所導致）之ESD電流之損壞。 其後，如圖3E所示，分別形成電晶體Ri和r2之源極3 2〇 和汲極32 1，各縱列導體322，以及連接各橫排及縱列導體 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)

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550820 A7 B7 五、發明説明（7 ) 之一個接地環（圖中未顯示）。完成各縱列導體之形成步驟後 ’該ESD保護電路乃可控制流經橫排及縱列導體之間的電 流量，因而可使各TFT閘極上的電荷經由該p-i-n二極體循 圖中箭頭318所示方向消散至接地端。該p-i-n二極體R3乃 係前述極性相反具有部份電阻性且相互並聯的一對二極體 中之一個二極體，利用僅容許預定電流量之電流按照該二 極體導電極性的方向流通之設計，限制跨接該等橫排和縱 列導體兩端的電壓。 圖4Α至4C所示乃係該ESD保護電路之其他構型簡圖。明 確言之，圖4Α之n-i-n閘極短路之TFT構造亦可依圖3Α至 3E所示p-i-n二極體R3的相同操作方式操作。亦即，該n-i-n 閘極短路TFT結構可使電荷提早於製造過程中經由上述延伸 之矽區内消散，並於各縱列導體澱積處理形成步驟完成後 控制在橫排和縱列導體間流動的電荷。同理，負電荷亦可 經由一 n-i-p二極體結構或p-i-p閘極短路之tft結構（如圖 4B及4C所示）而消散（實際上是一電流自外界環境流至該基 板上。 該ESD保護電路之雙重功能，亦即在製造程序初期控制 在該基板和外界環境之間的電荷流量，以及於澱積處理形 成各縱列導體之製造步驟完成後控制在各橫排和各縱列導 體間之電荷流量，可能在某種程度上限制該E s d保護電路 之幾何參數。例如，圖3E中所示之一種p-i-n結構中，向該 基板周邊延伸之二極體結構内的η型部份312，其大小體積 可能比該二極體結構内的ρ型部份的體積大兩倍，五倍，甚 __ - 10 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CMS) Α4規格(210 X 297公爱) ~ ----- 550820 A7

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Claims (1)

1. 550820 曰條正/更 „iL / m % 第090127413號專利申請案 g 中文申請專利範圍替換本(92年2月）C8 六、申請專利範圍 1. 一種用以製造主動式矩陣基板之方法，該基板包括一 組由橫排及縱列主動元件組成的陣列，其中每一元件 各與一薄膜電晶體（TFT)相關聯，各該TFT之閘極分別 與一相對應之橫排導體連接，而且源極和汲極則與一 相對應之縱列導體連接；該基板另亦包括一esd保護 電路，連接於至少一個橫排導體，用以保護該等τ F T 免受靜電放電（ESD)作用之損壞，該方法包括下列各步 驟· 形成各該TFT以及該ESD保護電路之各半導體區； 以搬積處理法形成該等T F T之閘極以及該等相對應 橫排導體；及 以殿積處理法形成該等TF T之源極和汲極以及該等 相對應之縱列導體， 其中之E S D保濩電路在以殿積處理法形成縱列導體之 前即可操作以控制該E S D之電流。 2·如申請專利範圍第1項之方法，於以澱積處理形成各該 縱列導體之前，該ESD保護電路即可開始控制ESD在 該基板和其外界環境之間的放電電流。 3·如申請專利範圍第2項之方法，在以澱積處理形成該等 縱列導體之前，該ESD保護電路於澱積處理形成該等 橫排導體時即可開始操作以控制該基板和其外界環境 之間所發生之E S D電流。 4·如申請專利範圍第2項之方法，於以澱積處理形成該等 縱列導體之前，即在該ESD保護電路之一個半導體區

   C8 D8 六、申請專利範圍 内摻加雜質，俾可從該半導體區至一橫排導體之間提 供一條輕度導電性之通路，經由該半導體區至該基板 卜面的衣境，並阻止電流以相反方向流經該半導體區 域。 5. 如申請專利範圍第2項之方法，於澱積處理形成該等縱 列導體< 前，先在該ESD保護電路某一半導體區内摻 入些雜質’俾可提供一條具有輕度導電性之通路， 由茲基板外面之環境經由該半導體區至該半導體區内 與一橫排導體連接之部份，並可阻止電流以相反方向 流經該半導體區。 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中之ESD保護電路包 括至少一個連接在各橫排及縱列導體之間的橫向二極 體或一橫向閘極短路之TFT。 7·如申請專利範圍第6項之方法，其中之ESD保護電路包 括至少一對極性相反設置之橫向並聯二極體或橫向並 聯閘極短路之T F T，連接在該等橫排及縱列導體之 間。 8.如申請專利範圍第6項之方法，其中至少有一個連接在 各檢排及縱列導體之間的橫向二極體或橫向閘極短路 之TFT的半導體區包括兩個部份分別位於前述二極體 或T F T主動區之兩側，其中之第一部份係連接至該橫 排導體，而該主動區另一側之第二部份之體積至少比 第一部份的體積大兩倍。 9·如申請專利範圍第8項之方法，其中該第二部份之體積 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

   裝 豢 550820 A B c D 六、申請專利範圍 至少比第一部份的體積大十倍。 瓜如申請專利範圍第1、2、3、4、5、6、7、8或9項之 方法，完成該主動式矩陣基板之製造程序後，其中 ESD保護電路控制ESD放電的方式與該電路於各縱列 導體澱積形成之前所使用之控制E S D放電的方式不 同。 U·如申請專利範圍第10項之方法，其中之ESD保護電路 於各縱列導體澱積形成之前的操作方式係控制該基板 和其外界環境之間的ESD作用；而於該主動式矩陣基 板製造完成之後的操作方式是控制各橫排導體和各縱 列導體之間的E S D作用。 12. —種主動式矩陣基板，包含一列與行陣列之主動元 件，其中每一主動元件各與一薄膜電晶體（TFT)有關 聯，每一TFT之閘極分別連接一相對應之橫排導體， 而其源極和汲極係分別連接至各自相對應之縱列導 體，另有一連接至至少一個橫排導體之£31)保護電 路，用以保護該等TFT免受靜電放電（ESD)作用之損 壞，该E S D保護電路包括至少一個連接於橫排及縱列 導體之間的橫向二極體或橫向閘極短路TJ7τ ;且該 E S D保護電路之至少一個橫向二極體或橫向閘極短路 TFT之半導體區含有分別位於該二極體或tft主動區兩 側之兩個部份，其中之第一部份係連接至橫排導體， 而位於該主動區另一側之第二部份的體積至少比第一 部份的體積大兩倍。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(2l〇x297公爱) 550820 A8 B8 C8 D8

   13.如申凊專利範圍弟l 2項之主動式矩陣基板，其中之第 二部份的體簀至少比第一部份的體積大十倍。 14·如申請專利範圍第12項之主動式矩陣基板，其中該 E S D保護電路至少包含一對極性相反以並聯相連接並 連接在各橫排及縱列導體之間的橫向二極體或橫向問 極短路TFT。 15. 如申請專利範圍第1 3項之主動式矩陣基板，其中該 E S D保護電路至少包含一對極性相反以並聯相連接並 連接在各橫排及縱列導體之間的橫向二極體或橫·向閘 極短路TFT。 16. —種主動式矩陣液晶顯不森（A M L C D)，包含一個根據 申請專利範圍第1 2、1 3、1 4或1 5項之主動式矩陣基 板0 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐）