TW565875B - Active plate, liquid crystal display and method of manufacture of an active plate - Google Patents

Description

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本發明係關於一種包括一儲存電容器之主動板及製造主 動板之方法，且尤指一種儲存電容器、像素結構及製造一 例如用於主動矩陣型液晶顯示器内之主動板之方法。 主動矩陣型液晶顯示器（AMLCDs)係廣泛使用於提供多種 用途中之高品質顯示，例如膝上型個人電腦。在此主動矩 陣型液晶顯示器中，相當於個別像素電極之電晶體係用於 驅動液晶顯示器，電晶體大體上為薄膜電晶體（TFTs)。 以往，主動矩陣型液晶顯示器包括一攜載主動像素電極 與相對應TFT驅動電晶體之主動板及一供支持一相對電極之 相對立被動板，且液晶夾置於主動與被動板之間。 一 AMLCD之習知主動板係以俯視圖揭示於圖1及沿a_a截 面揭示於圖2,主動板形成於一實質平坦之基板丨上，橫列 電極2及縱列電極4係以實質垂直方向延伸通過主動板，閘 極6則伸出橫列電極2外，以形成各像素元件之底閘極，絕 緣區8分隔橫列及縱列電極，電容器電極1〇同樣延伸通過主 動矩陣，且平行於橫列電極。 絕緣層16形成於閘極上以構成閘極絕緣層，及形成於 電容器電極上以構成電容器介電質。一半導體區12形成於 絕緣層16上，半導體區包括一下方未摻雜之非晶矽層14， 係在絕緣層16上方自一源極區3 4延伸至一沒極區3 6，及重 度摻雜之接觸區18設於源極及汲極區34、36。一源極接點 32連接於源極區34，且一汲極接點3〇連接於汲極區36，一 刺形件24則自縱列電極4連接於源極接點32。 半導體區12、閘極6、絕緣層16及源極及汲極接點18形成 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 565875 A7 _______B7 五、發明説明（2 ) 一薄膜電晶體（TFT)結構。 TFT結構係由一絕緣層2〇覆蓋，一通孔22透過此絕緣層而 連接於沒極接點30，一大體上由銦錫氧化物構成之透明像 素電極26則透過通孔22而連接於汲極接點30。 一儲存電容器形成於像素電極26與電容線1〇之間，關於 〜此點’一頂電容器電極28形成於儲存電容器電極10上之絕 緣層16上方各像素内，像素電極26透過一通孔22而連接於 頂電容器電極28。 上述單一像素電極及TFT結構係反覆通過基板定義一 像素矩陣。 製成像素電極陣列以形成主動板之典型製程係使用微影 製程及餘刻，以圖樣化用於構成結構之多數層。許多製程 採用五個光罩層，儘管某些製程曾使用四個光罩層。沉積 材料層、定義光阻劑於各層上及隨後蝕刻或曝光高達95%各 材料層等需要即限制了可行之成本節約。再者，微影製程 為高成本製程，其使高成本之工具、有限之產量且消耗大 量昂貴之光阻劑及顯影劑。 據此，以往曾有人提出使用較低成本之較低解析度圖樣 化製程以製造主動矩陣型板，例如，印刷製程即曾提出。 不利的是，相較於習知微影製程，印刷製程之解析度及對 齊之準確度皆不佳。再者，印刷製程例如凹版平版印刷容 易留下絲線或尾端於材料上，而自元件之尾㈣出，μ 絲線或尾端可能造成短路。據此，極難以利用印刷技術: 製造主動板。 -5-

565875 A7 ____B7 五、發明説明（3 ) 因此需要一種使用較低解析度圖樣化製程以製造主動板 之方法及對應之主動板設計。 依本發明所示，其提供一種主動板，包含：一基板；一 第一金屬層，係定義第一儲存電容器電極沿著縱向延伸通 過基板及進一步定義閘極；一第二金屬層，係定義源極及 •汲極以及第二儲存電容器電極；一半導體層，係形成薄膜 電晶體於源極及沒極之間；及一絕緣層，係設於第一及第 二儲存電容器電極之間，其中第二儲存電容器電極係由延 伸通過第一儲存電容器電極之複數指形件構成。 在主動矩陣型液晶顯示器性能中之一重要因數為突跳電 壓，此係成比例於切換TFT内之寄生式閘極像素電容值除以 總像素電容值，而某些製程變化會使TFT寄生式電容值改變 ，突跳電壓亦因而改變，此尤其對於使用較低精確度圖樣 化製程例如印刷者之配置方式構成問題，儘管亦以某些程 度施加於所有主動矩陣型液晶顯示器。 此電壓變化並未發生於AMLCDs，亦未發生於使用TFT與 儲存電容器之主動板的其他結構中，此一結構之實例為一 具有定址元件與儲存電容器陣列之X光偵測器。 在本發明之主動板中，汲極寬度之增加易由指形件寬度 之增加所匹配，因為二者皆形成於第二金屬層内且使用相 同製程圖樣化。當使用於一主動矩陣型結構時，取決於此 二值比率之突跳電壓將較不需要取決於用於定義閘極與指 形件電容器電極之第一金屬層之圖樣化製程中之變化。 複數指形件係可由至少一形成於第二金屬層内之縱向元

565875 五、發明説明（4 件做電連接，其係透過各 <合；逋孔或其他者以分 件連接於像素電極。 刀別將各心形 指形件之寬度係在一半至-拉 千至一倍於汲極寬度之範圍内，為 了有效抵銷，較佳為〇.8至1.2倍。 马 主動板可以併合多項特性以容許一 .._ ^ ^ ^ 或夕層由一較低精確 度圖樣化製程形成’例如，丰導f J ^ 千导體可以沿縱向延伸過閘極 ，因此延伸自半導體之任意絲線或尾端將留在閘極上，而 不致因為短路嚴重影響到結構。 汲極可以延伸通過半導體與閘極之全寬，此單純之配置 方式使半導體與閘極易以較低解析度製程。再者，當結合 一與第一電極邊緣疊合之第二電極時，突跳電壓將較不敏 感於形成第一儲存電容器電極與TFT閘極之一金屬層之寬度 變化。 又 為了結合複數指形件及疊合之電極，本發明之實施例即 以沿側向延伸通過第一電極全寬之複數指形件構成第二電 極0 閘極係以實質上固定之寬度沿著縱向延伸通過基板。 主動板可以併合於一具有液晶於主動與被動板之間之液 晶顯示器内。 本發明亦關於一種製造一主動板之方法，其包含以下步 驟：使用一較低精確度圖樣化製程以沉積及圖樣化一第一 金屬層於一基板上，第一金屬層係定義閘極及沿著縱向延 伸通過基板之第一儲存電容器電極；沉積一絕緣層；使用 一較低精確度圖樣化製程以沉積及圖樣化一半導體層，而 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 565875

形成薄膜電晶體；及使用一較高精確度製程以沉積及圖樣 化一第二金屬層’第二金屬層係定義源極及汲極以及第二 儲存電容器電極，#中第二儲存電容器電極係經圖樣化以 具有複數指形件延伸通過第一儲存電容器電極。 ，疊合之第二儲存電容器電極可減少因為使用較低精確度 製程以圖樣化某些層所致之負面影響，特別是第一金屬層 特別疋，依此製成之裝置可比其他者呈現較低之突跳電 壓變化。 在實施例中，較高精確度製程可為微影製程，而較低精 確度製程為印刷。 沒極可延伸通過閘極之寬度。 本發明之特定實施例將藉由僅供舉例說明之相關圖式揭 露，其中： 圖1係一習知主動矩陣型液晶顯示器之俯視圖； 圖2揭示通過圖i配置方式中之薄膜電晶體之截面； 圖3a至3e係以俯視圖說明本發明實施例製造一主動板之 製造步驟； 圖4係沿圖3e所示主動板之截面^4所取之側視圖； 圖5a至5d係本發明實施例與比較實例之一電容器電極型 式之細部圖；及 圖6係本發明液晶顯示裝置之簡示側視截面圖。 睛注意所有圖式皆僅為簡示而特別未依比例。 圖3係以簡示之俯視圖說明本發明製造一薄膜裝置之舉例 方去之步驟，及圖4說明沿截面B-B所取之此薄膜裝置，在 -8 -

565875 A7 ____ B7 五、發明説明（6 ) 實例中，該裝置為一主動矩陣型液晶顯示器之一主動板。 舉例實施例製造一主動板之方法開始於一基板1 ,基板係 由一透明材料製成，例如玻璃，其備有一上表面4〇，如圖 所示實質上呈平坦狀。 一第一金屬層2、10印刷於基板1之表面4〇上，金屬層2、 10疋義出複數橫列電極2以延伸通過基板，及複數儲存電容 器線10同樣延伸通過基板且平行於橫列電極2。為了清楚起 見，圖3中僅示一橫列電極2及一儲存電容器線1〇 ,但是可 以瞭解的是多數橫列電極2及儲存電容器線1〇可提供以形成 一陣列。 第一金屬層2、10係在單一平版印刷操作中印刷，即在平 行於橫列電極2之橫列方向42中印刷通過基板。橫列2及電 容電極10係在使用於顯示器之陣列區内呈實質上固定寬度 ，出現在橫列2及電容電極1〇末端處之任意尾端44係出現在 顯示區以外，且因而具有極小影響。 一由亂化石夕構成之閘極介電質層16隨後形成於整個基板j 上。 其次’形成半導體突塊12，此係藉由沉積一層内在之非 晶石夕14(i a-Si:H)及隨後一層摻雜之非晶矽i8(n+ a-Si:H)而形 成，各層使用相同型式之光罩印刷。半導體突塊12沿著縱 向配置於橫列電極上且呈長方形，長方形之長側邊平行於 橫列電極2，亦即沿著橫列方向42，印刷即實施於橫列方向 42中。半導體突塊12下方之橫列電極2區域係使用做為閘極。 下一步驟為提供一第二金屬層4、28、30、46，此係沉積 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 565875 五、發明説明（ 於整個基板上及隨後使用習知微影蝕刻予以圖樣化。金屬 層形成縱列電極4，係在一垂直於橫列電極2之方向中延伸 通過基板，且其一部分構成源極接點32。指形件46係自縱 列電極延伸繞過汲極，以形成另一源極接點32。第二金屬 層亦形成一汲極30 ,縱列電極4、指形件46及汲極3〇係在垂 直於橫列方向42中延伸通過半導體突塊12。 金屬層4、28、30、46亦用於形成儲存電容器48之頂電極 28，頂電極之形狀為複數指形件5〇，其延伸通過閘極之寬 度，且由複數縱向元件52接合，以連接頂電極28。延伸通 過第一電極之指形件50之寬度實質上相同於汲極3〇之寬度 ，而汲極30延伸通過閘極2及半導體突塊12。 第二儲存電極28之一些或所有指形件5〇亦可延伸於不同 方向，但是並非沿側向通過第一儲存電容器電極1〇，而是 例如在橫列方向42中沿著縱向或斜向。 在第二金屬層4、28、30、46中通過儲存電容器之指形件 50利用縱向元件52接合並非主要方式，任意適當之電連接 方式皆可使用，例如可透過相對應於各指形件之分離式通 孔22而連接，通孔22可連接於另一層内之導體，方便性的 如像素電極26。 絕緣層16有如頂電極28與儲存電容器線1〇之間之電容器 介電質。 ° 第二金屬層4、30、46隨後使用做為一钱刻光罩，以實施 一背通道蝕刻步驟而蝕除摻雜之非晶矽層丨8，但是在第二 金屬層4、30、46下方者除外，此即留下内在之非晶矽層二 本紙張尺度_中國固家料(CNS) A4規格(21GX297公爱) 裝 訂 565875 A7

於橫列電極2上，以形成薄膜電晶體之通道。半導體突塊下 方之橫列電極2之區域6形成薄膜電晶體之閘極。依此方式 則薄膜電晶體之通道長度即由較高精確度之微影蝕刻圖樣 化方法定義，而非較低精確度之印刷方法。諸層之配置方 式，且特別是半導體突塊與橫列電極之單純型式，意指半 導體突塊與橫列電極之精確度錯誤較無習知陣列式結構者 嚴重。 一鈍化層20隨後形成於整個基板上，例如利用一較低精 碟度方法，例如印刷。一接觸孔光罩隨後印刷及用於蝕刻 電容器之頂電極28與汲極30上方之通孔22。鈍化層20為氮 化石夕，其他材料亦可使用，諸如聚合物材料。接觸孔光罩 隨後去除，此為習知技術。 例如為銦錫氧化物（ΙΤΟ)之像素電極26隨後印刷於鈍化層 20上以完成主動板，印刷方向垂直於橫列方向42。像素電 極26與相鄰橫列電極2之間之間隙足以使像素電極之尾絲44 不致疊合於相鄰橫列電極2。 突跳電壓係比例於定址脈衝末端之閘極電壓變化與閘極· 沒極電容值對總像素電容值之比率之乘積，總像素電容值 即儲存電容值加上（主動與被動板之間之）液晶電容值再加上 閘極-沒極電容值。 造成汲極30寬度略為增加或減少之任意製程變化將易造 成指形件50寬度之相對應略為增加或減少，因此二者皆為 第二金屬層之一部分且一併圖樣化。在各例子中之，，寬度，， 係指平行於基板且實質上垂直於電極延伸方向之一平面中 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公釐) 565875 A7 B7 五、發明説明（9 ) --— 之電極尺寸，若第二電容器電極28或汲極3〇分別沿侧向延 伸通過第一電容器電極丨〇或閘極2之寬度，則寬度將在橫列 方向42中量測。 閘極及極電容值之增加或減少因而匹配於儲存電容值之 相對應增加或減少，因此，所示之結構可減低第二金屬層 内之元件寬度變化所致之突跳電壓變化。 此外，頂電極28疊合於下方儲存電容器電極1〇之邊緣， 依此右秩列電極2及電容器電極10之寬度略大於或小於標 稱叹计值時，儲存電容器之電容值將增加，而之閘極_ 沒極電容值亦然。再次，突跳電壓極不易隨著製程變化而 改變’此次為第一金屬層之寬度變化。 上述方式係Philips之併同專利申請案GB〇1〇5145 7(吾人 之參考案號為PHGB 010030)内所述方式之衍生發展，在此 納入供作參考。在該併同專利申請案之方式中，五層圖樣 化製程係用於定義-主動板之諸層，諸層之設計不同於習 知者’以利於其僅需圖樣化一層，即用於源極及汲極金屬 化之層，且使用—高準度製程例如微影姓％。其他層則可 使用一低精確度製程，例如印刷。 —應該注意的是突跳電壓變化之減小並非取決㈣極6之特 疋尘式例如，本發明亦可用於閘極6呈馬刺狀且自橫列電 極2沿側向延伸之配置方式中。 雖然如此，使用一橫列電極2做為閘極6且備有一半導體 12於其上時仍可容許結構以較低精確度之圖樣化製程輕易 565875 A7 B7 五、發明説明（1〇 ) 圖5說明儲存電容器之第二電極28之多種可行性形狀，在 所述之實施例中，第二金屬層4、28、30、46定義出沒極30 且經圖樣化以提供具有複數指形件5〇之第二儲存電容器電 極28，第二金屬層係提供於第一金屬層2、1〇上。惟，本發 明亦適於第二金屬層4、28、30、46提供於第一金屬層2、 〜1〇下方之配置方式。 圖5a說明前述併同申請案中所示之配置方式，其中第二 電極28整體在第一儲存電容器電極10上方且在其面積以内。 在圖5b之比較實例中，對照之下，第二電極28叠合於下 方電容器電極10之邊緣。依此，當頂儲存電容器電極28因 為製程變化而較寬於標稱值時，閘極之寬度易於同樣地變 寬。因此，儲存電容器48之電容值及TFT之寄生式閘極-没 極電容值係並行地變化，且突跳電壓中之任意變化係減小 。計算顯示使用此電容器之設計相較於圖5a所示者，其對 於閘極2與下方電容器電極1〇之金屬層寬度變化之敏感度僅 有 40% 〇 圖5c所示之設計，依本發明所示，其對於形成縱列電極4 、汲極30及儲存電容器48第二電極28之第二金屬層4、28、 30、46寬度變化具有較低之敏感度❶沒極3〇之寬度變化係 匹配於閘極電容器之第二儲存電極28者，因此閘極-汲極及 儲存電容值趨向於並行地變化。依模型式建議，此配置方 式可以實質上減少突跳電壓對於第二金屬層4、28、3〇、46 元件寬度變化之敏感度。 圖5d說明本發明之配置方式，其結合圖5b、c二者之優點 -13 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公嫠) ------— 565875 A7 B7 五、發明説明（Μ ) ，在此例子中，儲存電容器48設計減低第一 2、10及第二4 、28、30、46金屬層二者寬度變化之影響。 圖6說明一通過一液晶顯示器之簡示截面，液晶顯示器具 有一主動板62、一被動板64及主與被動板之間之液晶66 , 習於此技者將依此而熟悉液晶顯示裝置之製造。 ' 本發明並不限於已揭示之配置方式，特別是，儘管本發 明已揭述一特定型式之薄膜電晶體及電容器，本發明亦適 用於具有一儲·存電容器及薄膜電晶體之其他型式主動板。 本發明方法適用之一應用實例為大型影像感應器之製造， 例如工業用X光偵測器，其可具有積合於儲存電容器之TFT。 其他變更型式可達成於前述實施例之細部結構中，例如 ’基板可呈不透明且板可用反射光操作，在此例子中，像 素電極即不需要透明。 在另一變更型式中，某些或所有層可以藉由該層之材料 覆蓋基板、印刷一光阻圖樣於材料上及蝕除不需要圖樣化 该層之材料而形成，使用印刷過之光阻劑可避免需要以微 影蝕刻技術處理光阻劑，依此方式即可使用一較低成本之 印刷技術圖樣化，而不需要直接印刷所用之該層。 本發明並不限於上述底閘極式結構之製造，其亦適用於 頂閘極式結構之製造，習於此技者將瞭解到，諸層之順序 將決疋製程步驟之順序。例如，針對一底閘極式結構，形 成閘極之橫列電極可以沉積及圖樣化，接著為閘極絕緣層 ，接著為半導體區及源極與汲極之金屬化。反之，欲形成 一頂閘極式結構時，定義閘極之橫列電極可以在源極及汲 -14-

五、發明説明（12 ) 極金屬化之後沉積，接著沉積半導體層及閉極絕緣層。 上述實施例使用微影蝕刻做為較高解析度製程及使用印 刷做為較低解析度製程，惟，本發明亦適用於其他組製程 。例如，用於大部分層之較低解析度製程可為一較低解析 度之微影製程’例如使用—接觸對準器，而對於較高解析 度製程:!可使用-投影對準器。另者，一接觸對準器可使 用於較高解析度製程’而使用印刷做為較低解析度製程。 再者，不需·要限制製程數為二個，例如，可以方便地使 用一較低精確度製程以圖樣化一層，而另一層使用不同之 較低精確度製程。 ，本發明亦可用多種半導體技術，上述非晶矽層可由多種 半導體之任一者替代，其實例包括多晶矽、有機半導體、 II-VI族半導體如CdTe、III-V族半導體如GaAs、及其他者。 金屬層可為鋁、銅、或任意方便之導體，不必要為金屬。 審讀本文後，其他變化及變更型式將為習於此技者明瞭 諸此變化及變更型式相關於包含薄膜電路、半導體裝置 、及其組件在内之電子裝置之設計、製造及使用上之等效 技術與其他特性，且可替代或添加於前述特性中。 儘管申請專利範圍已在本申請案中載明諸特性之特定組 合，應該瞭解的是，本發明之揭露範圍亦包括文内所明示 或暗喻之任意新穎特性或任意特性之新穎組合，無論其是 否相關於申請專利範圍所主張之本發明，或是否如本發明 般解決任意或所有相同之技術問題。各實施例内文中揭述 之特性亦可併合提供於單一實施例内，反之，為了簡明起

本紙張尺度適財@时標準(CNS) A4規格(210 297公釐） 565875 A7 B7 五、發明説明（13 ) 見，揭述於單一實施例内文中之多項特性亦可分別提供或 做適當之次併合。申請人在此提請注意，本申請專利範圍 在本申請案或其衍生之任意其他申請案提出期間即載明諸 此特性及/或諸此特性之組合。 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 565m

   申請案 替換本(92年8月) 、申請專利範圍 一種主動板，包含 一基板； 一第一金屬層，係定義第一儲存電容器電極沿著縱向 延伸通過基板及進一步定義閘極； 、° 第一金屬層，係定義源極及汲極以及第二儲存電办 器電極； ％ # 極之間；及 一絕緣層，係設於第一 其中第二儲存雷宏器雷 一半導體本體層，係形成薄膜電晶體本體於源極及汲 及第二儲存電容器電極之間， /、中第二儲存電容器電極係由延伸通過第一儲存電容 器電極之複數指形件構成。 2· 2申請專利範圍第1項之主動板，其中第二儲存電容器 電極 < 複數指形件係沿側向延伸通過第一儲存電容器電 極之寬度。 私 3·如中請專利範圍第1或2項之主動板，其中指形件之寬度 係在一半至二倍於汲極寬度之範圍内。 4·=申請專利範圍第1或2項之主動板，其中第二金屬層定 我至少一兀件以電連接於第二儲存電容器電極之指形件。 5如申請專利範圍第1或2項之主動板，其中半導體沿著縱 向延伸通過閘極。 6·如申請專利範圍第1或2項之主動板，其中閘極係以實質 上固定之寬度沿著縱向延伸通過基板。 7· 一種液晶顯示器，包含申請專利範圍第丨或2項之一主動 板、一被動板及主動與被動板之間之液晶。

   92· δ. ：χ ；j Ε：] 補无 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 8 · 一種製造一主動板之方法，其包含以下步驟： 使用一較低精確度圖樣化製程以沉積及圖樣化_第_ 金屬層於一基板上，第一金屬層係定義閘極及沿著縱向 延伸通過基板之第一儲存電容器電極； 沉積一絕緣層； 使用一較低精確度圖樣化製程以沉積及圖樣化一半導 體本體層，而形成薄膜電晶體本體；及 使用一較高精確度製程以沉積及圖樣化一第二金屬屬 ’第二金屬層係定義源極及汲極以及第二儲存電容器電 極， 其中第二儲存電容器電極係經圖樣化以具有複數指形 件延仲通過第一儲存電容器電極。 9.如申請專利範圍第8項之方法，其中汲極係經圖樣化以 延伸通過閘極之寬度。 10·如申請專利範圍第8或9項之方法，其中較高精確度製程 係微影製程而較低精確度製程係印刷。

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