TWI423435B - 影像顯示系統及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種平面顯示器技術，特別是有關於一種有機發光二極體(organic light emitting diode,OLED)顯示器中週邊電路區及OLED驅動區具有不同的電特性(electrical characteristic)的薄膜電晶體(TFT)裝置以及具有這些TFT裝置的影像顯示系統及其製造方法。
近年來，主動式陣列平面顯示器的需求快速的增加，例如主動式陣列有機發光二極體(active matrix OLED,AMOLED)顯示器。AMOLED顯示器通常利用薄膜電晶體(thin film transistor,TFT)作為畫素區的開關元件以及發光元件的驅動元件。另外，AMOLED顯示器的週邊電路區(即，驅動電路區)也需要使用由TFT所構成的CMOS電路。
依據主動層所使用的材料分為非晶矽(a-Si)及多晶矽TFT。相較於非晶矽TFT，多晶矽TFT具有高載子遷移率及高驅動電路集積度及低漏電流的優勢而常用於高速操作的產品。因此，低溫多晶矽(low temperature polysilicon,LTPS)成為平面顯示器技術的一種新的應用。LTPS可藉由簡單的IC製程形成之，並將驅動電路整合於具有畫素的基板上，降低了製造成本。
在LTPS薄膜電晶體製造中，週邊電路區及畫素區的TFT具有實質上相同的電特性。然而，AMOLED顯示器中，週邊電路區的TFT及畫素區的開關TFT之電特性需不同於畫素區的驅動TFT。舉例而言，前者需設計成具有高載子遷移率及低次臨界擺盪(sub-threshold swing)等特性，藉以提供快速響應。另外，後者需設計成具有高次臨界擺盪及低起始電壓(threshold voltage)等特性，藉以增加顯示灰階(gray scale)及延長OLED壽命。然而，若依照上述LTPS製程，要製作不同電特性的TFT是相當困難的。
另外，在上述LTPS製程期間，TFT的主動層(activelayer)是採用高功率雷射結晶化製程所形成的。然而，由於雷射輸出能量不均，使得所形成的每一OLED驅動TFT的驅動電流有所差異，造成顯示器產生視覺缺陷/發光不均勻(mura)的問題。
因此，有必要尋求一種用於OLED顯示器的薄膜電晶體裝置，其可具有不同電特性的TFT，並可解決OLED驅動TFT所引發的視覺缺陷/發光不均勻的問題。
有鑑於此，根據本發明提供一種影像顯示系統及其製造方法，其中影像顯示系統包括一薄膜電晶體裝置，薄膜電晶體裝置的不同區域使用不同晶粒尺寸或由不同結晶化製程所形成的多晶矽主動層，藉以在不同區域提供不同電特性的薄膜電晶體並改善視覺缺陷/發光不均勻的問題。再者，使用同一多晶矽材料層來製作薄膜電晶體裝置在不同區域的薄膜電晶體閘極與主動層，使具有多晶矽閘極的薄膜電晶體具有較小的起始電壓，同時避免因藉由不同結晶化製程來形成多晶矽主動層而造成閘極介電層厚度控制上的難處。
根據本發明提供一種影像顯示系統，此系統包括一薄膜電晶體裝置，其包括：具有一第一區及一第二區的基板、位於第一區及第二區且覆蓋基板的第一絕緣層、位於第一區且設置於基板與第一絕緣層之間的第一多晶矽主動層、位於第二區且設置於第一絕緣層上的第二多晶矽主動層、設置於第一多晶矽主動層上方的第一絕緣層上的多晶矽閘極層、覆蓋多晶矽閘極層以及第二多晶矽主動層的第二絕緣層、以及設置於第二多晶矽主動層上方的第二絕緣層上的金屬閘極層。其中，第一多晶矽主動層、位於上方的第一絕緣層與多晶矽閘極層係構成第一薄膜電晶體，而第二多晶矽主動層、位於上方的第二絕緣層與金屬閘極層係構成第二薄膜電晶體。
根據本發明又提供一種影像顯示系統之製造方法，其中此系統具有薄膜電晶體裝置，而此方法包括：提供一基板，其具有第一區及第二區。在基板的第一區上形成第一多晶矽主動層。在第一多晶矽主動層上及基板的第二區上覆蓋第一絕緣層。在位於第一區的第一絕緣層上形成多晶矽閘極層，且同時在位於第二區的第一絕緣層上形成第二多晶矽主動層。在多晶矽閘極層上及在第二多晶矽主動層上覆蓋第二絕緣層。在第二多晶矽主動層上方的第二絕緣層上形成金屬閘極層。其中，第一多晶矽主動層、位於上方的第一絕緣層與多晶矽閘極層係構成薄膜電晶體裝置的第一薄膜電晶體，而第二多晶矽主動層、位於上方的第二絕緣層與金屬閘極層係構成薄膜電晶體裝置的第二薄膜電晶體。
以下說明本發明實施例之製作與使用。然而，可輕易了解本發明所提供的實施例僅用於說明以特定方法製作及使用本發明，並非用以侷限本發明的範圍。
請參照第1圖，其繪示出一主動式陣列有機發光二極體(AMOLED)顯示器平面示意圖。AMOLED顯示器包括：一顯示面板10、資料線驅動電路12、以及掃描線驅動電路14。顯示面板10係具有複數個畫素單元，為了簡化圖式，此處僅繪示出單一畫素單元10a。資料線驅動電路12具有複數資料線D1至Dn，而掃描線驅動電路14具有複數掃描線S1至Sn。每一畫素單元10a與一條資料線以及一條掃描線連接(例如，資料線D3及掃描線S3)而排列成一矩陣。
請參照第2圖，其繪示出第1圖中畫素單元10a的電路示意圖。典型的畫素單元中具有一驅動薄膜電晶體(driving TFT)用於驅動發光元件、一開關薄膜電晶體(switching TFT)用於切換畫素單元的狀態、以及一儲存電容用於儲存影像資料。在本實施例中。畫素單元10a係包括：一發光元件22，例如有機發光二極體(OLED)，以及用以驅動該發光元件22之驅動薄膜電晶體18，其一般為P型薄膜電晶體(PTFT)。畫素單元10a並包含一開關薄膜電晶體16，其一般為N型薄膜電晶體(NTFT)，以及一儲存電容器20。開關薄膜電晶體16的閘極連接至對應之掃描線S3，汲極連接至對應之資料線D3，源極則與儲存電容器20的一端以及驅動薄膜電晶體18的閘極連接。儲存電容器20的另一端係與驅動薄膜電晶體18的源極連接，且連接至電壓源Vdd。驅動薄膜電晶體18的汲極係與發光元件22連接。
如之前所述，由於視覺缺陷/發光不均勻的問題，必須考量畫素單元10a的驅動薄膜電晶體18的一致性。然而，對於開關薄膜電晶體16與週邊電路所使用的薄膜電晶體(未繪示)而言，則對於元件效能的要求較高。換言之，驅動薄膜電晶體18的需求與開關薄膜電晶體16及週邊電路薄膜電晶體的電特性需求不同。
以下說明本發明實施例之影像顯示系統及其製造方法。第3I圖係繪示出根據本發明實施例之影像顯示系統，特別是一種具有薄膜電晶體裝置400的影像顯示系統。本發明的實施例係於一透明基板上的一區域製造用於週邊電路的NTFT及PTFT與用於畫素單元的開關薄膜電晶體(如，NTFT)，且在另一區域製造用於畫素單元的驅動薄膜電晶體(如，PTFT)。在以下的敘述中，用於週邊電路的薄膜電晶體與用於畫素單元的開關電晶體係稱作「非驅動用薄膜電晶體」。
薄膜電晶體裝置400包括具有第一區100及第二區200的基板300。一緩衝層302，可任意地覆蓋於基板300上，以作為基板300與後續所形成的主動層之間的黏著層或是污染阻障層，其可由氧化矽層、氮化矽層、或其組合所構成。
一多晶矽主動層306設置於第一區100的緩衝層302上，而多晶矽主動層314及316則設置於第二區200的緩衝層302上。在本實施例中，多晶矽主動層306的晶粒尺寸不同於多晶矽主動層314及316的晶粒尺寸。舉例而言，後者的晶粒尺寸大於前者的晶粒尺寸。多晶矽主動層306包括一通道區以及一對被通道區所隔開的源極/汲極區306b。同樣地，多晶矽主動層314包括一通道區以及一對源極/汲極區314a，而多晶矽主動層316包括一通道區以及一對源極/汲極區316b。
一絕緣層308覆蓋基板300的第一區100及第二區200。特別的是位於第一區100的絕緣層308覆蓋多晶矽主動層306以作為閘極介電層，而位於第二區200的絕緣層308則夾設於基板300與多晶矽主動層314及316之間。
一多晶矽閘極層312設置於多晶矽主動層306上方的絕緣層308上，其與多晶矽主動層314及316由同一多晶矽層所構成。換言之，多晶矽閘極層312與多晶矽主動層314及316係藉由圖案化一多晶矽層所形成的。
一絕緣層318覆蓋多晶矽閘極層312與多晶矽主動層314及316，其中位於多晶矽主動層314及316上方的絕緣層318亦作為閘極介電層，且在對應於多晶矽主動層314及316的絕緣層318上方分別設置有金屬閘極層322及324。
在本實施例中，位於第一區100的多晶矽主動層306、絕緣層308、及多晶矽閘極層312係構成一薄膜電晶體，其包括用於AMOLED的發光元件的驅動薄膜電晶體。再者，位於第二區200的多晶矽主動層314及316、絕緣層318、及金屬閘極層322及324係構成二薄膜電晶體，其包括用於AMOLED的非驅動用薄膜電晶體(即，開關薄膜電晶體以及週邊電路薄膜電晶體)。需注意的是在第一區100及第二區200中薄膜電晶體的實際數量係取決於電路設計，並未侷限於第3I圖所繪示的三個薄膜電晶體。
接下來，第3A至3I圖係繪示出根據本發明實施例之具有薄膜電晶體400之影像顯示系統之製造方法剖面示意圖。請參照第3A圖，提供一基板300，其具有一第一區100及一第二區200。在本實施例中，第一區100係用於製作驅動TFT。第二區200的左側的部分係用於製作非驅動用之NTFT，而右側的部分係用於製作非驅動用之PTFT。基板300可由玻璃、石英、或其他透明材料所構成。
接著，可任意地於基板300上形成緩衝層302。之後，在緩衝層302上形成非晶矽層(未繪示)並對其進行結晶化製程，以將非晶矽層轉化成多晶矽層304。在本實施例中，多晶矽層304可藉由非雷射結晶技術進行該結晶化製程。舉例而言，非雷射結晶技術包括：固相結晶化法(solid phase crystallization,SPC)、金屬誘發結晶化法(metal induced crystallization,MIC)、金屬誘發側向結晶化法(metal induced lateral crystallization,MILC)、電場增強金屬誘發側向結晶化法(field enhanced metal induced lateral crystallization,FE-MILC)、或電場增強快速熱退火法(field enhanced rapid thermal annealing)等等。在此列舉的各種結晶化法僅為例示，本發明並不受限於此。
請參照第3B圖，藉由習知微影及蝕刻製程圖案化多晶矽層304，以在基板300的第一區100上方形成一多晶矽主動層306。
請參照第3C圖，在基板300的第一區100及第二區200上方形成絕緣層308並覆蓋多晶矽主動層306。絕緣層308可由氧化矽、氮化矽、或其他習知閘極介電材料所構成。接著，在絕緣層308上形成非晶矽層(未繪示)並對其進行結晶化製程，以將非晶矽層轉化成多晶矽層310。特別的是，不同於多晶矽層304，多晶矽層310係利用絕緣層308作為一隔離層來進行高功率雷射結晶化製程(標準雷射結晶化法)而形成的。例如，準分子雷射退火(excimer laser annealing,ELA)法。
請參照第3D圖，圖案化多晶矽層310，以在第一區100的絕緣層308上形成對應於多晶矽主動層306的多晶矽閘極層312，且同時在第二區200的絕緣層308上形成多晶矽主動層314及316。由於第一區100的多晶矽主動層306與第二區200的多晶矽主動層314及316係利用不同的結晶化製程而形成的，故多晶矽主動層306的晶粒尺寸不同於多晶矽主動層314及316的晶粒尺寸。舉例而言，藉由ELA所形成的多晶矽主動層314及316的晶粒尺寸大於藉由非雷射結晶技術所形成的多晶矽主動層306的晶粒尺寸。
請參照第3E圖，利用習知微影技術在第3D圖所示的結構上形成一光阻圖案層317，用以在多晶矽主動層314中定義源極/汲極區。接著，利用光阻圖案層317作為佈植罩幕(implant mask)，對多晶矽主動層314實施重離子佈植(heavy ion implantation)319，以在多晶矽主動層314內形成N型的源極/汲極區314a。
請參照第3F圖，在去除光阻圖案層317之後，在絕緣層308上依序形成絕緣層318及金屬層320並覆蓋多晶矽閘極層312與多晶矽主動層314及316。同樣地，絕緣層318可由氧化矽、氮化矽、或其他習知閘極介電材料所構成。再者，金屬層320可由鉬(Mo)、鉬合金、或其他習知金屬閘極材料所構成。
請參照第3G圖，藉由習知微影及蝕刻製程來圖案化金屬層320，以分別在多晶矽主動層314及316上方的絕緣層318上形成金屬閘極層322及324。接著，利用金屬閘極層322及324作為佈植罩幕，對多晶矽主動層314及316實施輕離子佈植(light ion implantation)325，以在多晶矽主動層314內形成N型的輕摻雜汲極(lightly doped drain,LDD)區314b，而分別在多晶矽主動層306及316內形成輕摻雜源極/汲極區306a及316a。另外，在進行輕離子佈植325之後，多晶矽閘極層312成為一N型摻雜多晶矽閘極層。此處，第二區200的多晶矽主動層314、位於上方的絕緣層318及金屬閘極層322係構成非驅動用之NTFT。在本實施例中，非驅動用之NTFT可為開關TFT。
請參照第3H圖，利用習知微影技術在非驅動用之NTFT上覆蓋一光阻圖案層327。接著，以光阻圖案層327作為佈植罩幕，對多晶矽主動層306及316實施重離子佈植329，以分別在多晶矽主動層306及316內形成P型的源極/汲極區306b及316b。另外，在進行重離子佈植329之後，多晶矽閘極層312成為一P型摻雜多晶矽閘極層。此處，第一區100的多晶矽主動層306、位於上方的絕緣層308及多晶矽閘極層312係構成驅動PTFT。再者，第二區200的多晶矽主動層316、位於上方的絕緣層318及金屬閘極層324係構成非驅動用之PTFT。在本實施例中，非驅動用之PTFT可為週邊電路TFT。
請參照第3I圖，在去除光阻圖案層317之後，在第3H圖的結構上依序形成絕緣層330及332，以作為保護層、平坦層、中間層、或其組合。絕緣層330及332可為氧化矽、氮化矽、或其組合。之後，藉由習知微影及蝕刻製程，在絕緣層330及332形成露出源極/汲極區306b、314a及316b的接觸孔並於其內填入導電材料而形成對應於源極/汲極區306b、314a及316b的電極334、336、及338，其材質包括：鋁(Al)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、或其組合。如此一來，便完成本發明實施例之TFT裝置製作。
根據上述實施例，由於驅動TFT的主動層是採用非雷射結晶化製程製造而成，可避免顯示器產生視覺缺陷/發光不均勻的問題。再者，由於元件效能要求較高的週邊電路TFT及開關TFT的主動層仍採用雷射結晶化製程製造而成，可維持其元件效能。換言之，由於不同結晶化製程製造而成的主動層具有不同的晶粒尺寸，故驅動TFT的電特性可不同於週邊電路TFT及開關TFT的電特性。另外，驅動TFT的閘極由多晶矽所構成，其功函數(work function)通常小於金屬閘極，因此可降低驅動TFT的起始電壓及增加驅動電流，而進一步延長OLED壽命。
第4圖係繪示出根據本發明另一實施例之具有影像顯示系統方塊示意圖，其可實施於平面顯示(FPD)裝置500或電子裝置700，例如筆記型電腦、手機、數位相機、個人數位助理(personal digital assistant,PDA)、桌上型電腦、電視機、車用顯示器、或攜帶型DVD播放器。根據本發明之TFT裝置400可設置於平面顯示裝置500，而平面顯示裝置500可為OLED顯示器。在其他實施例中，TFT裝置400可設置於電子裝置700。如第4圖所示，電子裝置700包括：平面顯示裝置500及輸入單元600。輸入單元600係耦接至平面顯示器裝置500，用以提供輸入信號(例如，影像信號)至平面顯示裝置500以產生影像。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10．．．顯示面板
10a．．．畫素單元
12．．．資料線驅動電路
14．．．掃描線驅動電路
16．．．開關薄膜電晶體
18．．．驅動薄膜電晶體
20．．．儲存電容器
22．．．發光元件
100．．．第一區
200．．．第二區
300．．．基板
302．．．緩衝層
304、310．．．多晶矽層
306、314、316．．．多晶矽主動層
308、318、330、332．．．絕緣層
306a、316a．．．輕摻雜源極/汲極區
306b、314a、316b．．．源極/汲極區
312．．．多晶矽閘極層
314b．．．輕摻雜汲極區
317、327．．．光阻圖案層
319、329．．．重離子佈植
325．．．輕離子佈植
322、324．．．金屬閘極層
334、336、338．．．電極
400．．．薄膜電晶體裝置
500．．．平面顯示器裝置
600．．．輸入單元
700．．．電子裝置
D1-Dn．．．資料線
S1-Sn．．．掃描線
Vdd．．．電壓源
第1圖係繪示出一主動式陣列有機發光二極體顯示器平面示意圖；
第2圖係繪示出第1圖中畫素單元的電路示意圖；
第3A至3I圖係繪示出根據本發明實施例之具有薄膜電晶體之影像顯示系統之製造方法剖面示意圖；以及
第4圖係繪示出根據本發明另一實施例之影像顯示系統方塊示意圖。
100．．．第一區
200．．．第二區
300．．．基板
302．．．緩衝層
306、314、316．．．多晶矽主動層
308、318、330、332．．．絕緣層
306b、314a、316b．．．源極/汲極區
312．．．多晶矽閘極層
314b．．．輕摻雜汲極區
322、324．．．金屬閘極層
334、336、338．．．電極
Claims (17)
- 一種影像顯示系統，包括：一薄膜電晶體裝置，包括：一基板，該基板上具有一第一區及一第二區，且該第一區鄰近該第二區；一第一絕緣層，位於該第一區及該第二區且覆蓋該基板；一第一多晶矽主動層，位於該第一區且設置於該基板與該第一絕緣層之間；一第二多晶矽主動層，位於該第二區且設置於該第一絕緣層上；一多晶矽閘極層，設置於該第一多晶矽主動層上方的該第一絕緣層上；一第二絕緣層，覆蓋該多晶矽閘極層以及該第二多晶矽主動層；以及一金屬閘極層，設置於該第二多晶矽主動層上方的該第二絕緣層上；其中該第一多晶矽主動層、位於上方的該第一絕緣層與該多晶矽閘極層係構成一第一薄膜電晶體，而該第二多晶矽主動層、位於上方的該第二絕緣層與該金屬閘極層係構成一第二薄膜電晶體。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，其中該第一及該第二多晶矽主動層具有不同的晶粒尺寸。
- 如申請專利範圍第2項所述之影像顯示系統，其中該第二多晶矽主動層的晶粒尺寸大於該第一多晶矽主動 層。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，更包括一緩衝層，覆蓋該基板，且由一氧化矽層、一氮化矽層、或其組合所構成。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，其中該第二多晶矽主動層與該多晶矽閘極層由同一多晶矽層所構成。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，更包括：一平面顯示裝置，包括該薄膜電晶體裝置；以及一輸入單元，耦接至該平面顯示裝置，用以提供一輸入至該平面顯示裝置，使該平面顯示裝置顯示影像。
- 如申請專利範圍第6項所述之影像顯示系統，其中該平面顯示裝置為有機發光二極體顯示器，該第二薄膜電晶體係為週邊電路薄膜電晶體以及開關薄膜電晶體中之一者，而該第一薄膜電晶體係為一發光元件的一驅動薄膜電晶體。
- 如申請專利範圍第6項所述之影像顯示系統，其中該系統包括一具有該平面顯示裝置的電子裝置。
- 如申請專利範圍第8項所述之影像顯示系統，其中該電子裝置包括一筆記型電腦、一手機、一數位相機、一個人數位助理、一桌上型電腦、一電視機、一車用顯示器、或一攜帶型DVD播放器。
- 一種影像顯示系統之製造方法，其中該系統具有一薄膜電晶體裝置，而該方法包括： 提供一基板，該基板上具有一第一區及一第二區，且該第一區鄰近該第二區；在該基板的該第一區上形成一第一多晶矽主動層；在該第一多晶矽主動層上及該基板的該第二區上覆蓋一第一絕緣層；在位於該第一區的該第一絕緣層上形成一多晶矽閘極層，且同時在位於該第二區的該第一絕緣層上形成一第二多晶矽主動層；在該多晶矽閘極層上及在該第二多晶矽主動層上覆蓋一第二絕緣層；以及在該第二多晶矽主動層上方的該第二絕緣層上形成一金屬閘極層；其中該第一多晶矽主動層、位於上方的該第一絕緣層與該多晶矽閘極層係構成該薄膜電晶體裝置的一第一薄膜電晶體，而該第二多晶矽主動層、位於上方的該第二絕緣層與該金屬閘極層係構成該薄膜電晶體裝置的一第二薄膜電晶體。
- 如申請專利範圍第10項所述之影像顯示系統之製造方法，其中該第一及該第二多晶矽主動層具有不同的晶粒尺寸。
- 如申請專利範圍第11項所述之影像顯示系統之製造方法，其中該第二多晶矽主動層的晶粒尺寸大於該第一多晶矽主動層。
- 如申請專利範圍第10項所述之影像顯示系統之製造方法，更包括在形成該第一多晶矽主動層之前，在該基 板上覆蓋一緩衝層，其中該緩衝層由一氧化矽層、一氮化矽層、或其組合所構成。
- 如申請專利範圍第10項所述之影像顯示系統之製造方法，其中該第一及該第二多晶矽主動層係由不同的結晶化製程所形成的。
- 如申請專利範圍第14項所述之影像顯示系統之製造方法，其中該第一多晶矽主動層係由非雷射結晶技術所形成，該非雷射結晶技術包括固相結晶化法、金屬誘發結晶化法、金屬誘發側向結晶化法、電場增強金屬誘發側向結晶化法、或電場增強快速熱退火法。
- 如申請專利範圍第14項所述之影像顯示系統之製造方法，其中該第二多晶矽主動層與該多晶矽閘極層係由準分子雷射退火法所形成。
- 如申請專利範圍第10項所述之影像顯示系統之製造方法，其中該薄膜電晶體裝置用於一有機發光二極體顯示器，該第二薄膜電晶體係用於該有機發光二極體顯示器的一週邊電路薄膜電晶體以及一開關薄膜電晶體，而該第一薄膜電晶體包括用於該有機發光二極體顯示器的一發光元件的一驅動薄膜電晶體。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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