TW200810131A - System for displaying images and fabrication method thereof - Google Patents

Description

200810131 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關於一種平面顯示器技術，特別是有關於 一種改良的薄膜電晶體（TFT)裝置，其驅動電路區及晝 素區具有不同的電特性（electrical characteristic )以及具 有此TFT裝置的影像顯示:系統製造方法。 【先前技術】 ❿ 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裝置（AMOLED)顯示器。 主動式陣列有機發光裝置通常利用薄膜電晶體作為晝素 及驅動電路的開關元件，而其可依據主動層所使用的材 料分為非晶砍（a-Si)及多晶梦薄膜電晶體。相較於非晶 矽薄膜電晶體，多晶矽薄膜電晶體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，低溫多晶石夕（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1C製程形成之，並將驅動電路整合於具有晝素 的基板上，降低了製造成本。 在LTPS薄膜電晶體製造中，驅動電路區及晝素區 的薄膜電晶體係豬由相同的製程及同步形成之。因此， 驅動電路區及晝素區的薄膜電晶體具有相同的電特性。 然而，主動式陣列有機發光裝置中，驅動電路區的薄膜 電晶體電特性需不同於晝素區的薄膜電晶體。舉例而 0773-A32025TWF;P2006004;spin 6 200810131 :率：：！動電路區的薄膜電晶體設計成具有高載子遷 夕 一人臨界擺盪（sub-threshold swing)等特性，获 速響應。另外，需將畫素區的薄膜電晶體設： 成:、有兩次臨界擺遂等特性’藉以高對比率（—t ^ 1〇 然而，因為，兩區的薄膜電晶體是藉由相同的制 = 之’故要在晝素區製作高次臨界擺盪的:薄 电曰二且在驅動電路區製作低次臨界«及高载子遷 移率的薄膜電晶體示相當困難的。 因此，有必要尋求一種新的薄膜電晶體裝置，豆在 ，動包路區及晝素區中具有不同的薄膜電晶體電特性， 藉以在晝素區提供具有高次臨界擺盪的薄膜電晶體，而 在驅動電路區提供具有高電子遷移率及低次擺的 薄膜電晶體。 I的 【發明内容】 有鑑於此，本發明之目的在於提供―種影像顯示系 統。此系統包括一薄膜電晶體裝置，其包括一I \ 動琶路區及〜素區的基底。第一及第二主動層分 置於驅動電路區及晝素區的基底上，其中第一主動層2 有一晶粒尺寸，且大於第二主動層的晶粒尺寸。二 結構分別設置於第-及第二主動層上’其中每―閘二吉 構包括由-閘極介電層及1極層所構成的疊層。 射板設置於第一主動層下方的基底上，且與第一主 絕緣。· 、 0773-A32025TWF;P2006004;spin 7 200810131 包括:提供一基】;缚=晶體裝置’而此方法 在驅動電路區的基板㈣及-晝素區。 晝素區的基底上形成一 ：了及 層上形成-非綱。藉由一…覆:反f板。，在絕緣 = ::Γ行退火處理’使非晶剩變成-多 曰g /、接位於反射板上部分的多晶矽層且有一 寸’且切其他部分的多晶秒層的晶粒尺^。圖 木化夕晶㈣，以在反射板上形成—第—主動層全 素區的基底上形成一第二主動層。 旦 【實施方式】 以下祝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时_❹魏㈣特定方I 作及使用本發明’並非用以侷限本發明的範圍。 ^下祝明本發明實施例之影像顯示系統及其製造方 ^ 一第1F圖及⑦2圖料示出根據本發明實施例之影像 以不糸、，4 ’特別是-種具有薄膜電晶體裝£雇的影像 顯不系統，其中薄膜電晶體裝置2〇〇包括具有一驅動電 路區D及-晝素區？的一基底1〇〇。一緩衝層搬可選 擇性地設置於基底_上，以作為基底⑽與後續所形 成的主動層之間的黏著層或是污染阻障層。 第一主動層112.設置於驅動電路區D的基底1〇〇 0773-A32025TWF;P20〇6〇〇4;Spin 200810131 上’而第二主動層114設置於晝素區P的基底1〇〇上。 第一主動層112包括一通道區113a以及一對被通道區 113a所隔開的源極/汲極區113b。第二主動層114包括一 通道區115a以及一對被通道區115a所隔開的源極/汲極 區ll5b。在本實施例中，第一及第二主動層112及114 可由低溫多晶矽所構成，其中第一主動層.112具有一晶 粒尺寸，且其大於第二主動層114的晶粒尺寸。

二閘極結構分別設置於第一及第二主動層112及 114上而構成薄膜電晶體。位於畫素區p的薄膜電晶體 (即，晝+素TFT)可為NM〇s或CM〇s。位於驅動電路 區D的薄膜電晶體（即，驅動TFT)可為NMOS、PMOS 或CMOS。*置於第—主動層112上的閘極結構包括由 -閘電層116及一閘極層118所構成的疊層。而設 置；第i動層114上的閘極結構包括由一閑極介電層 116及一閘極層12〇所構成的疊層。 反射板10 5，{歹丨丨士口 —居〇 例如金屬層，設置於第一主動層 ==底HK)上。再者，反射板⑽藉由一絕緣層 化二 層112絕緣’其中絕緣層106可由-氧 Π動：= 夕層或其組合所構成。在本實施例中， 二二=體對準於反射板1〇5,如第峨示。 tot 射板⑽可完全覆蓋驅動電路區〇 的的基底10Θ，如第2圖所示。 7包 第1A至1F圖係繪示出根 膜雷日雕7㈤+旦據本龟明貫施例之具有薄 日日體200之影像顯示系 、見之崴造方法剖面示意圖。 0773-A32025TWF;P2006004;spin 9 200810131 請參照第1A圖，提供一基底100，其具有一驅動電路區 D及一晝素區Ρ。基底200可由玻璃、石英、或塑膠所構 成。一緩衝層102可選擇性地形成於基底100上，作為 基底100與後續形成的膜層之間的黏著層或污染阻障 層。緩衝層102可為一單層或多層結構。舉例而言，緩 Τ Τ 衝層102可由一氧化石夕、一氮化石夕、或其組合所構成。： 在基底100上形成一反射層104。反射層104可由 金屬所構成，例如鋁（Α1)、銅（Cu)、鉬（Mo)或其 ⑩ 合金。再者，反射層104的厚度大於100埃（A)且可藉 由習知的沉積技術形成之，例如激鍍法或CVD。 請參照第1B圖，藉由習知微影及蝕刻製程圖案化 反射層104，以在驅動電路區D的基底100上形成一反 射板105。在本實施例中，反射板105位於驅動電路區D 之欲於後續製程步驟中形成主動層的區域。在其他實施 例中，反射板105可完全覆蓋驅動電路區D的基底100。 請參照第1C圖，在驅動電路區D及畫素區P的,基 ® 底100上依序形成一絕緣層106及依非晶矽層（未繪 示），以覆蓋反射板105，使非晶矽層能藉由絕緣層106 而與反射板105絕緣。在本實施例中，絕緣層106可為 一單層或多層結構。舉例而言，絕緣層106可由一氧化 石夕、一氮化梦、或其組合所構成。 接下來，對非晶矽層實施一雷射退火處理109，使 非晶石夕層轉變成多晶石夕層108。在習知的低溫多晶石夕 (LTPS )製造中，多晶矽層係藉由準分子雷射退火 0773-A32025TWF;P2006004;spin 10 200810131 (excimer laser annealing，ELA)處理戶斤形成。然而，要 降低驅動TFT的次臨界擺盪相當困難，其原因在於由波 長為248 nm至351nm的準分子雷射所形成的多晶矽層的 晶粒尺寸並不夠大。因此，在本實施例中，採用波長不 小於400 nm的雷射光束，例如固態雷射光束，來進行雷 τ t 射退火處理109，:其對於非晶矽材料的穿透性優於準分子 雷射。因此，波長不小於400 nm的雷射光束可通過多晶 矽層及絕緣層106而自反射板105重複地反射，進而在 正向於反射板105上方多晶矽層108的部分110提供較 南的結晶溫度。亦即’正向於反射板10 5上方的該部分 110的多晶矽層108具有大於其他部份的晶粒尺寸。多晶 石夕材料的晶粒尺寸通常反比於晶界電容（grain-boundary capacitance)。相反地，晶界電容正比於次臨界擺盪。因 此，當薄膜電晶體中多晶矽主動層的晶粒尺寸增加時， 可具有較低的次臨界擺盪。接下來，可選擇性地對多晶 矽層108進行通道摻雜製程。 請參照第1D圖，圖案化如第1C圖所示的多晶矽層 10 8 ’以在驅動電路區D的反射板10 5上形成一多晶砍圖 案層112,且在晝素區P的基底100上形成一多晶矽圖案 層114。特別的是多晶矽圖案層112大體對準於反射板 105。而多晶矽圖案層112及114係分別做為驅動電路區 D中薄膜電晶體的第一主動層及晝素區P中薄膜電晶體 的第二主動層。由於大體對準於反射板105的第一主動 層112所形成的結晶溫度高於第二主動層114,故第一主 0773-A32025TWF;P2006004;spin 11 200810131 動層^的晶粒尺寸大於第二主動層114的晶粒尺寸。 月 > 妝第1E圖，在第一及第二主動層112及114 2絕緣層106上依序形成一絕緣層116及一導電層（未 二L在本貝施例中，絕緣層116係作為閘極介電層 口 為一單層或多層結構。舉例而言，絕緣層116 口 氧化矽、一氮化矽、或其組合所構成：。而絕緣層 U猎由習知沉積技術形成之，例如CVD。導電層可 =屬Λ構成’例如錮（M。）仙合金。導電層可“ 或核法形成之。隨後_導電層，以分別在第一 Γ主主Λ層/12及114上形成閘極層m及120。 I 第1F圖，利用閘極層及】20做為佈植罩 112^ 114 在元成重離子佈植12〗夕姑 、s、、/ 11C 忡植121之後，通迢區113a係形成 下方的第一主動層112，，而一對源極/汲 :形成於第一主動層112中且被通道區仙 第通道區U5a係形成於閘極層120下方的 一主叙馬7 14中，而一對源極/汲極區115b亦形成於第 實施例之薄膜電晶體裝置/AM。如此便完成本 ”丨本j施例，由於畫素區Ρ的第二主動層114的 :粒:::於驅動電路區D的第一主動層ιΐ2的晶粒尺 盪因Γ、^的次臨界擺盈高於驅動TFT的次臨界擺 盈。因此，薄膜電晶濟梦罢〇 區”具有不同:Π:電路區D及畫素 电％/·生亦即，晝素TFT可具有較高 0773-A32025TWF;P2006004;spin 12 200810131 的次臨界擺盪，以增加顯示裝置的灰階反轉（gray scale inversion )，進而使顯示裝置具有較高的對比率。同時， 驅動TFT可具有較高的載子遷移率及較低的次臨界擺 盪，而提供快速的響應。 第3圖係繪示出根據本發明另一實施例之具有影像 ? τ 顯示系統方塊示意圖，其可實施於一平面顯示（FPD)裝 置300或電子裝置500，例如一筆記型電腦、一手機、一 數位相機、一個人數位助理（personal digital assistant， ⑩ PDA)、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。之前所述的薄膜電晶體（TFT) 裝置可併入於平面顯示裝置300,而平面顯示裝置300可 為LCD或0LED面板。如第3圖所示，平面顯示裝置300 包括一薄膜電晶體裝置，如第1F或2圖中的薄膜電晶體 裝置200所示。在其他實施例中，薄膜電晶體裝置300 可併入於電子裝置500。如第3圖所示，電子裝置5⑽包 括：一平面顯示裝置300及一輸入單元400。再者，輸入 • 單元400係耦接至平面顯示器裝置300,用以提供輸入信 號（例如，影像信號）至平面顯示裝置300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内，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。 0773-A32025TWF;P2006004;spin 13 200810131 【圖式簡單說明】 膜.：二t 1F圖係繪示出根據本發明實施例之具有薄 ^晶體裝置之影像顯示系統之製造方法剖面示意圖； 第2圖係繪示出根妙 二一 ^ 很據本發明實施例之薄膜電晶體剖 面不意圖；以及 ϊ 第3圖騎示出根據本發明另—實施例之影像顯示 糸統方塊示意圖。

(多晶發圖案層）； 【主要元件符號說明】 100〜基底； 104〜反射層； 106〜絕緣層； 109〜雷射退火處理； 112〜第一主動層 102〜緩衝層； 105〜反射板； 108〜多晶秒層； 110〜部份的多晶矽層； 113a、115a〜通道區；·、115b〜源極/沒極區 114〜第二主動層（多晶矽圖案層）；

116〜閘極介電層（絕緣層）； 118、120〜閘極層； 121〜重離子佈植； 200〜薄膜電晶體裝置；300〜平面顯示器装置 400〜輸入單元； 500〜電子裝置； D〜驅動電路區； P〜晝素區。 0773-A32025TWF;P2006004;spin 14

Claims (1)

1. 200810131 十、申請專利範圍： 1 · 一種影像顯示系統，包括： 一薄膜電晶體裝置，包括： 一基底，具有一驅動電路區及一晝素區； 第-及第二主動層’分別設置於該驅動電路區及驾 :素區的'基底上，其中該第一主動層具有一晶粒只 寸，且大於该弟二主動層的晶粒尺寸； 二:’極結構，分別設置於該第—及該第二主動層 所構成的疊層；以及 閑極”電層及一問極層 -反射板，設置於該第一主動層 且與該第一主動層絕緣。 ^暴底上 中二範圍第1項所述之影像顯示系統，其 人 Μ弟一主動層係由低溫多晶矽所構成。 3.如t請翻_第丨韻述之料 中该反射㈣藉由—氧切層、—氮切 ;; 而與該第一主動層絕緣。 次八、、且5 勺括二Γί專利範㈣1項所述之影像顯示系統，更 :曰友：層，設置於該基底與該第一及該 之間=氧切層、一氮切層、或其組合所構:層 中續反射了:ir?圍第1項所述之影像顯示系統，其 ox 、板70全覆蓋該驅動電路區的該基底。 中利範園第1項所述之影像顯示系統，其 中遠弟-主動層大體對準於該反射板。、 〇773.A32025TWF；P2〇〇6〇〇4;spin 15 200810131 •如申請專利範圍第 項所述之影像顯 中邊反射板係由金屬所構成 包括·&如申請專利範圍第〗項所述之影像顯 示系統，其 示系統，更 轸：！示裝置 '包括該薄膜電晶體裝置；以及 則早兀，耦接至該平面顯示裝 輸入至該平面顯干奘 用供一 9如申：：： 顯示裝置顯示影像。

   中兮季统M _ 8項所述之影像_系、统，其 中…糸、、先包括一具有該平面顯示裝置的電子舉置。 中兮申利範㈣9項所述之影像—系統，其 :ΓΓ 筆記型電腦、一手機、-數位相機、 2讀位助理、—桌上型電腦、—電視機、一車用顯 不裔、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： 提供一基底，其具有一驅動電路區及一晝素區； 在該驅動電路區的該基板上形成一反射板； 在忒驅動電路區及該晝素區的該基底上形成一絕緣 層’以覆蓋該反射板； 在該絕緣層上形成一非晶矽層； 藉由一波長不小於400nm的雷射光束對該非晶矽層 進行退火處理，使該非晶矽層轉變成一多晶矽層，其中 直接位於該反射板上該部分的該多晶矽層具有一晶粒尺 寸’且大於其他部分的該多晶石夕層的晶粒尺寸；以及 0773-A32025TWF;P2006004;spin 16 200810131 王 圖木化該多晶石夕層，以在該反射板上形成一第 動層且在該晝素區的該基底上形成—第二主動層。 /別在該第-及該第二主動層上覆蓋由—閘極介電 層及一閘極層所構成的疊層；以及 ’

   對该第一及該第二主動層實施重離子佈植，以分 在遠弟-及該帛二主動層巾形成—通顧 的兩側形成一對源極/汲極區。 ^ 制/3.如中請專利範圍第u項所述之影像顯示系統之 衣k方法，其中該雷射光束為固態雷射光束。 制14.如申請專利範圍第11項所述之影像顯示系統之 衣造方法，其中該絕緣層係由一氧化矽層、一氮化矽層、 或其組合所構成。 9 ^ I5.如申請專利範圍第11項所述之影像顯示系統之 製造方法，更包括在該基底與該第一及該第二主動層之 間形成—緩衝層’且其由一氧化矽層、一氮化矽層：或 其組合所構成。 制16·如申請專利範圍第11項所述之影像顯示系統之 製造方法，其中該反射板完全覆蓋該驅動電路區的該基 底0 制17·如申請專利範圍第11項所述之影像顯示系統之 製造方法，其中該第一主動層大體對準於該反射板。 18·如申請專利範圍第11項所述之影像顯示系統之 〇773.A32025TWF；P2〇〇6〇〇4;sp] 17 200810131 製造方法，其中該反射板係由金屬所構成

   0773-A32025TWF;P2006004;spiii 18