TW201037826A - System for displaying images and fabrication method thereof - Google Patents
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201037826 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 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。 【先前技術】 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 0LED， AMOLED)顯示器。AMOLED顯示器通常利用薄膜電晶體 (thin film transistor, TFT)作為晝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 石夕TFT。非晶石夕TFT的製作較為簡單且成本低，然而τρτ 主動層（active layer)容易劣化而不適合作為發光元件的 驅動元件。現行的多晶矽TFT由低溫多晶石夕（1〇w temperature polysilicon，LTPS)製程製作而成，其具有高載 子遷移率及高驅動電路集積度及低漏電流的優勢。然而， 在上述LTPS製程期間，TFT的主動層是採用高功率雷射 結晶化製程所形成的’因此製作成本高。再者，由於雷射 輸出能董不均’使得所形成的每一 OLED驅動TFT的驅動 0773-A33972TWF_P2008037 4 - 201037826 電流有所差異而造成顯示器產生視覺缺陷/發光不均勻 (mura )的問題。 另外，在AMOLED顯示器中，晝素區中開關元件之 電特性需不同於發光元件的驅動元件。舉例而言，驅動元 件需具有高次臨界擺盈及低起始電壓（threshold voltage ) 等特性，藉以增加顯示灰階（gray scale )及延長OLED壽 命。然而，以上述LTPS製程，要製作具有不同電特性的 開關TFT與驅動TFT是相當困難的。 〇 【發明内容】 本發明一實施例提供一種影像顯示系統，包括：一薄 膜電晶體裝置，其包括：一基板、一驅動薄膜電晶體、以 及一開關薄膜電晶體。基板具有一晝素區。驅動薄膜電晶 體及開關薄膜電晶體分別位於晝素區且設置於基板上。其 中，驅動薄膜電晶體包括一多晶矽主動層，而開關薄膜電 晶體包括一非晶矽主動層。 〇 本發明另一實施例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’其具有一畫素區。在基板的晝素區上分別形成 一驅動薄膜電晶體及一開關薄膜電晶體。其中，驅動薄膜 電晶體包括一多晶矽主動層，且開關薄膜電晶體包括一非 晶矽主動層。 【實施方式】 » 以下說明本發明實施例之製作與使用。然而，可輕易 0773-A33972TWF P2008037 5 201037826 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係具有複數個晝素單元，為了簡化圖式， 此處僅繪示出單一晝素單元l〇a。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。每一晝素單元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圖中晝素單元10a的電 路示意圖。晝素單元l〇a包括：一發光元件22，例如有機 發光二極體（OLED)、一薄膜電晶體裝置400、以及用於 儲存影像資料的一儲存電容20。薄膜電晶體裝置400包 括：用於驅動發光元件的一驅動薄膜電晶體（driving TFT) 18以及用於切換晝素單元的開啟與關閉狀態的一開關薄膜 電晶體（switching TFT ) 16。在本實施例中，用以驅動該 發光元件22的驅動薄膜電晶體18 —般為P型薄膜電晶體 (PTFT)，而開關薄膜電晶體16 —般為N型薄膜電晶體 (NTFT)。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 0773-A33972TWF P2008037 6 201037826 件22連接。 以下說明本發明實施例之影像顯示系統及其製造方 法。第3H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 發明的實施例係於透明基板上的晝素區製造用於晝素單元 的開關薄膜電晶體（如，NTFT)以及驅動薄膜電晶體（如， PTFT) ° 薄膜電晶體裝置400包括具有晝素區1〇〇的基板 © 300。一緩衝層302，可任意地覆蓋於基板3〇〇上，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。 一驅動薄膜電晶體350位於晝素區1〇〇且設置於基板 300上方的緩衝層302上，用以驅動位於晝素區1〇〇内的 一發光元件（未繪示），例如一有機發光二極體。驅動薄 膜電晶體350具有頂部閘極結構，且包括：一多晶石夕主動 層304、覆蓋多晶矽主動層304以作為閘極介電層的一第 ◎ 一絕緣層306、以及位於多晶石夕主動層304上方的一第一 閘極電極308a。多晶石夕主動層304包括：一通道區304b 以及一對被通道區304b所隔開的源極/汲極區304a。第一 閘極電極308a兩側的一對第一源極/没極電極326分別電 性連接至源極/汲極區304a。 一開關薄膜電晶體360位於晝素區1〇〇且設置於基板 300上方的緩衝層302上，用以切換一晝素的開啟與關閉 狀態。開關薄膜電晶體360具有底部閘極結構，且包括： 一第二閘極電極308c、覆蓋第二閘極電極308c以作為閘極 0773-A33972TWF P2008037 201037826 介電層的-第二絕緣層31〇、以及位於閘極電極3〇8上方 的非夕曰曰石夕主動層325。非多晶石夕主動層325包括：一 對源極/汲極層324以及位於源極/汲極層324與第二閘極電 極308c之間的一通道層322。非多晶矽主動層3乃兩侧的 一對第二源極/汲極電極3 3 〇分別與源極/汲極層3 2 4接觸以 作為電性連接之用。 一儲存電容位於晝素區1〇〇且設置於基板3〇〇上方的 缓衝層302上，並經由其中—第二源極/汲極電極33〇而電 性連接至開關薄膜電晶體36〇。儲存電容包括下電極 308b、上電極328、以及位於下電極3〇8b與上電極328之 間以作為電谷介電層的第二絕緣層31 〇。在本實施例中， 第閘極電極308a、第一閘極電極308c、以及下電極308b T由同一金屬層所構成，而弟一源極/汲極電極326、第二 源極/汲極電極330、以及上電極328可由同一金屬層所構 成0 接下來，第3A至3H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今 圖。請參照第3A圖，提供一基板300，其具有—書素^ 1〇〇。基板300可由玻璃、石英、或其他透明材料所'^成°° 接著，可任意地於基板300上形成緩衝層302。之後 缓衝層302上形成非晶矽層（未繪示）。接著，對其進在 結晶化製程以及圖案化製程’以形成一多晶;5夕居主動展 304。在本實施例中，多晶矽層304可藉由非雷射姓s t層 、〇日日技術 ，進行該結晶化製程。舉例而言，非雷射結晶技術包括.
相結晶化法（solid phase crystallization, SPC )、八 B 隹屬誘發
0773-A33972TWF P2008037 B 201037826 結晶化法（metal induced crystallization, MIC )、金屬誘 發侧向結晶化法（metal induced lateral crystallization, MILC)、電場增強金屬誘發侧向結晶化法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，在基板300的晝素區100上方依序 〇 形成一第一絕緣層306及一金屬層308並覆蓋多晶矽主動 層304 ’其中第一絕緣層3〇6係用以作為閘極介電層，而 金屬層308係用以定義閘極電極與電容下電極。第一絕緣 層306可由氧化矽、氮化矽、或其他習知閘極介電材料所 構成，而金屬層308可由鉬（Mo)、鉬合金、或其他習知 金屬電極材料所構成。 3月參照第3C圖’圖案化金屬層308，以在晝素區1〇〇 的第一絕緣層306上分別形成第一閘極電極3〇8a、第二閘 ❹極電極308c、以及下電極3〇8b，其中第一閘極電極3〇8a 位於多晶矽主動層3〇4上方的第一絕緣層3〇6上。之後， 以第一閘極電極308a作為佈植罩幕（implant mask)，對 夕日日石夕主動層3 04貫施重離子佈植（heaVy i〇n impiantati〇n ) 309，以在多晶矽主動層3〇4内形成通道區3〇4b及源極/汲 極區304a，例如p型源極/汲極區。此處，多晶矽主動層 304、第一絕緣層3〇6、以及第一閘極電極3〇8a係構成一 驅動薄膜電晶體350。 明芩照第3D圖，在第一絕緣層306上依序形成一第 0773-A33972TWF_P2008037 0 201037826 二絕緣層310、一非晶矽層312、以及一摻雜的非晶矽層 314(例如N型摻雜的非晶矽層）並覆蓋第一閘極電極 308a、第二閘極電極308c、以及下電極308b。第二絕緣層 310係用以作為閘極介電層及電容介電層。再者，第二絕 緣層310可由氧化矽、氮化矽、或其他習知閘極介電材料 所構成。 請參照第3E圖，藉由習知微影及蝕刻製程依序圖案 化掺雜的非晶矽層314及下方的非晶矽層312，以在第二 閘極電極308c上方的第二絕緣層310上形成非晶矽主動層 325。在本實施例中，非晶矽主動層325包括：由摻雜的非 晶矽層314形成的源極/汲極層324以及位於源極/汲極層 324與第二閘極電極308c之間且由非晶矽層312所形成的 一通道層322。 請參照第3F圖，藉由習知微影及蝕刻製程在第一閘 極電極308a兩侧的第二絕緣層310及下方的第一絕緣層 306中形成開口 315以露出源極/汲極區304a。同時，在下 電極308b上方的第二絕緣層310中形成開口 317以露出部 分的下電極308b。 請參照第3G圖，在第二絕緣層310上形成一金屬層 (未繪示），並填入開口 315及317以及覆蓋非晶矽主動 層325。在本實施例中，金屬層材質包括：鋁（A1)、鉬 (Mo)、鈦（Ti)、或其組合。接著，藉由微影及蝕刻製 程來圖案化金屬層，以在第二絕緣層310上分別形成一對 第一源極/没極電極326、上電極328、以及一對第二源極/ 汲極電極330。第一源極/汲極電極326大體位於第一閘極 0773-A33972TWF P2008037 10 201037826 308a兩侧，且經由第二絕緣層310中的開口 315而與對應 的源極/汲極區304a電性連接。上電極328與下方的第二 絕緣層310及下電極308b係構成一儲存電容。第二源極/ 汲極電極330分別延伸至非晶矽主動層325上表面而與其 電性連接，且露出部分的源極/汲極層324。再者，其中一 第二源極/汲極電極330經由第二絕緣層310中的開口 317 而與儲存電容的下電極308b電性連接。 請參照第3H圖，去除露出的源極/汲極層324以形成 0 一對分開的源極/汲極層324並露出部分的通道層322。此 處，非晶矽主動層325 (含一對分開的源極/汲極層324及 通道層322)、位於下方的第二絕緣層310及第二閘極電 極308c係構成開關薄膜電晶體360。 根據上述貫施例’由於驅動薄膜電晶體的主動層是採 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，由於開關薄膜電晶體的主動 層由非晶矽所構成且驅動薄膜電晶體的主動層由非雷射結 Ο 晶化製程製造而成，相較於使用LTPS技術來製作驅動薄 膜電晶體及開關薄膜電晶體而言5驅動薄膜電晶體的電特 性可不同於開關薄膜電晶體的電特性，同時可降低製造成 本。 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 0773-A33972TWF P2008037 11 201037826 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。 【圖式簡單說明】 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圖中晝素單元的電路示意圖； 第3A至3H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。 【主要元件符號說明】 10〜顯示面板； 10a〜晝素單元； 12〜資料線驅動電路； 14〜掃描線驅動電路； 16、360〜開關薄膜電晶體； 18、350〜驅動薄膜電晶體； 0773-A33972TWF P2008037 12 201037826 20〜儲存電容器； 100〜畫素區； 302〜緩衝層； 3 04a〜源極/没極區； 306〜第一絕緣層； 3 0 8 a〜第'一閘極電極； 3 0 8 c〜第二閘極電極； 310〜第二絕緣層； 314〜摻雜的非晶矽層； 322〜通道層； 325〜非晶矽主動層； 328〜上電極； 400〜薄膜電晶體裝置； 600〜輸入單元；
Dl-Dn〜資料線；
Vdd〜電壓源。 22〜發光元件； 300〜基板； 304〜多晶矽主動層； 304b〜通道區； 308〜金屬層； 308b〜下電極； 309〜重離子佈植； 312〜非晶石夕層； 315、317 〜開口； 3 24〜源極/汲_極層； 326〜第一源極/汲極電極； 330〜第二源極/汲極電極； 500〜平面顯示器裝置； 700〜電子裝置；
Sl-Sn〜掃描線， 0773-A33972TWF P2008037 13
Claims (1)
- 201037826 七、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： 一基板’具有一晝素區；以及 一驅動薄膜電晶體及—開關薄膜電晶體，分別位於該 晝素區且設置於該基板上’其中該驅動薄膜電晶體包括一 多晶石夕主動層’且該開關薄膜電晶體包括-非晶石夕主動層。 2. 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，其中 戎驅動薄膜電晶體更包括一第一閘極電極，位於該多晶矽 主動層上方，且該開關薄膜電晶體更包括一第二閘極電 極，位於該非晶矽主動層下方。 3. 如申請專利範圍第2項所述之影像顯示系統， 該驅動薄膜電晶體更包括U極/祕電極，電性連接 I 關溥膜電晶體更包括-第二源 極/及極電極1性連接至該非㈣絲層， 極/_咖第二源極/汲極電極由同—金屬層‘成 4. 如申請專利範圍第3項所述之〜“§金屬層f構成。 該非晶矽主動層更包括：、斤…像顯不糸統’其中 -通及極區’與该第二源極/汲極電極接觸；以及 間。•，位於該源極/祕層與㈣二閘極電極之 5·如申請專利範圍第2項 該第-閘極電極，第一 “象顯不糸統’其中 6.如申物it 電極由同一金屬層所構成。 括-緩衝層，覆蓋該 ：像顯不糸統’更包 且由1化石夕層、-氮化石夕層、 0773-A33972TWF_P2〇〇8〇37 201037826 或其組合所構成。 7.如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，更包 括： —平面顯示裝置’包括該薄膜電晶體裝置，其中該平 面顯示裝置為有機發光二極體顯示器。 8.如申請專利範圍第7項所述之影像顯示系統，更包 括—電子裝置，且該電子裳置更包括： 該平面顯示裝置，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。 9·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-筆記型電腦' 一手機、一數位相機、— :人數位助理…桌上型電腦…電視機、—車賴示器、 或一攜帶型DVD播放器。 10.-種影像顯示㈣之製造方法，其+該系統具有一 厚膜電晶體裝置’而該方法包括：提供一基板，其具有一晝素區；以及 在該基板的該晝素區上分別形成一驅動薄膜電晶體 及一開關薄膜電晶體； *其中該驅動薄膜電晶體包括一多晶石夕主動層，且 關薄膜電晶體包括-非晶教動f q 11.如申請專利範圍第10項所述之影像顯示系統之势 中該驅動薄膜電晶體更包括一第一間極電極： 第二梦主動層上方’而該開關薄膜電晶體更包括- ? $極，位於該非晶石夕主動層下方，且該第-閘極 °773-A33972TWF P2008037 15 201037826 電極與該第二閘極電極同時由一金屬層所定義而成。 12. 如申請專利範圍第10項所述之影像顯示系統之製 造方法，其中形成該驅動薄膜電晶體及該開關薄膜電晶體 包括： 在該基板的該晝素區上形成該多晶碎主動層， 在該多晶矽主動層上及該基板上覆蓋一第一絕緣層； 在該第一絕緣層上分別形成一第一閘極電極及一第 二閘極電極，其中該第一閘極電極位於該多晶矽主動層上 方； 在該第一閘極電極及該第二閘極電極上覆蓋一第二 絕緣層； 在該第二閘極電極上方的該第二絕緣層上形成該非 晶矽主動層；以及 在該第二絕緣層上形成一第一源極/汲極電極及一第 二源極/汲極電極，且經由該第二絕緣層分別電性連接至該 多晶矽主動層及該非晶矽主動層。 13. 如申請專利範圍第12項所述之影像顯示系統之製 造方法，其中該非晶矽主動層更包括： 一源極/汲極層，與該第二源極/汲極電極接觸；以及 一通道層，位於該源極/汲極層與該第二閘極電極之 間。 14. 如申請專利範圍第12項所述之影像顯示系統之製 造方法，更包括在形成該多晶矽主動層之前，在該基板上 覆蓋一缓衝層，其中該緩衝層由一氧化梦層、一氮化石夕層、 或其組合所構成。 0773-A33972TWF-P2008037 16 201037826 15. 如申請專利範圍第12項所述之影像顯示系統之製 造方法，其中該多晶矽主動層係由非雷射結晶技術所形成。 16. 如申請專利範圍第15項所述之影像顯示系統之製 造方法，其中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 發侧向結晶化法、或電場增強快速熱退火法。0773-A33972TWF P2008037 17
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