專利名稱：液晶顯示裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液晶顯示裝置及其制造方法，特別涉及一種具有可降低漏電流低溫多晶硅薄膜晶體管的液晶顯示裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
典型的主動(dòng)式液晶顯示器通常由玻璃或石英基板及其上多個(gè)像素電極與切換單元構(gòu)成。而每一像素是由相關(guān)聯(lián)的閘極線和數(shù)據(jù)線定義出，且每一像素具有儲(chǔ)存電容及連接至切換單元的像素電極。
近年來(lái)，以薄膜晶體管(thin film transistor、TFT)作為像素切換單元的液晶顯示器，由于其具有低的電源消耗、較小的體積和較低的驅(qū)動(dòng)電壓，非常適合應(yīng)用于作為臺(tái)式計(jì)算機(jī)、筆記計(jì)算機(jī)及其它裝置的顯示設(shè)備，因此使得具有薄膜晶體管的主動(dòng)式液晶顯示器有成為目前顯示裝置的主流。
為了使主動(dòng)式液晶顯示器的價(jià)格能為大眾所接受，因此，降低驅(qū)動(dòng)像素薄膜晶體管其集成電路的制造成本是液晶顯示器發(fā)展的主要方向之一。有鑒于此，一種搭配低溫多晶硅(LTPS)薄膜晶體管的液晶顯示器正是目前研究開(kāi)發(fā)的目標(biāo)。
在低溫多晶硅薄膜晶體管的制造過(guò)程中，首先，將一非晶硅層沉積于基板上，接著以準(zhǔn)分子激光對(duì)該非晶硅層進(jìn)行回火加工，而在該激光回火加工中，會(huì)使得該非晶硅層結(jié)晶，因此形成較晶粒尺寸且整齊排列的多晶硅層。此外，在低溫多晶硅薄膜晶體管的加工技術(shù)中，驅(qū)動(dòng)裝置和其它相關(guān)的電路制作于該基板外圍的一個(gè)周邊電路區(qū)域內(nèi)，而該周邊電路區(qū)域與像素薄膜晶體管(位于基板上的像素區(qū)域內(nèi))相鄰。
對(duì)主動(dòng)式液晶顯示器而言，該周邊電路區(qū)域內(nèi)的低溫多晶硅薄膜晶體管需具有較高的載子移動(dòng)率(mobility)及導(dǎo)通狀態(tài)電流特性，相反的，在像素區(qū)域內(nèi)的低溫多晶硅薄膜晶體管則需具有較低的漏電流性質(zhì)。然而，若多晶硅層的晶粒尺寸較大，則該多晶硅層不利于制造較低漏電流特質(zhì)的薄膜晶體管。
因此，為了使主動(dòng)式液晶顯示器達(dá)到上述的性質(zhì)，已知主動(dòng)式液晶顯示器利用搭配輕摻雜漏極(LDD)或偏移結(jié)構(gòu)的方式，以減少低溫多晶硅像素薄膜晶體管的漏電性質(zhì)。然而，形成上述的結(jié)構(gòu)(輕摻雜漏極(LDD)及偏移結(jié)構(gòu))需要利用到額外的屏蔽、植入加工以及加工設(shè)備，如此一來(lái)更增加了加工的復(fù)雜性及制造的成本。除此的外，這些結(jié)構(gòu)亦會(huì)對(duì)周邊電路區(qū)域的薄膜晶體管內(nèi)的載子移動(dòng)造成限制。

發(fā)明內(nèi)容
綜上所述，為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的是提供液晶顯示裝置的制造方法，該方法包括以下的步驟首先，提供一基板；接著，在該基板上形成非晶硅層，其中該非晶硅層包括第一部分及第二部分；接著，在非晶硅層的第一部分上形成光反射層；接著，以光源照射該非晶硅層以將該非晶硅層轉(zhuǎn)化成多晶硅層，在此步驟中，位于該非晶硅層的第一部分上的光反射層反射部分照射于該非晶硅層的第一部分的光，使得該非晶硅層的第一部分轉(zhuǎn)化成多晶硅層的第一部分，而該非晶硅層的第二部分轉(zhuǎn)化成多晶硅層的第二部分。其中，該多晶硅層的第一部分具有第一多晶硅晶粒尺寸，而該多晶硅層的第二部分具有第二多晶硅晶粒尺寸，且該第二多晶硅晶粒尺寸大于該第一多晶硅晶粒尺寸。最后，通過(guò)該第一部分的多晶硅層形成多個(gè)第一型薄膜晶體管。
本發(fā)明的另一目的是提供一種液晶顯示裝置，其包括有一基板，而該基板上形成有圖形化的多晶硅層，其中該圖形化的多晶硅層包括具有第一多晶硅晶粒尺寸的第一部分及具有第二多晶硅晶粒尺寸的第二部分。此外，該液晶顯示裝置還具有多個(gè)包括所述第一部分多晶硅層的薄膜晶體管。
本發(fā)明的又一目的是提供一種將非晶硅層結(jié)晶化形成具有不同多晶硅晶粒尺寸區(qū)域的多晶硅層的方法，其包括以下的步驟首先，提供一基板；接著，在該基板之上形成非晶硅層，其中該非晶硅層包括第一部分及第二部分；接著，在該非晶硅層的第一部分上形成光反射層；接著，以激光照射該非晶硅層以將該非晶硅層轉(zhuǎn)化成多晶硅層，在此步驟中，位于該非晶硅層的第一部分上的光反射層反射部分照射于該非晶硅層的第一部分的光，使得該非晶硅層的第一部分轉(zhuǎn)化成多晶硅層的第一部分，而該非晶硅層的第二部分轉(zhuǎn)化成多晶硅層的第二部分。其中，該多晶硅層的第一部分具有第一多晶硅晶粒尺寸，而該多晶硅層的第二部分具有第二多晶硅晶粒尺寸，且該第二多晶硅晶粒尺寸大于該第一多晶硅晶粒尺寸。
為使本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、操作方法及特征能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1A至1C及圖2至5是顯示根據(jù)本發(fā)明所述的液晶顯示裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的制作流程剖面圖，其中該液晶顯示裝置是利用光反射層來(lái)形成具有低漏電流性質(zhì)的薄膜晶體管。
圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的利用單一膜層作為光反射層的剖面示意圖。
圖7是顯示本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例的利用膜層作為光反射層的剖面示意圖。
圖8是顯示多晶硅顆粒大小(y軸)和準(zhǔn)分子激光回火(ELA)能量密度(x軸)的關(guān)系圖。
圖9是顯示具有不同多晶硅晶硅尺寸的薄膜晶體管的漏極電流和閘極電壓的關(guān)系圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明基板～10；像素區(qū)～12；激光～15激光15周邊電路區(qū)～14；緩沖層～20；非晶硅層～30；多晶硅層～30’；較小多晶硅晶粒尺寸的多晶硅層～31；較大多晶硅晶粒尺寸的多晶硅層～32；光反射層～40、42；多晶硅島～50a、50b、50c、50d；像素結(jié)構(gòu)～60；第一絕緣層～62；第二絕緣層～63；第三絕緣層～64；PMOS晶體管～70；源極區(qū)域～71、81；信道區(qū)域～72、82；漏極區(qū)域～73、83；閘極～74、84；源極接觸區(qū)～75、85；漏極接觸區(qū)～76、86；像素電極～90；基底100；介電層～101、102、103、104、105；反射層～110。
具體實(shí)施例方式
圖1A至5為一系列的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明所述的液晶顯示裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的制造流程。
請(qǐng)參照?qǐng)D1A，首先，提供一絕緣基板10，以在其上完成以下所述形成液晶顯示裝置的步驟。該基板10可例如為玻璃基板，包括像素區(qū)12及周邊電路區(qū)14，其中，像素薄膜晶體管是形成于該像素區(qū)12內(nèi)，而其它周邊電路像是作為驅(qū)動(dòng)單元的薄膜晶體管則是形成于該周邊電路區(qū)14內(nèi)。接著，在該基板10上形成緩沖層20。其中，該緩沖層20可為由二氧化硅、氮化硅或是其混合所組成的單層或是多層介電材料層，且可由化學(xué)氣相沉積方式和/或物理氣相沉積方式形成。而該緩沖層20的優(yōu)選膜厚可在0.15微米到0.3微米的范圍間。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1B，由非晶硅(a-Si)層30構(gòu)成的半導(dǎo)體層被形成于該緩沖層20上。其中，該非晶硅層30可由化學(xué)氣相沉積方式和/或物理氣相沉積方式形成。而非晶硅層30的優(yōu)選膜厚可在0.04微米到0.06微米的范圍間。
請(qǐng)參照?qǐng)D1C，接著，在該非晶硅層30之上形成光反射層40。其中，該光反射層40可以由單層或多層膜構(gòu)成，且該光反射層40可為由二氧化硅、氧化鉭、氮化硅以及多種混合組成，而這些膜層的數(shù)目和組成成分是視所需要的反射量及所使用的激光的波長(zhǎng)而定。該光反射層40可以電漿輔助氣相沉積方式或是蒸鍍方式形成。而該光反射層40的總膜厚范圍可在0.07微米到1.5微米范圍之間，其中單一膜厚范圍可在0.15微米至0.3微米范圍之間。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2，移除形成于該周邊電路區(qū)14內(nèi)的部分光反射層40，在此步驟中，未被移除的光反射層42是完全覆蓋該像素區(qū)12。其中，移除該部份的光反射層40的方法可例如為搭配濕式蝕刻的微影蝕刻步驟。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D3，利用激光回火加工將該非晶硅層30結(jié)晶化以形成多晶硅層30’，在此激光回火加工步驟中，利用波長(zhǎng)為308nm的準(zhǔn)分子激光或是532nm的綠激光，照射該非晶硅層30。除了上述所使用的激光外，也可以使用具有其它波長(zhǎng)的激光(例如247nm)。此激光回火加工的溫度通常是是低于低溫多晶硅(LTPS)的形成溫度(600℃)。
在上述以激光回火加工形成該多晶硅層30’的步驟中，該覆蓋于像素區(qū)12的光反射層42會(huì)將照射于其上的激光15部分反射掉，如此一來(lái)，可降低該被光反射層42覆蓋的非晶硅層30在該回火加工時(shí)的能量密度，因此形成具有較小多晶硅晶粒尺寸的(約小直徑0.1微米)多晶硅層31。而在電路周邊區(qū)14內(nèi)未被該光反射層42覆蓋的的非晶硅層30，由于其上沒(méi)有反射層42可反射激光，因此其吸收了所有激光15的能量(在回火加工中具有較高的能量密度)，故由未被該光反射層覆蓋的非晶硅層轉(zhuǎn)化成的多晶硅層32其具有較大的多晶硅晶粒尺寸(直徑約為0.3-0.4微米)。
通過(guò)上述可知，在激光回火過(guò)程中，該光反射層40是將照射于其上的該具有特定波長(zhǎng)的激光給部份反射掉，從而控制所形成的多晶硅層31其多晶硅晶粒尺寸。在此，可通過(guò)該反射層30的整體反射系數(shù)及厚度來(lái)調(diào)整對(duì)該激光所造成的反射量。在本發(fā)明中，該反射層42所需對(duì)該激光所造成的反射量視像素區(qū)12的多晶硅層31所需的多晶硅晶粒尺寸而定，具體的來(lái)說(shuō)，該反射層的42激光反射率可從1％至99％。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D4，先通過(guò)蝕刻步驟移除該反射層42，并接著以微影蝕刻程序圖形化該多晶硅層31及32。在此步驟中，該多晶硅層31及32則會(huì)被形成多個(gè)多晶硅島50a～50d(在此為了要簡(jiǎn)化，只繪示出四個(gè)島狀物)，其中，在像素區(qū)12的多晶硅島50a及50b是具有較小的多晶硅晶粒尺寸，而本發(fā)明所述的液晶顯示裝置其像素薄膜晶體管即是通過(guò)該多晶硅島50a及50b作為源極及漏極，而形成于該像素區(qū)12之內(nèi)。此外，在周邊電路區(qū)14的多晶硅島50c及50d則具有較大的多晶硅晶粒尺寸，而該液晶顯示裝置的周邊驅(qū)動(dòng)薄膜晶體管則通過(guò)該多晶硅島50c及50d作為源極及漏極，而形成于該像素區(qū)14之內(nèi)。
請(qǐng)參照?qǐng)D5，其顯示符合本發(fā)明所述的像素薄膜晶體管結(jié)構(gòu)60的剖面示意圖。該像素結(jié)構(gòu)60形成于該像素區(qū)12之內(nèi)且由互補(bǔ)式晶體管結(jié)構(gòu)組成，而該互補(bǔ)式晶體管結(jié)構(gòu)且由包括該多晶硅島狀物50a的PMOS晶體管70及包括該多晶硅島狀物50b的NMOS晶體管80構(gòu)成。其中，該P(yáng)MOS晶體管70包括通過(guò)該多晶硅島狀物50a形成的源極區(qū)域71、信道區(qū)域72及漏極區(qū)域73，而NMOS晶體管80包括通過(guò)該多晶硅島狀物50b形成的源極區(qū)域81、信道區(qū)域82及漏極區(qū)域83。該P(yáng)MOS晶體管70及該NMOS晶體管80的閘極74和84是分別形成于各自通道區(qū)72及82上的一個(gè)第一絕緣層62上。該P(yáng)MOS晶體管70的源極及漏極接觸區(qū)75及76，以及該NMOS晶體管80的源極及漏極接觸區(qū)85及86形成在第二絕緣層63上，并且穿越該第一絕緣層62及第二絕緣層63與源/漏極接觸。像素電極90形成于第三絕緣層64上，并可以與該NMOS晶體管的漏極接觸區(qū)83電性連接，當(dāng)施予適當(dāng)?shù)碾妷褐猎撓袼亟Y(jié)構(gòu)60時(shí)，該像素結(jié)構(gòu)60可經(jīng)由該NMOS晶體管80及該P(yáng)MOS晶體管70開(kāi)啟或關(guān)閉該像素電極90。
本發(fā)明所述的反射層可為單一材料層或是由多層材料層組成。請(qǐng)參照?qǐng)D6，其顯示本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其利用單一介電層101作為該反射層110，并形成于基底100上。若是激光15以法線的入射角(即0度入射角)入射，則該反射層的反射是數(shù)(R)可以經(jīng)由下面的方程式算出R＝[(nE-n1)/(nE+n1)]2＝[(n12/ns)-n0]/[(n12/ns)+n0]2...公式(1)其中，n1是該單一介電層101的的折射率；n0是空氣的折射率(對(duì)所有波長(zhǎng)的光，該n0＝1)；nE＝n12/ns，ns是該基底100的折射率，而該基底可以是形成于玻璃基板上的非晶硅層。
將n0＝1代入該公式(1)中，則R＝[(n12-ns)/(n12+ns)]2...公式(2)此外，n1x d＝y(tǒng)/4...公式(3)，其中，d是該反射層的厚度，而y是入射激光的波長(zhǎng)。
假如該單一介電層101是二氧化硅層(折射率為1.46)，以n1＝1.46代入公式(2)則可算出該反射是數(shù)(R)，此外，若該單一介電層101為氮化硅層(折射率為2)，則n1＝2代入公式(2)。
請(qǐng)參照?qǐng)D7，其顯示本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，其利用多層介電層101～105作為該反射層110，并形成于基底100上。若是激光15以法線的入射角(即0度入射角)入射，則該反射層的反射是數(shù)(R)可以經(jīng)由下面的方程式算出多膜層反射層的反射比可以經(jīng)由下面的方程式算出R＝[(n0-nE)/(n0+nE)]2...公式(4)其中n0是空氣的折射率(對(duì)所有波長(zhǎng)的光，該n0＝1)；s是該基底100的折射率，而該基底可為形成于玻璃基板上的非晶硅層；nE＝(n1n3n5)2/[(n2n4)2ns]，且介電層101～105的折射率分別為n1、n2、n3、n4及n5的折射率。
由上述公式(2)及公式(4)可知，高折射率的介電層材料比低折射率的有較大的反射比。
請(qǐng)參照?qǐng)D8，其顯示多晶硅顆粒大小(y軸)和準(zhǔn)分子激光回火(ELA)能量密度(x軸)的關(guān)系。由圖可知，Ec是ELA能量密度最佳化的點(diǎn)，也就是說(shuō)激光回火加工在Ec的能量密度時(shí)，可產(chǎn)生最大的多晶硅晶粒尺寸，若能量密度小于Ec則會(huì)形成較小的多晶硅晶粒尺寸。
請(qǐng)參照?qǐng)D9，其顯示具有不同多晶硅晶硅尺寸的薄膜晶體管其漏極電流Id和閘極電壓Vg的關(guān)系圖，其中ED1、ED2及ED3是指由不同能量密度所結(jié)晶化的多晶硅層，而晶粒尺寸是ED1＜ED2＜ED3。由圖9可知，具有較大多晶硅晶粒尺寸的薄膜晶體管具有較高的漏電流。
雖然參照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例對(duì)其進(jìn)行如上說(shuō)明，但是所述實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下均可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種液晶顯示裝置的制造方法，包括以下步驟提供一基板；在該基板之上形成非晶硅層，其中該非晶硅層包括第一區(qū)域及第二區(qū)域；在該非晶硅層的第一區(qū)域上形成光反射層；用一光源照射該非晶硅層以將該非晶硅層轉(zhuǎn)化成多晶硅層，其中，位于該非晶硅層的第一區(qū)域上的光反射層反射部分照射于該非晶硅層的第一區(qū)域的光，使得該非晶硅層的第一區(qū)域轉(zhuǎn)化成第一多晶硅層，而該非晶硅層的第二區(qū)域轉(zhuǎn)化成第二多晶硅層，其中，該第二多晶硅層的晶粒尺寸大于該第一多晶硅層的晶粒尺寸；以及在所述第一多晶硅層上形成多個(gè)第一型薄膜晶體管。
2.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中，該光反射層包括至少一層的介電層。
3.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中，多個(gè)第一型薄膜晶體管包括液晶顯示裝置像素電極的切換單元。
4.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中，所述光源是激光。
5.如權(quán)利要求4所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中，所述激光包括準(zhǔn)分子激光或綠激光。
6.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中，所述光反射層包括氧化物。
7.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中，所述光反射層包括氮化物。
8.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中，在形成多個(gè)第一型薄膜晶體管后，還包括利用所述第二多晶硅層形成多個(gè)第二型薄膜晶體管。
9.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置的制造方法，其中，在在所述基板上形成非晶硅層的步驟前，還包括在該基板之上形成緩沖層。
10.一種液晶顯示裝置，包括基板；圖形化的多晶硅層，其形成于所述基板之上，其中該圖形化的多晶硅層包括具有第一多晶硅晶粒尺寸的第一多晶硅層及具有第二多晶硅晶粒尺寸的第二多晶硅層；以及多個(gè)包括該第一多晶硅層的第一型薄膜晶體管。
11.如權(quán)利要求10所述的液晶顯示裝置，還包括多個(gè)包括該第二多晶硅層的第二型薄膜晶體管。
12.如權(quán)利要求10所述的液晶顯示裝置，還包括形成于所述基板及所述圖形化的多晶硅層之間的緩沖層。
13.一種形成具有不同多晶硅晶粒尺寸區(qū)域的多晶硅層的方法，包括以下步驟提供一基板；在該基板上形成非晶硅層，其中該非晶硅層包括第一區(qū)域及第二區(qū)域；在該非晶硅層的第一區(qū)域上形成光反射層；以及以光源照射該非晶硅層以將該非晶硅層轉(zhuǎn)化成多晶硅層，其中位于該非晶硅層的第一區(qū)域上的光反射層反射部分照射于該非晶硅層的第一區(qū)域的激光，使得該非晶硅層的第一區(qū)域轉(zhuǎn)化成第一多晶硅層，而該非晶硅層的第二區(qū)域轉(zhuǎn)化成第二多晶硅層，其中，該第一多晶硅層具有第一多晶硅晶粒尺寸，而該第二多晶硅層具有第二多晶硅晶粒尺寸，且該第二多晶硅晶粒尺寸大于該第一多晶硅晶粒尺寸。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種液晶顯示裝置的制造方法及該方法制成的液晶顯示裝置。該液晶顯示裝置制造方法包括首先，在一基板上形成非晶硅層，其中該非晶硅層包括第一部分及第二部分；接著，在所述非晶硅層的第一部分上形成光反射層；接著，以激光照射該非晶硅層以將該非晶硅層轉(zhuǎn)化成多晶硅層，而該光反射層反射部分照射于第一部分的光，導(dǎo)致該多晶硅層的第一部分具有第一多晶硅晶粒尺寸，而該多晶硅層的第二部分具有第二多晶硅晶粒尺寸，其中該第二多晶硅晶粒尺寸大于該第一多晶硅晶粒尺寸。當(dāng)利用該多晶硅層的第一部分形成多個(gè)第一薄膜晶體管時(shí)，該第一薄膜晶體管具有較低的漏電流特性。
文檔編號(hào)H01L21/84GK1629708SQ20051000411
公開(kāi)日2005年6月22日 申請(qǐng)日期2005年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月26日
發(fā)明者彭佳添 申請(qǐng)人:友達(dá)光電股份有限公司