專利名稱：圖像顯示系統(tǒng)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種平面顯示器技術(shù)，特別是有關(guān)于一種改良的薄膜晶體管(TFT)裝置，其驅(qū)動電路區(qū)及像素區(qū)具有不同的電特性(electrical characteristic)以及具有此TFT裝置的圖像顯示系統(tǒng)制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，有源式陣列平面顯示器的需求快速的增加，例如有源式陣列有 機發(fā)光裝置(AMOLED)顯示器。有源式陣列有機發(fā)光裝置通常利用薄膜晶 體管作為像素及驅(qū)動電路的開關(guān)元件，而其可依據(jù)有源層所使用的材料分為 非晶硅U-Si)及多晶硅薄膜晶體管。相較于非晶硅薄膜晶體管，多晶硅薄 膜晶體管具有高載流子遷移率及高驅(qū)動電路集成度及低漏電流的優(yōu)勢而常 用于高速操作的產(chǎn)品。因此，低溫多晶硅(low temperature polysilicon， LTPS ) 成為平面顯示器技術(shù)的一種新的應(yīng)用。LTPS可通過簡單的IC工藝形成之， 并將驅(qū)動電路整合于具有像素的基板上，降低了制造成本。在LTPS薄膜晶體管制造中，驅(qū)動電路區(qū)及像素區(qū)的薄膜晶體管通過相 同的工藝及同步形成。因此，驅(qū)動電路區(qū)及像素區(qū)的薄膜晶體管具有相同的 電特性。然而，有源式陣列有機發(fā)光裝置中，驅(qū)動電路區(qū)的薄膜晶體管電特 性需不同于像素區(qū)的薄膜晶體管。舉例而言，需將驅(qū)動電路區(qū)的薄膜晶體管 設(shè)計成具有高載流子遷移率及低次臨界擺蕩(sub-threshold swing)等特性， 藉以提供快速響應(yīng)。另外，需將像素區(qū)的薄膜晶體管設(shè)計成具有高次臨界擺 蕩等特性，藉以高對比率(contrast ratio )。然而，因為兩區(qū)的薄膜晶體管是 通過相同的工藝及同步形成的，故要在像素區(qū)制作高次臨界擺蕩的薄膜晶體 管且在驅(qū)動電路區(qū)制作低次臨界擺蕩及高載流子遷移率的薄膜晶體管示相 當困難的。因此，有必要尋求一種新的薄膜晶體管裝置，其在驅(qū)動電路區(qū)及像素區(qū)
中具有不同的薄膜晶體管電特性，藉以在像素區(qū)提供具有高次臨界擺蕩的薄 膜晶體管，而在驅(qū)動電路區(qū)提供具有高電子遷移率及低次臨界擺蕩的薄膜晶體管。發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種圖像顯示系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括薄膜 晶體管裝置，其包括具有驅(qū)動電路區(qū)及像素區(qū)的基底。第一及第二有源層分 別設(shè)置于驅(qū)動電路區(qū)及像素區(qū)的基底上，其中第一有源層具有一晶粒尺寸， 且大于第二有源層的晶粒尺寸。二柵極結(jié)構(gòu)分別設(shè)置于第 一及第二有源層 上，其中每一柵極結(jié)構(gòu)包括由柵極介電層及柵極層所構(gòu)成的迭層。反射板設(shè)置于第一有源層下方的基底上，且與第一有源層絕緣。根據(jù)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種圖像顯示系統(tǒng)制造方法，其中此系統(tǒng)具有一薄膜晶體管裝置，而此方法包括提供基底，其具有驅(qū)動電路區(qū)及 像素區(qū)。在驅(qū)動電路區(qū)的基板上形成反射板。在驅(qū)動電路區(qū)及像素區(qū)的基底 上形成絕緣層，以覆蓋反射板。在絕緣層上形成非晶硅層。通過波長不小于 400nm的激光光束對非晶硅層進行退火處理，使非晶硅層轉(zhuǎn)變成多晶硅層， 其中直接位于反射板上部分的多晶硅層具有一晶粒尺寸，且大于其他部分的 多晶硅層的晶粒尺寸。圖案化多晶硅層，以在反射板上形成第一有源層且在 像素區(qū)的基底上形成第二有源層。


圖1A至1F是繪示出根據(jù)本發(fā)明實施例的具有薄膜晶體管裝置的圖像顯 示系統(tǒng)的制造方法剖面示意圖；圖2是繪示出根據(jù)本發(fā)明實施例的薄膜晶體管剖面示意圖；以及 圖3是繪示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的圖像顯示系統(tǒng)方塊示意圖。 主要元件符號說明100~基底；102 緩沖層；104~反射層；105 反射板；106~絕緣層；108~ 多晶硅層；109 激光退火處理；110 部分的多晶硅層；112 第一有源層(多 晶硅圖案層)；113a、 115a 溝道區(qū)；113b、 115b 源極/漏極區(qū)；114~第二有 源層(多晶硅圖案層)；116 柵極介電層(絕緣層)；118、 120一冊極層；121 重離子注入200 薄膜晶體管裝置；300 平面顯示器裝置；400 輸入單元；500 電子裝置；D 驅(qū)動電路區(qū)；P 像素區(qū)。
具體實施方式
以下說明本發(fā)明實施例的制作與使用。然而，可輕易了解本發(fā)明所提供 的實施例僅用于說明以特定方法制作及使用本發(fā)明，并非用以局限本發(fā)明的范圍。以下說明本發(fā)明實施例的圖像顯示系統(tǒng)及其制造方法。圖1F及圖2是 繪示出根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像顯示系統(tǒng)，特別是一種具有薄膜晶體管裝置 200的圖像顯示系統(tǒng)，其中薄膜晶體管裝置200包括具有一驅(qū)動電路區(qū)D及 一像素區(qū)P的一基底IOO。 一緩沖.層102可選擇性地設(shè)置于基底IOO上，以 作為基底100與后續(xù)所形成的有源層之間的粘著層或是污染阻障層。第一有源層112設(shè)置于驅(qū)動電路區(qū)D的基底100上，而第二有源層114 設(shè)置于像素區(qū)P的基底100上。第一有源層112包括一溝道區(qū)113a以及一 對被溝道區(qū)113a所隔開的源極/漏極區(qū)113b。第二有源層114包括一溝道區(qū) 115a以及一對被溝道區(qū)115a所隔開的源極/漏極區(qū)115b。在本實施例中，第 一及第二有源層112及114可由低溫多晶硅所構(gòu)成，其中第一有源層112具 有一晶粒尺寸，且其大于第二有源層114的晶粒尺寸二柵極結(jié)構(gòu)分別設(shè)置于第一及第二有源層112及114上，而構(gòu)成薄膜晶 體管。位于^f象素區(qū)P的薄膜晶體管(即，像素TFT)可為NMOS或CMOS。 位于驅(qū)動電^^區(qū)D的薄膜晶體管(即，驅(qū)動TFT)可為NMOS、 PMOS或 CMOS。設(shè)置于第一有源層112上的柵極結(jié)構(gòu)包括由一柵極介電層116及一 柵極層118所構(gòu)成的迭層。而設(shè)置于第二有源層114上的柵極結(jié)構(gòu)包括由一 牙冊極介電層116及一柵極層120所構(gòu)成的迭層。一反射板105，例如一金屬層，設(shè)置于第一有源層112下方的基底100 上。再者，反射板105通過一絕緣層106而與第一有源層112絕緣，其中絕 緣層106可由一氧化硅層、 一氮化硅層或其組合所構(gòu)成。在本實施例中，第 一有源層112大體對準于反射板105，如圖1F所示。在其他實施例中，反射 板105可完全覆蓋驅(qū)動電路區(qū)D的的基底100,如圖2所示。圖1A至1F是繪示出根據(jù)本發(fā)明實施例的具有薄膜晶體管200的圖像顯 示系統(tǒng)的制造方法剖面示意圖。請參照圖1A,提供一基底IOO，其具有一驅(qū) 動電路區(qū)D及一像素區(qū)P?；?00可由玻璃、石英、或塑膠所構(gòu)成。 一緩 沖層102可選擇性地形成于基底100上，作為基底100與后續(xù)形成的膜層之 間的粘著層或污染阻障層。緩沖層102可為一單層或多層結(jié)構(gòu)。舉例而言， 緩沖層102可由一氧化硅、 一氮化硅、或其組合所構(gòu)成。在基底100上形成一反射層104。反射層104可由金屬所構(gòu)成，例如鋁 (Al)、銅(Cu)、鉬(Mo)或其合金。再者，反射層104的厚度大于100 埃(A)且可通過習知的沉積技術(shù)形成的，例如濺鍍法或CVD。請參照圖1B,通過習知光刻及蝕刻工藝圖案化反射層104，以在驅(qū)動電 路區(qū)D的基底100上形成一反射板105。在本實施例中，反射板105位于驅(qū) 動電路區(qū)D的欲于后續(xù)工藝步驟中形成有源層的區(qū)域。在其他實施例中，反 射板105可完全覆蓋驅(qū)動電路區(qū)D的基底100。請參照圖1C，在驅(qū)動電路區(qū)D及像素區(qū)P的基底100上依序形成一絕 緣層106及依非晶硅層(未繪示)，以覆蓋反射板105，使非晶硅層能通過絕 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(jié)構(gòu)。舉例而言，絕緣層106可由一氧化硅、 一氮化硅、或其組合所構(gòu)成。接下來，對非晶硅層實施一激光退火處理109,使非晶硅層轉(zhuǎn)變成多晶 硅層108。在習知的低溫多晶硅(LTPS)制造中，多晶硅層通過準分子激光 退火(excimer laser annealing, ELA)處理所形成。然而，要降低驅(qū)動TFT的 次臨界擺蕩相當困難，其原因在于由波長為248nm至351nm的準分子激光 所形成的多晶硅層的晶粒尺寸并不夠大。因此，在本實施例中，采用波長不 小于400nm的激光光束，例如固態(tài)激光光束，來進行激光退火處理109，其 對于非晶硅材料的穿透性優(yōu)于準分子激光。因此，波長不小于400 nm的激 光光束可通過多晶硅層及絕緣層106而自反射板105重復地反射，進而在正 向于反射板105上方多晶硅層108的部分IIO提供較高的結(jié)晶溫度。亦即， 正向于反射板105上方的該部分110的多晶硅層108具有大于其他部分的晶 粒尺寸。多晶硅材料的晶粒尺寸通常反比于晶界電容(grain-boundary capacitance)。相反地，晶界電容正比于次臨界擺蕩。因此，當薄膜晶體管中 多晶硅有源層的晶粒尺寸增加時，可具有較低的次臨界擺蕩。接下來，可選 擇性地對多晶硅層108進行溝道摻雜工藝。請參照圖1D，圖案化如圖1C所示的多晶硅層108，以在驅(qū)動電路區(qū)D 的反射板105上形成一多晶硅圖案層112,且在像素區(qū)P的基底100上形成 一多晶硅圖案層114。特別的是多晶硅圖案層112大體對準于反射板105。
而多晶硅圖案層112及114分別作為驅(qū)動電路區(qū)D中薄膜晶體管的第 一有源 層及像素區(qū)P中薄膜晶體管的第二有源層。由于大體對準于反射板105的第 一有源層112所形成的結(jié)晶溫度高于第二有源層114,故第一有源層112的 晶粒尺寸大于第二有源層114的晶粒尺寸。請參照圖1E，在第一及第二有源層112及114與絕緣層106上依序形 成一絕緣層116及一導電層(未繪示)。在本實施例中，絕緣層116作為柵 極介電層且可為一單層或多層結(jié)構(gòu)。舉例而言，絕緣層116可由一氧化硅、 一氮化硅、或其組合所構(gòu)成。而絕緣層116可通過習知沉積技術(shù)形成的，例 如CVD。導電層可由金屬所構(gòu)成，例如鉬(Mo)或鉬合金。導電層可通過 CVD或濺鍍法形成。隨后蝕刻導電層，以分別在第一及第二有源層112及 114上形成棚-極層118及120。請參照圖1F,利用柵極層118及120作為注入掩模，對第一及第二有源 層112及114實施重離子注入121。在完成重離子注入121之后，溝道區(qū)113a 系形成于柵極層118下方的第一有源層112中，而一對源極/漏極區(qū)113b亦 形成于第一有源層112中且被溝道區(qū)113a所隔開。再者，溝道區(qū)115a形成 于柵極層120下方的第二有源層114中，而一對源極/漏極區(qū)115b亦形成于 第二有源層114中且^L溝道區(qū)115a所隔開。如此便完成本實施例的薄膜晶 體管裝置200。根據(jù)本實施例，由于像素區(qū)P的第二有源層114的晶粒尺寸小于驅(qū)動電 路區(qū)D的第一有源層112的晶粒尺寸，故像素TFT的次臨界擺蕩高于驅(qū)動 TFT的次臨界擺蕩。因此，薄膜晶體管裝置200在驅(qū)動電路區(qū)D及像素區(qū)P 中具有不同的電特性。亦即，像素TFT可具有較高的次臨界擺蕩，以增加顯 示裝置的灰階反轉(zhuǎn)(gray scale inversion),進而使顯示裝置具有較高的對比 率。同時，驅(qū)動TFT可具有較高的載流子遷移率及較低的次臨界擺蕩，而提 供快速的響應(yīng)。圖3是繪示出根據(jù)本發(fā)明另 一實施例的具有圖像顯示系統(tǒng)方塊示意圖， 其可實施于一平面顯示(FPD)裝置300或電子裝置500,例如一筆記型電 腦、 一手才/L、 一凄t碼相機、 一個人凄t字助理(personal digital assistant, 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。的前 所述的薄膜晶體管(TFT)裝置可并入于平面顯示裝置300,而平面顯示裝 置300可為LCD或OLED面板。如圖3所示，平面顯示裝置300包括一薄
膜晶體管裝置，如圖1F或2中的薄膜晶體管裝置200所示。在其他實施例中，薄膜晶體管裝置300可并入于電子裝置500。如圖3所示，電子裝置500 包括 一平面顯示裝置300及一輸入單元400。再者，輸入單元400耦接至 平面顯示器裝置300,用以提供輸入信號(例如，圖像信號)至平面顯示裝 置300以產(chǎn)生圖像。雖然本發(fā)明已以4交佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何 所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作 更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視權(quán)利要求所界定者為準。
權(quán)利要求
1.一種圖像顯示系統(tǒng)，包括薄膜晶體管裝置，包括基底，具有驅(qū)動電路區(qū)及像素區(qū)；第一及第二有源層，分別設(shè)置于該驅(qū)動電路區(qū)及該像素區(qū)的該基底上，其中該第一有源層具有一晶粒尺寸，且大于該第二有源層的晶粒尺寸；二柵極結(jié)構(gòu)，分別設(shè)置于該第一及該第二有源層上，其中每一柵極結(jié)構(gòu)包括由一柵極介電層及一柵極層所構(gòu)成的迭層；以及反射板，設(shè)置于該第一有源層下方的該基底上，且與該第一有源層絕緣。
2. 如權(quán)利要求1所述的圖像顯示系統(tǒng)，其中該反射板完全覆蓋該驅(qū)動電 3各區(qū)的該基底。
3. 如權(quán)利要求1所述的圖像顯示系統(tǒng)，其中該第一有源層大體對準于該 反射板。
4. 如權(quán)利要求1所述的圖像顯示系統(tǒng)，還包括 平面顯示裝置，包括該薄膜晶體管裝置；以及輸入單元，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圖像。
5. 如權(quán)利要求4所述的圖像顯示系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)包括具有該平面顯示 裝置的電子裝置。
6. 如權(quán)利要求5所述的圖像顯示系統(tǒng)，其中該電子裝置包括筆記型電腦、 手機、數(shù)碼相機、個人數(shù)字助理、桌上型電腦、電視機、車用顯示器、或攜 帶型DVD播放器。
7. —種圖像顯示系統(tǒng)的制造方法，其中該系統(tǒng)具有薄膜晶體管裝置，而 該方法包括提供基底，其具有驅(qū)動電路區(qū)及像素區(qū)； 在該驅(qū)動電路區(qū)的該基板上形成反射板；在該驅(qū)動電路區(qū)及該像素區(qū)的該基底上形成絕緣層，以覆蓋該反射板； 在該絕緣層上形成非晶硅層；通過一波長不小于400nm的激光光束對該非晶硅層進行退火處理，使該 非晶硅層轉(zhuǎn)變成多晶硅層，其中直接位于該反射板上該部分的該多晶硅層具 有一晶粒尺寸，且大于其他部分的該多晶硅層的晶粒尺寸；以及圖案化該多晶硅層，以在該反射板上形成第一有源層且在該4象素區(qū)的該 基底上形成第二有源層。
8. 如權(quán)利要求7所述的圖像顯示系統(tǒng)的制造方法，還包括分別在該第 一及該第二有源層上覆蓋由柵極介電層及柵極層所構(gòu)成的 迭層；以及對該第 一及該第二有源層實施重離子注入，以分別在該第 一及該第二有 源層中形成溝道區(qū)且在該溝道區(qū)的兩側(cè)形成一對源極/漏極區(qū)。
9. 如權(quán)利要求7所述的圖像顯示系統(tǒng)的制造方法，其中該反射板完全覆 蓋該驅(qū)動電路區(qū)的該基底。
10. 如權(quán)利要求7所述的圖像顯示系統(tǒng)的制造方法，其中該第 一有源層大 體對準于該反射板。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種圖像顯示系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括薄膜晶體管裝置，其包括具有驅(qū)動電路區(qū)及像素區(qū)的基底。第一及第二有源層分別設(shè)置于驅(qū)動電路區(qū)及像素區(qū)的基底上，其中第一有源層具有一晶粒尺寸，且大于第二有源層的晶粒尺寸。二柵極結(jié)構(gòu)分別設(shè)置于第一及第二有源層上，其中每一柵極結(jié)構(gòu)包括由柵極介電層及柵極層所構(gòu)成的迭層。反射板設(shè)置于第一有源層下方的基底上，且與第一有源層絕緣。本發(fā)明亦揭示具有該薄膜晶體管裝置的圖像顯示系統(tǒng)的制造方法。
文檔編號H01L21/84GK101127359SQ20071014394
公開日2008年2月20日 申請日期2007年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月15日
發(fā)明者劉侑宗, 李淂裕, 森本佳宏, 陳峰毅 申請人:統(tǒng)寶光電股份有限公司