專利名稱：薄膜晶體管制造方法及具有該薄膜晶體管的顯示器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明關于有源陣列有機發(fā)光二極管(Active Matrix Organic Light Emitting Diode; AMOLED)顯示器，更明確而言，是關于制造該 AMOLED顯示器所使用的不同薄膜晶體管(Thin Film Transistor; TFT) 的方法，以及包含該等薄膜晶體管的有源陣列有機發(fā)光二極管顯示器。
背景技術：
有機發(fā)光二極管(OLED)已廣泛運用于顯示器，其中在于有源陣列有機發(fā) 光二極管(AMOLED)顯示器中，發(fā)光部分是利用驅動電路來驅動發(fā)光組件 ——有機發(fā)光二極管(OLED)。 AMOLED驅動電路是使用薄膜晶體管，包含 一開關薄膜晶體管(Switch Thin Film Transistor)與一驅動薄膜晶體管(Driving Thin Film Transistor),其中該開關薄膜晶體管是以N型薄膜晶體管(NTFT)實 施，用于切換顯示器的次像素(sub-pixel)的開關狀態(tài)，而驅動薄膜晶體管是 以P型薄膜晶體管(PTFT)實施，用于驅動發(fā)光組件(如OLED)。此外， AMOLED顯示器的外圍電路部分亦需要用到N型薄膜晶體管(NTFT)與P 型薄膜晶體管(PTFT)?，F(xiàn)有技術中，制作AMOLED驅動電路以及外圍電路 中的薄膜晶體管所使用的多晶硅均是以標準激光結晶化法使長在玻璃基板上 的非晶硅結晶化成多晶硅。之所以采用標準激光結晶化法，是因為平面顯示 器適用的玻璃基板不像一般制造晶體管適用的硅晶圓如此耐高溫，必須采用溫度低于玻璃基板溫度的結晶化技術。但是，標準激光結晶化技術在觸發(fā)結 晶化過程中會因輸出激光能量差異等問題導致最后制成的顯示器有發(fā)光不均
勻(Mura)的現(xiàn)象。
此夕卜，AMOLED驅動薄膜晶體管是以輸出電流驅動OLED， OLED組件 的發(fā)光結果對于驅動電流的差異是非常敏感的。顯示區(qū)域是具有若干個次像 素(sub-pixel)的驅動薄膜晶體管矩陣，若各驅動薄膜晶體管間的電學特性具有 某種程度上的差異，則該區(qū)域中OLED組件的發(fā)光強度便產(chǎn)生相對應的差異， 進而造成人類視覺上可察覺的差別。
當制成顯示器后，相關于驅動薄膜晶體管的標準激光技術以及電流驅動 等因素會導致條紋狀發(fā)光不均勻的現(xiàn)象(Stripe Mura)，造成AMOLED產(chǎn)品 的良率偏低。本發(fā)明即意在解決此問題。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種OLED顯示器的薄膜晶體管制造方法以制造 OLED顯示器外圍電路部分的N型與P型外圍電路薄膜晶體管以及顯示區(qū)域 部分的驅動電路使用的開關薄膜晶體管與驅動薄膜晶體管。通過本發(fā)明的方 法所制造的外圍電路薄膜晶體管與開關薄膜晶體管以及驅動薄膜晶體管分別 具有符合其使用需求的特性。外圍電路薄膜晶體管與開關薄膜晶體管具有優(yōu) 異電學性能，例如高載流子遷移率。驅動薄膜晶體管則具有良好的穩(wěn)定性， 使得最后制得的顯示器具有良好的發(fā)光均勻性。
本發(fā)明的另一目的是提供一種OLED顯示器，其包含外圍電路部分以及 顯示區(qū)域部分。外圍電路部分具有外圍電路薄膜晶體管。顯示區(qū)域部分具有 若干個次像素，各次像素包含發(fā)光組件以及用于驅動發(fā)光組件的驅動薄膜晶體管以及用于切換次像素狀態(tài)的開關薄膜晶體管。本發(fā)明的OLED顯示器其 外圍電路薄膜晶體管與開關薄膜晶體管以及驅動薄膜晶體管分別具有符合使 用需求的特性。外圍電路薄膜晶體管與開關薄膜晶體管具有優(yōu)異電學性能， 例如高載流子遷移率。驅動薄膜晶體管則具有良好的穩(wěn)定性，使得最后制得 的顯示器具有良好的發(fā)光均勻性。
根據(jù)本發(fā)明， 一種有機發(fā)光二極管(OLED)顯示器的薄膜晶體管制造方 法，包含步驟有提供一基板層，該基板層具有第一區(qū)域與第二區(qū)域；于該基 板層上形成一緩沖層；通過第一結晶化制程于該緩沖層上形成第一多晶硅層； 圖形化該第一多晶硅層以于第一區(qū)域形成第一薄膜晶體管的有源區(qū)；形成第 一隔離層；通過第二結晶化制程于該第一隔離層上形成第二多晶硅層，該第 二結晶化制程不同于該第一結晶化制程；圖形化該第二多晶硅層以于第二區(qū) 域形成第二薄膜晶體管的有源區(qū)；形成第二隔離層；以及于該第二隔離層上 分別形成第一薄膜晶體管以及第二薄膜晶體管的柵極。
根據(jù)本發(fā)明的OLED顯示器具有外圍電路部分以及顯示區(qū)域部分。顯示 區(qū)域部分具有若干個次像素，各次像素包含發(fā)光組件以及用于驅動發(fā)光組件 的驅動薄膜晶體管，并包含開關薄膜晶體管。該OLED顯示器包含一基板層； 一第一薄膜晶體管形成于該基板層上，其包含一第一緩沖層形成于該基板層 上， 一第一多晶硅層形成的有源區(qū)設置于該緩沖層上， 一第一柵極絕緣層覆 蓋于有源區(qū)上以及一第一柵極設置于該第一柵極絕緣層上；以及一第二薄膜 晶體管形成于該基板層上，其包含一第二緩沖層形成于該基板層上， 一第二 多晶硅層形成的有源區(qū)設置于該緩沖層上， 一第二柵極絕緣層覆蓋于有源區(qū) 上以及一第二柵極設置于該第二柵極絕緣層。該第一多晶硅層與該第二多晶 硅層具有不同的晶粒特性，且該第一柵極絕緣層與該第二柵極絕緣層具有同的厚度。
圖1顯示一有源陣列有機發(fā)光二極管(AMOLED)顯示器110的基本電 路結構示意圖2顯示圖1中的次像素的基本電路結構示意圖3至圖12分別顯示根據(jù)本發(fā)明的OLED顯示器TFT制造方法流程步 驟的剖面示意圖13顯示通過FE-RTA結晶化法形成的多晶硅晶粒結構；以及
圖14顯示ELA結晶化法形成的多晶硅晶粒結構；以及
圖15顯示包含根據(jù)本發(fā)明的OLED顯示器的電子裝置的示意圖。
具體實施例方式
以下將參照所圖式詳細說明本發(fā)明的技術內容。
圖1顯示一有源陣列有機發(fā)光二極管(AMOLED)顯示器110的基本電 路結構。該OLED顯示器110包含有控制電路140、數(shù)據(jù)線驅動電路160、掃 描線驅動電路180以及一顯示面板200。該顯示面板200具有若干個次像素 210，各像素210與一條數(shù)據(jù)線(D1至Dn) 165以及一條掃描線(Sl至Sn) 187 連接，從而構成一矩陣。次像素210經(jīng)由數(shù)據(jù)線165與掃描線187接收數(shù)據(jù) 線驅動電路160的影像數(shù)據(jù)信號以及掃描線驅動電路180的開關/尋址信號。 該數(shù)據(jù)線驅動電路160以及該掃描線驅動電路180是由控制電路140加以控 制。 '
次像素的電路設計可包含多個薄膜晶體管，但一般而言至少具有一驅動薄膜晶體管用于驅動發(fā)光組件以及一開關薄膜晶體管用于切換該次像素的狀
態(tài)，如圖2所示。圖2顯示圖1中的次像素210的基本電路結構示意圖。各 次像素210包含一發(fā)光組件212，如OLED，以及用以驅動該發(fā)光組件212 的驅動薄膜晶體管214,其一般是由PTFT實施。該次像素210并包含一般是 由NTFT實施的開關薄膜晶體管216以及一電容器218。該開關薄膜晶體管 216的柵極電學連接至對應的掃描線187，其漏極則電學連接至對應的數(shù)據(jù)線 165，其源極則與該電容器218的一端以及驅動膜薄晶體管214的柵極連接。 該電容器218的另一端與該驅動薄膜晶體管214的源極連接并接至電壓源 Vdd。該驅動薄膜晶體管214與該發(fā)光組件212連接。此電路結構的操作為 此項技藝中所泛知者，同時也非本發(fā)明的重點，故在此不予贅述。
如前所述，為避免顯示區(qū)域發(fā)光不均勻現(xiàn)象，對顯示面板中各次像素的 驅動薄膜晶體管的一致性要求相當嚴格。相對而言，開關薄膜晶體管用于切 換次像素的開關狀態(tài)，與外圍電路所使用的薄膜晶體管同樣對于電學性能要 求較高。換言之，對于有源陣列OLED顯示器而言，驅動薄膜晶體管的需求 與包含開關薄膜晶體管與外圍電路薄膜晶體管的需求不同，而本發(fā)明是提供 一種技術，可于同一制程中制得符合不同需求的薄膜晶體管。
本發(fā)明是于同一玻璃基板上分不同區(qū)域同時制造用于OLED顯示器外圍 電路所需要使用的N型薄膜晶體管(NTFT)、 P型薄膜晶體管(PTFT)、OLED 顯示器顯示區(qū)域所需要使用的開關晶體管(Switch TFT， 一般以NTFT實施) 以及OLED顯示器顯示區(qū)域用以驅動發(fā)光組件的驅動薄膜晶體管(Driving TFT， 一般以PTFT實施)。為便于敘述，外圍電路所需要使用的N型薄膜晶 體管(NTFT)、 P型薄膜晶體管(PTFT)、以及顯示區(qū)域所需要使用的開關晶 體管統(tǒng)稱"非驅動用薄膜晶體管"。根據(jù)本發(fā)明，所制造的非驅動用TFT與驅動TFT分別具有符合所屬區(qū)域使用需求的性能。非驅動用TFT具有優(yōu)異的 電學性能，而驅動TFT則使制成的平面顯示器具有良好的發(fā)光均勻性。
本發(fā)明的AMOLED顯示器TFT制造方法程序顯示于圖3至圖12，在本 實施例中，第一區(qū)域的左邊的部分用于非驅動用薄膜晶體管的NTFT制程， 右邊的部分用于非驅動用薄膜晶體管的PTFT制程，而第二區(qū)域是驅動TFT 制程。
請參照圖3，其顯示根據(jù)本發(fā)明的方法的第一步驟。提供一基板層10， 其材質可為透光材料如玻璃。于基板層10上形成一緩沖層，于本實施例中， 該緩沖層包含材料為氮化物(如氮化硅)的氮化層21以及材料為氧化物(如 氧化硅)的氧化層23。于該緩沖層上形成一非晶硅層，該非晶硅層是利用第 一結晶化制程轉化成第一多晶硅層30。該第一結晶化制程為一種高功率激光 結晶化制程，稱為標準激光結晶化法，例如可采用例如準分子激光退火 (Excimer Laser Anneal; ELA)法。
請參照圖4，將第一多晶硅層30加以圖形化(patterning)以及N型摻雜 (N-type doping)以及溝道摻雜(channel doping)之后，在NTFT部分，保留的 多晶硅層是成為有源區(qū)36，其形成有漏極區(qū)36a、溝道區(qū)36b、源極區(qū)36c， 而PTFT部分，保留的多晶硅層則為有源區(qū)34，此時PTFT的有源區(qū)34尚未 經(jīng)過摻雜。應注意的是第二區(qū)域的多晶硅層30被全部剝除。剝除的方式可采 用任何適當?shù)募夹g，例如干法刻蝕。接著，在整個結構上再形成第一隔離層 40。較佳而言，此第一隔離層40的厚度越小越好，實作上大約為200至300 埃。于本實施例中，該第一隔離層40的材料為氧化物，如氧化硅。較佳而言， 其材料與隔離層的氧化層23為相同材質。
請參照圖5，是在圖4的結構上形成一非晶硅層50。該非晶硅層是利用第二結晶化制程將之轉化成多晶硅，亦即圖6所示的第二多晶硅層51。根據(jù) 本發(fā)明，該第二結晶化制程不同于第一結晶化制程。該第二結晶化制程是利 用非激光結晶技術或是低功率激光結晶技術。非激光結晶技術包括固相結晶 化法(Solid Phase Crystallization ; SPC)、金屬誘導結晶化法(Metal Induced Crystallization ; MIC)、金屬誘導側向結晶化法(Metal Induced Lateral Crystallization; MILC)、電場增強金屬誘導側向結晶化法(Field Enhanced Metal Induced Lateral Crystallization; FE-MILC)、電場增強快速熱退火法(Field Enhanced Rapid Thermal Annealing)、 爐管退火工藝 (fbrnace annealing process)、快速熱處理工藝(rapid thermal process, RTP)等等。低功率激光結晶 化法包括低照射功率準分子激光結晶化法、固態(tài)激光結晶化法等等。在此列 舉的各種結晶化法僅為例示，本發(fā)明并不受限于此。
請參見圖7，經(jīng)過圖形化制程，第一區(qū)域的第二多晶硅層51被剝除，而 在第二區(qū)域的第二多晶硅層則留下一部分作為有源區(qū)52。然后在整體結構上 形成一第二隔離層45。該第二隔離層45的材料可如同第一隔離層40 —樣為 氧化物，然而，為了電性考慮等因素，于本實施例，該第二隔離層45包含上 下兩層不同材料，下層為氧化物，上層為氮化物。實作上，在形成之后，該 第二隔離層45與第一隔離層40將難以區(qū)別。
請參照圖8，在第一區(qū)域及第二區(qū)域的第二隔離層45上分別形成柵極62、 64、 66，并實行輕摻雜漏(Light Doped Drain; LDD)制程，而形成LDD區(qū)36d、 36e。
由圖中可明顯看出，第二區(qū)域的有源區(qū)52底面到基層板10頂面之前的 緩沖材料(含氮化層21、氧化層23以及第一隔離層40)的厚度比較厚，而第 一區(qū)域的有源區(qū)34、 36底面到基板層10頂面之間的絕緣材料(含氮化層21以及氧化層23而無第一隔離層40)較薄。相反的，第二區(qū)域的柵極62到有 源區(qū)52之間的絕緣材料(稱為第二柵極絕緣層)僅為第二隔離層45，而第一 區(qū)域的柵極64、66到有源區(qū)34、36之間的絕緣材料(稱為第一柵極絕緣層)則 包含第一隔離層40與第二隔離層45'。因此，第二柵極絕緣層較薄而第一柵 極絕緣層較厚，兩者的厚度差異即為第一隔離層40的厚度?？紤]到各層膜厚 誤差， 一般而言該厚度差異應會大于30埃。
請參照圖9，第一區(qū)域的有源區(qū)的部分區(qū)域34a、 34c以及第二區(qū)域的有 源區(qū)的部分區(qū)域52a、52c接受P型摻雜(P-type doping)而分別形成漏極34a'、 52a'以及源極34c，、 52c，。
請參照圖10，在圖9的結構上形成第一保護層70以及第二保護層80， 并以任何適當方式形成電極92、 94、 96。該第一保護層70的材料可為氮化 物，而該第二保護層80的材料可為氧化物。
請參照圖11，在圖10的結構上形成一中間層85，其材料可為氮化物， 并于整體結構上形成一層厚厚的第一平坦層100使整個結構的表面呈平坦 狀。該平坦層100的材料可為透光材質。如圖所示，并利用任何適當方式形 成接觸孔101。
請參照圖12,于該接觸孔101的側壁形成OLED的陽極103，并形成第 二平坦層105。
根據(jù)本發(fā)明，第二區(qū)域的有源區(qū)52的多晶硅層，是用于驅動發(fā)光組件的 驅動TFT以及第一區(qū)域的有源區(qū)34、 36的多晶硅層，是用于非驅動用NTFT 與PTFT(例如外圍電路TFT及開關TFT)，是采用兩種不同的結晶化方法結晶， 即第一結晶化制程以及第二結晶化制程，前者是使用標準激光結晶化法，例 如準分子激光退火法(Excimer Laser Anneal; ELA)，而后者則是使用非激光結晶化法如SPC或是低溫激光結晶化法如低功率準分子激光結晶化法。兩種
不同結晶化方式產(chǎn)生的多晶硅在晶粒特性上會有明顯的差異。
圖13顯示通過非激光結晶化法中的FE-RTA結晶化法形成的多晶硅晶粒 結構。由圖可見經(jīng)由此種方式形成的晶粒很小，呈不規(guī)則狀，結構較紊亂， 并且具有樹枝狀紋理。圖14顯示通過標準激光結晶化法中的ELA結晶化法 形成的多晶硅柱狀晶粒結構。由圖可見經(jīng)由此種方式形成的晶粒較大，呈規(guī) 則狀，結構較整齊不具有樹枝狀紋理。
又， 一般而言，標準激光與低功率激光兩種結晶化法所產(chǎn)生的晶粒大小 的平均差異可達500埃以上。
通過不同結晶化法形成特性不同的多晶硅作為有源區(qū)，可使得對于電學 性能要求較高的外圍電路TFT維持優(yōu)異的電學性能，舉例而言，標準激光結 晶化法制成的多晶硅具有高載流子遷移率，例如約為100平方厘米/伏特-秒 (cm2/V's)，而載流子遷移率變異較大，亦即載流子遷移率標準差較高；而對 于電學性能要求相對較低的驅動TFT，免除使用標準激光結晶化法而采用非 激光結晶化法或是低功率激光結晶化法，而得以避免在制成顯示器之后產(chǎn)生 條紋狀發(fā)光不均勻的問題。通過非激光結晶化法或低功率激光結晶化法制成 的多晶硅的載流子遷移率較低，大約為10-40平方厘米/伏特"秒(cm2/V-S)， 因此不適用于外圍電路的TFT以及開關TFT的制作，但對于驅動OLED組 件的驅動TFT制作則已足夠，而使用此種多晶硅制成的AMOLED驅動TFT 的載流子遷移率標準差較低，亦即變異較小較穩(wěn)定，可使得組裝成顯示器之 后，條紋狀發(fā)光不均勻的現(xiàn)象得到明顯改善。
圖15顯示具有根據(jù)本發(fā)明的顯示器110的電子裝置600。具有如圖12 所示結構的驅動薄膜晶體管與開關薄膜晶體管以及外圍電路薄膜晶體管的OLED顯示器110可以是電子裝置600的一部分。該電子裝置600包括根據(jù) 本發(fā)的OLED顯示器110和一電源供應器700，甚者，電源供應器700耦接 至OLED顯示器110以提供電源給OLED顯示器110以產(chǎn)生影像。電子裝置 600可以是手機、數(shù)碼相機、個人數(shù)字助理、筆記本計算機、臺式計算機、 電視、衛(wèi)星導航、車載顯示器或便攜式DVD播放機。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，但該較佳實施例并非 用以限制本發(fā)明，該領域的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內， 均可作各種更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍以權利要求界定的范圍為準。
權利要求
1. 一種有機發(fā)光二極管顯示器的薄膜晶體管制造方法，該顯示器包含外圍電路以及若干個次像素，而各次像素具有發(fā)光組件，其特征在于該方法包含步驟有提供一基板層，該基板層具有第一區(qū)域與第二區(qū)域；于該基板層上形成一緩沖層；通過第一結晶化制程于該緩沖層上形成第一多晶硅層；圖形化該第一多晶硅層以于該第一區(qū)域形成第一薄膜晶體管的有源區(qū)；形成第一隔離層；通過第二結晶化制程于該第一隔離層上形成第二多晶硅層，該第二結晶化制程不同于該第一結晶化制程；圖形化該第二多晶硅層以于該第二區(qū)域形成第二薄膜晶體管的有源區(qū)；形成第二隔離層；以及于該第二隔離層上分別形成第一薄膜晶體管以及第二薄膜晶體管的柵極。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于該第一薄膜晶體管包含用 于外圍電路的外圍電路薄膜晶體管以及用于切換次像素狀態(tài)的開關薄膜晶體 管，而該第二薄膜晶體管包含用于驅動發(fā)光組件的驅動薄膜晶體管。
3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于該第一結晶化制程為標準 激光結晶化法。
4. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于該第一結晶化制程為準分子激光退火法。
5. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于該第二結晶化制程為非激 光結晶化法。
6. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于該第二結晶化制程為低功 率激光結晶化法。
7. —種有機發(fā)光二極管顯示器，具有外圍電路以及顯示區(qū)域，該顯示區(qū) 域具有若干個次像素，各次像素具有一發(fā)光組件，其特征在于該有機發(fā)光 二極管顯示器包含有一基板層，具有第一區(qū)域與第二區(qū)域；一第一薄膜晶體管，形成于該基板層的該第一區(qū)域，其包含一第一緩沖 層形成于該基板層上， 一第一多晶硅層形成的有源區(qū)設置于該緩沖層上，一 第一柵極絕緣層覆蓋于有源區(qū)上以及一第一柵極設置于該第一柵極絕緣層 上；以及一第二薄膜晶體管，形成于該基板層的該第二區(qū)域，其包含一第二緩沖 層形成于該基板層上， 一第二多晶硅層形成的有源區(qū)設置于該緩沖層上，一 第二柵極絕緣層覆蓋于有源區(qū)上以及一第二柵極設置于該第二柵極絕緣層 上，其中該第一多晶硅層與該第二多晶硅層具有不同的晶粒特性，且該第一 柵極絕緣層與該第二柵極絕緣層具有不同的厚度。
8. 根據(jù)權利要求7所述的有機發(fā)光二極管顯示器，其特征在于該第一 薄膜晶體管包含用于該外圍電路的外圍電路薄膜晶體管以及用于切換該次像 素的狀態(tài)的開關薄膜晶體管，而第二薄膜晶體管包含用于驅動該發(fā)光組件的驅動薄膜晶體管。
9. 根據(jù)權利要求7所述的有機發(fā)光二極管顯示器，其特征在于該第一 多晶硅層與該第二多晶硅層具有不同的晶粒結構。
10. 根據(jù)權利要求9所述的有機發(fā)光二極管顯示器，其特征在于該第 一多晶硅層具有晶粒結構較整齊的柱狀結構，而該第二多晶硅層具有晶粒結 構較紊亂的樹狀結構。
11. 根據(jù)權利要求7所述的有機發(fā)光二極管顯示器，其特征在于該第 一多晶硅層與該第二多晶硅層具有不同的晶粒大小。
12. 根據(jù)權利要求11所述的有機發(fā)光二極管顯示器，其特征在于該第 一多晶硅層與該第二多晶硅層的晶粒大小平均差異達到500?；蛞陨?。
13. 根據(jù)權利要求7所述的有機發(fā)光二極管顯示器，其特征在于該外 圍電路薄膜晶體管的載流子遷移率標準差大于該驅動薄膜晶體管的載流子遷 移率標準差。
14. 根據(jù)權利要求7所述的有機發(fā)光二極管顯示器，其特征在于該第一柵極絕緣層與該第二柵極絕緣層的厚度平均差異大于30埃。
全文摘要
一種薄膜晶體管制造方法以及具有由此方法制得的薄膜晶體管的有機發(fā)光二極管(OLED)顯示器。根據(jù)本發(fā)明，制成OLED顯示器所使用的非驅動用薄膜晶體管(包括外圍電路薄膜晶體管以及開關薄膜晶體管)與OLED驅動薄膜晶體管，其有源區(qū)的多晶硅層分別通過標準激光結晶化法以及非激光結晶化法或低功率激光結晶化法形成，從而使得外圍電路薄膜晶體管具有優(yōu)異電學性能，例如高載流子遷移率，而OLED驅動薄膜晶體管則具有良好的穩(wěn)定性，因而最后制得的顯示器具有良好的發(fā)光均勻性。
文檔編號H01L21/84GK101546732SQ20081009661
公開日2009年9月30日 申請日期2008年4月29日 優(yōu)先權日2007年12月6日
發(fā)明者萬德昌, 劉侑宗, 李淂裕 申請人:統(tǒng)寶光電股份有限公司