影像显示系统及其制造方法

摘要

本发明揭示一种影像显示系统及其制造方法。此影像显示系统包括薄膜晶体管装置，其包括：覆盖于基板的第一区及第二区的第一绝缘层、位于第一区且设置于基板与第一绝缘层之间的第一多晶硅有源层、位于第二区且设置于第一绝缘层上的第二多晶硅有源层、设置于第一多晶硅有源层上方的多晶硅栅极层、覆盖多晶硅栅极层以及第二多晶硅有源层的第二绝缘层、以及设置于第二多晶硅有源层上方的金属栅极层。

权利要求

1.一种影像显示系统，包括：

薄膜晶体管装置，包括：

基板，具有第一区及第二区；

第一绝缘层，位于该第一区及该第二区且覆盖该基板；

第一多晶硅有源层，位于该第一区且设置于该基板与该第一绝缘层之间；

第二多晶硅有源层，位于该第二区且设置于该第一绝缘层上；

多晶硅栅极层，设置于该第一多晶硅有源层上方的该第一绝缘层上；

第二绝缘层，覆盖该多晶硅栅极层以及该第二多晶硅有源层；以及金属栅极层，设置于该第二多晶硅有源层上方的该第二绝缘层上，其中该第一多晶硅有源层、位于上方的该第一绝缘层与该多晶硅栅极层构成第一薄膜晶体管，而该第二多晶硅有源层、位于上方的该第二绝缘层与该金属栅极层构成第二薄膜晶体管。

2.如权利要求1所述的影像显示系统，其中该第一及该第二多晶硅有源层具有不同的管芯尺寸。

3.如权利要求1所述的影像显示系统，其中该第二多晶硅有源层与该多晶硅栅极层由同一多晶硅层所构成。

4.如权利要求1所述的影像显示系统，还包括：平面显示装置，包括该薄膜晶体管装置；以及

输入单元，耦接至该平面显示装置，用以提供输入至该平面显示装置，使该平面显示装置显示影像。

5.如权利要求4所述的影像显示系统，其中该平面显示装置为有机发光二极管显示器，该第二薄膜晶体管为周边电路薄膜晶体管以及开关薄膜晶体管的其中之一，而该第一薄膜晶体管为发光元件的驱动薄膜晶体管。

6.如权利要求4所述的影像显示系统，其中该系统包括具有该平面显示装置的电子装置。

7.一种影像显示系统的制造方法，其中该系统具有薄膜晶体管装置，而该方法包括：提供基板，其具有第一区及第二区；

在该基板的该第一区上形成第一多晶硅有源层；

在该第一多晶硅有源层上及该基板的该第二区上覆盖第一绝缘层；

在位于该第一区的该第一绝缘层上形成多晶硅栅极层，且同时在位于该第二区的该第一绝缘层上形成第二多晶硅有源层；

在该多晶硅栅极层上及在该第二多晶硅有源层上覆盖第二绝缘层；以及在该第二多晶硅有源层上方的该第二绝缘层上形成金属栅极层，其中该第多晶硅有源层、位于上方的该第一绝缘层与该多晶硅栅极层构成该薄膜晶体管装置的第一薄膜晶体管，而该第二多晶硅有源层、位于上方的该第二绝缘层与该金属栅极层构成该薄膜晶体管装置的第二薄膜晶体管。

8.如权利要求7所述的影像显示系统的制造方法，其中该第一及该第二多晶硅有源层具有不同的管芯尺寸。

9.如权利要求7所述的影像显示系统的制造方法，其中该第一及该第二多晶硅有源层是由不同的结晶化工艺所形成的。

10.如权利要求7所述的影像显示系统的制造方法，其中该薄膜晶体管装置用于有机发光二极管显示器，该第二薄膜晶体管用于该有机发光二极管显示器的周边电路薄膜晶体管以及开关薄膜晶体管，而该第一薄膜晶体管包括用于该有机发光二极管显示器的发光元件的驱动薄膜晶体管。

说明书

影像显示系统及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种平面显示器技术，特别是涉及一种有机发光二极管(organic light emitting diode，OLED)显示器中周边电路区及OLED驱动区具有不同的电特性(electrical characteristic)的薄膜晶体管(TFT)装置以及具有这些TFT装置的影像显示系统及其制造方法。

背景技术

[0002] 近年来，有源式阵列平面显示器的需求快速的增加，例如有源式阵列有机发光二极管(active matrix OLED，AMOLED)显示器。AMOLED显示器通常利用薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)作为像素区的开关元件以及发光元件的驱动元件。另外，AMOLED显示器的周边电路区(即，驱动电路区)也需要使用由TFT所构成的CMOS电路。

[0003] 依据有源层所使用的材料分为非晶硅(a-Si)及多晶硅TFT。相较于非晶硅TFT，多晶硅TFT具有高载流子迁移率及高驱动电路集成度及低漏电流的优势而常用于高速操作的产品。因此，低温多晶硅(low temperaturepolysilicon，LTPS)成为平面显示器技术的一种新的应用。LTPS可通过简单的IC工艺形成，并将驱动电路整合于具有像素的基板上，降低了制造成本。

[0004] 在LTPS薄膜晶体管制造中，周边电路区及像素区的TFT具有实质上相同的电特性。然而，AMOLED显示器中，周边电路区的TFT及像素区的开关TFT的电特性需不同于像素区的驱动TFT。举例而言，前者需设计成具有高载流子迁移率及低亚阈值摆荡(sub-threshold swing)等特性，藉以提供快速响应。另外，后者需设计成具有高亚阈值摆荡及低阈值电压(thresholdvoltage)等特性，藉以增加显示灰阶(gray scale)及延长OLED寿命。然而，若依照上述LTPS工艺，要制作不同电特性的TFT是相当困难的。

[0005] 另外，在上述LTPS工艺期间，TFT的有源层(active layer)是采用高功率激光结晶化工艺所形成的。然而，由于激光输出能量不均，使得所形成的每一个OLED驱动TFT的驱动电流有所差异，造成显示器产生视觉缺陷/发光不均匀(mura)的问题。

[0006] 因此，有必要寻求一种用于OLED显示器的薄膜晶体管装置，其可具有不同电特性的TFT，并可解决OLED驱动TFT所引发的视觉缺陷/发光不均匀的问题。

发明内容

[0007] 有鉴于此，根据本发明提供一种影像显示系统及其制造方法，其中影像显示系统包括薄膜晶体管装置，薄膜晶体管装置的不同区域使用不同管芯尺寸或由不同结晶化工艺所形成的多晶硅有源层，藉以在不同区域提供不同电特性的薄膜晶体管并改善视觉缺陷/发光不均匀的问题。再者，使用同一多晶硅材料层来制作薄膜晶体管装置在不同区域的薄膜晶体管栅极与有源层，使具有多晶硅栅极的薄膜晶体管具有较小的阈值电压，同时避免因通过不同结晶化工艺来形成多晶硅有源层而造成栅极介电层厚度控制上的难处。

[0008] 根据本发明提供一种影像显示系统，此系统包括薄膜晶体管装置，其包括：具有第一区及第二区的基板、位于第一区及第二区且覆盖基板的第一绝缘层、位于第一区且设置于基板与第一绝缘层之间的第一多晶硅有源层、位于第二区且设置于第一绝缘层上的第二多晶硅有源层、设置于第一多晶硅有源层上方的第一绝缘层上的多晶硅栅极层、覆盖多晶硅栅极层以及第二多晶硅有源层的第二绝缘层、以及设置于第二多晶硅有源层上方的第二绝缘层上的金属栅极层。其中，第一多晶硅有源层、位于上方的第一绝缘层与多晶硅栅极层构成第一薄膜晶体管，而第二多晶硅有源层、位于上方的第二绝缘层与金属栅极层构成第二薄膜晶体管。

[0009] 根据本发明又提供一种影像显示系统的制造方法，其中此系统具有薄膜晶体管装置，而此方法包括：提供基板，其具有第一区及第二区。在基板的第一区上形成第一多晶硅有源层。在第一多晶硅有源层上及基板的第二区上覆盖第一绝缘层。在位于第一区的第一绝缘层上形成多晶硅栅极层，且同时在位于第二区的第一绝缘层上形成第二多晶硅有源层。在多晶硅栅极层上及在第二多晶硅有源层上覆盖第二绝缘层。在第二多晶硅有源层上方的第二绝缘层上形成金属栅极层。其中，第一多晶硅有源层、位于上方的第一绝缘层与多晶硅栅极层构成薄膜晶体管装置的第一薄膜晶体管，而第二多晶硅有源层、位于上方的第二绝缘层与金属栅极层构成薄膜晶体管装置的第二薄膜晶体管。

附图说明

[0010] 图1为绘示出有源式阵列有机发光二极管显示器平面示意图；

[0011] 图2为绘示出图1中像素单元的电路示意图；

[0012] 图3A至图3I为绘示出根据本发明实施例的具有薄膜晶体管的影像显示系统的制造方法剖面示意图；以及

[0013] 图4为绘示出根据本发明另一实施例的影像显示系统方块示意图。

[0014] 附图标记说明

[0015] 10：显示面板 10a：像素单元

[0016] 12：数据线驱动电路 14：扫描线驱动电路

[0017] 16：开关薄膜晶体管 18：驱动薄膜晶体管

[0018] 20：储存电容器 22：发光元件

[0019] 100：第一区 200：第二区

[0020] 300：基板 302：缓冲层

[0021] 304、310：多晶硅层 306、314、316：多晶硅有源层[0022] 308、318、330、332：绝缘层 306a、316a：轻掺杂源极/漏极区[0023] 306b、314a、316b：源极/漏极区 312：多晶硅栅极层

[0024] 314b：轻掺杂漏极区 317、327：光致抗蚀剂图案层[0025] 319、329：重离子注入 325：轻离子注入

[0026] 322、324：金属栅极层 334、336、338：电极

[0027] 400：薄膜晶体管装置 500：平面显示器装置

[0028] 600：输入单元 700：电子装置

[0029] D1-Dn：数据线 S1-Sn：扫描线

[0030] Vdd：电压源

具体实施方式

[0031] 以下说明本发明实施例的制作与使用。然而，可轻易了解本发明所提供的实施例仅用于说明以特定方法制作及使用本发明，并非用以局限本发明的范围。

[0032] 请参照图1，其绘示出有源式阵列有机发光二极管(AMOLED)显示器平面示意图。AMOLED显示器包括：显示面板10、数据线驱动电路12、以及扫描线驱动电路14。显示面板
10具有多个像素单元，为了简化附图，此处仅绘示出单一像素单元10a。数据线驱动电路12具有多条数据线D1至Dn，而扫描线驱动电路14具有多条扫描线S1至Sn。每一像素单元
10a与一条数据线以及一条扫描线连接(例如，数据线D3及扫描线S3)而排列成矩阵。

[0033] 请参照图2，其绘示出图1中像素单元10a的电路示意图。典型的像素单元中具有驱动薄膜晶体管(driving TFT)用于驱动发光元件、开关薄膜晶体管(switching TFT)用于切换像素单元的状态、以及储存电容用于储存影像数据。在本实施例中。像素单元10a包括：发光元件22，例如有机发光二极管(OLED)，以及用以驱动该发光元件22的驱动薄膜晶体管18，其一般为P型薄膜晶体管(PTFT)。像素单元10a并包含开关薄膜晶体管16，其一般为N型薄膜晶体管(NTFT)，以及储存电容器20。开关薄膜晶体管16的栅极连接至对应的扫描线S3，漏极连接至对应的数据线D3，源极则与储存电容器20的一端以及驱动薄膜晶体管18的栅极连接。储存电容器20的另一端与驱动薄膜晶体管18的源极连接，且连接至电压源Vdd。驱动薄膜晶体管18的漏极与发光元件22连接。

[0034] 如之前所述，由于视觉缺陷/发光不均匀的问题，必须考量像素单元10a的驱动薄膜晶体管18的一致性。然而，对于开关薄膜晶体管16与周边电路所使用的薄膜晶体管(未绘示)而言，则对于元件效能的要求较高。换言之，驱动薄膜晶体管18的需求与开关薄膜晶体管16及周边电路薄膜晶体管的电特性需求不同。

[0035] 以下说明本发明实施例的影像显示系统及其制造方法。图3I绘示出根据本发明实施例的影像显示系统，特别是一种具有薄膜晶体管装置400的影像显示系统。本发明的实施例是于透明基板上的区域制造用于周边电路的NTFT及PTFT与用于像素单元的开关薄膜晶体管(如，NTFT)，且在另一区域制造用于像素单元的驱动薄膜晶体管(如，PTFT)。在以下的叙述中，用于周边电路的薄膜晶体管与用于像素单元的开关晶体管称作「非驱动用薄膜晶体管」。

[0036] 薄膜晶体管装置400包括具有第一区100及第二区200的基板300。缓冲层302，可任意地覆盖于基板300上，以作为基板300与后续所形成的有源层之间的粘着层或是污染阻障层，其可由氧化硅层、氮化硅层、或其组合所构成。

[0037] 多晶硅有源层306设置于第一区100的缓冲层302上，而多晶硅有源层314及316则设置于第二区200的缓冲层302上。在本实施例中，多晶硅有源层306的管芯尺寸不同于多晶硅有源层314及316的管芯尺寸。举例而言，后者的管芯尺寸大于前者的管芯尺寸。多晶硅有源层306包括沟道区以及一对被沟道区所隔开的源极/漏极区306b。同样地，多晶硅有源层314包括沟道区以及一对源极/漏极区314a，而多晶硅有源层316包括沟道区以及一对源极/漏极区316b。

[0038] 绝缘层308覆盖基板300的第一区100及第二区200。特别的是位于第一区100的绝缘层308覆盖多晶硅有源层306以作为栅极介电层，而位于第二区200的绝缘层308则夹设于基板300与多晶硅有源层314及316之间。

[0039] 多晶硅栅极层312设置于多晶硅有源层306上方的绝缘层308上，其与多晶硅有源层314及316由同一多晶硅层所构成。换言之，多晶硅栅极层312与多晶硅有源层314及316是通过图案化多晶硅层所形成的。

[0040] 绝缘层318覆盖多晶硅栅极层312与多晶硅有源层314及316，其中位于多晶硅有源层314及316上方的绝缘层318亦作为栅极介电层，且在对应于多晶硅有源层314及316的绝缘层318上方分别设置有金属栅极层322及324。

[0041] 在本实施例中，位于第一区100的多晶硅有源层306、绝缘层308、及多晶硅栅极层312构成薄膜晶体管，其包括用于AMOLED的发光元件的驱动薄膜晶体管。再者，位于第二区200的多晶硅有源层314及316、绝缘层318、及金属栅极层322及324构成二薄膜晶体管，其包括用于AMOLED的非驱动用薄膜晶体管(即，开关薄膜晶体管以及周边电路薄膜晶体管)。需注意的是在第一区100及第二区200中薄膜晶体管的实际数量取决于电路设计，并未局限于图3I所绘示的三个薄膜晶体管。

[0042] 接下来，图3A至图3I绘示出根据本发明实施例的具有薄膜晶体管400的影像显示系统的制造方法剖面示意图。请参照图3A，提供基板300，其具有第一区100及第二区200。在本实施例中，第一区100用于制作驱动TFT。第二区200的左侧的部分是用于制作非驱动用的NTFT，而右侧的部分是用于制作非驱动用的PTFT。基板300可由玻璃、石英、或其他透明材料所构成。

[0043] 接着，可任意地于基板300上形成缓冲层302。之后，在缓冲层302上形成非晶硅层(未绘示)并对其进行结晶化工艺，以将非晶硅层转化成多晶硅层304。在本实施例中，多晶硅层304可通过非激光结晶技术进行该结晶化工艺。举例而言，非激光结晶技术包括：固相结晶化法(solid phasecrystallization，SPC)、金属诱发结晶化法(metal induced crystallization，MIC)、金属诱发侧向结晶化法(metal induced lateral crystallization，MILC)、电场增强金属诱发侧向结晶化法(field enhanced metalinduced lateral crystallization，FE-MILC)、或电场增强快速热退火法(field enhanced rapid thermal annealing)等等。在此列举的各种结晶化法仅为例示，本发明并不受限于此。

[0044] 请参照图3B，通过已知光刻及蚀刻工艺图案化多晶硅层304，以在基板300的第一区100上方形成多晶硅有源层306。

[0045] 请参照图3C，在基板300的第一区100及第二区200上方形成绝缘层308并覆盖多晶硅有源层306。绝缘层308可由氧化硅、氮化硅、或其他已知栅极介电材料所构成。接着，在绝缘层308上形成非晶硅层(未绘示)并对其进行结晶化工艺，以将非晶硅层转化成多晶硅层310。特别的是，不同于多晶硅层304，多晶硅层310是利用绝缘层308作为隔离层来进行高功率激光结晶化工艺(标准激光结晶化法)而形成的。例如，准分子激光退火(excimer laser annealing，ELA)法。

[0046] 请参照图3D，图案化多晶硅层310，以在第一区100的绝缘层308上形成对应于多晶硅有源层306的多晶硅栅极层312，且同时在第二区200的绝缘层308上形成多晶硅有源层314及316。由于第一区100的多晶硅有源层306与第二区200的多晶硅有源层314及316是利用不同的结晶化工艺而形成的，故多晶硅有源层306的管芯尺寸不同于多晶硅有源层314及316的管芯尺寸。举例而言，通过ELA所形成的多晶硅有源层314及316的管芯尺寸大于通过非激光结晶技术所形成的多晶硅有源层306的管芯尺寸。

[0047] 请参照图3E，利用已知光刻技术在图3D所示的结构上形成光致抗蚀剂图案层317，用以在多晶硅有源层314中定义源极/漏极区。接着，利用光致抗蚀剂图案层317作为注入掩模(implant mask)，对多晶硅有源层314实施重离子注入(heavy ion implantation)319，以在多晶硅有源层314内形成N型的源极/漏极区314a。

[0048] 请参照图3F，在去除光致抗蚀剂图案层317之后，在绝缘层308上依序形成绝缘层318及金属层320并覆盖多晶硅栅极层312与多晶硅有源层314及316。同样地，绝缘层318可由氧化硅、氮化硅、或其他已知栅极介电材料所构成。再者，金属层320可由钼(Mo)、钼合金、或其他已知金属栅极材料所构成。

[0049] 请参照图3G，通过已知光刻及蚀刻工艺来图案化金属层320，以分别在多晶硅有源层314及316上方的绝缘层318上形成金属栅极层322及324。接着，利用金属栅极层322及324作为注入掩模，对多晶硅有源层314及316实施轻离子注入(light ion implantation)325，以在多晶硅有源层314内形成N型的轻掺杂漏极(lightly doped drain，LDD)区314b，而分别在多晶硅有源层306及316内形成轻掺杂源极/漏极区306a及316a。另外，在进行轻离子注入325之后，多晶硅栅极层312成为N型掺杂多晶硅栅极层。此处，第二区200的多晶硅有源层314、位于上方的绝缘层318及金属栅极层322是构成非驱动用的NTFT。在本实施例中，非驱动用的NTFT可为开关TFT。

[0050] 请参照图3H，利用已知光刻技术在非驱动用的NTFT上覆盖光致抗蚀剂图案层327。接着，以光致抗蚀剂图案层327作为注入掩模，对多晶硅有源层306及316实施重离子注入329，以分别在多晶硅有源层306及316内形成P型的源极/漏极区306b及316b。另外，在进行重离子注入329之后，多晶硅栅极层312成为P型掺杂多晶硅栅极层。此处，第一区100的多晶硅有源层306、位于上方的绝缘层308及多晶硅栅极层312构成驱动PTFT。
再者，第二区200的多晶硅有源层316、位于上方的绝缘层318及金属栅极层324构成非驱动用的PTFT。在本实施例中，非驱动用的PTFT可为周边电路TFT。

[0051] 请参照图3I，在去除光致抗蚀剂图案层317之后，在图3H的结构上依序形成绝缘层330及332，以作为保护层、平坦层、中间层、或其组合。绝缘层330及332可为氧化硅、氮化硅、或其组合。之后，通过已知光刻及蚀刻工艺，在绝缘层330及332形成露出源极/漏极区306b、314a及316b的接触孔并于其内填入导电材料而形成对应于源极/漏极区306b、314a及316b的电极334、336、及338，其材料包括：铝(Al)、钼(Mo)、钛(Ti)、或其组合。如此一来，便完成本发明实施例的TFT装置制作。

[0052] 根据上述实施例，由于驱动TFT的有源层是采用非激光结晶化工艺制造而成，可避免显示器产生视觉缺陷/发光不均匀的问题。再者，由于元件效能要求较高的周边电路TFT及开关TFT的有源层仍采用激光结晶化工艺制造而成，可维持其元件效能。换言之，由于不同结晶化工艺制造而成的有源层具有不同的管芯尺寸，故驱动TFT的电特性可不同于周边电路TFT及开关TFT的电特性。另外，驱动TFT的栅极由多晶硅所构成，其功函数(workfunction)通常小于金属栅极，因此可降低驱动TFT的阈值电压及增加驱动电流，而进一步延长OLED寿命。

[0053] 图4绘示出根据本发明另一实施例的具有影像显示系统方块示意图，其可实施于平面显示(FPD)装置500或电子装置700，例如笔记型电脑、手机、数字相机、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、桌上型电脑、电视机、车用显示器、或携带型DVD播放器。根据本发明的TFT装置400可设置于平面显示装置500，而平面显示装置500可为OLED显示器。在其他实施例中，TFT装置400可设置于电子装置700。如图4所示，电子装置700包括：平面显示装置500及输入单元600。输入单元600耦接至平面显示器装置500，用以提供输入信号(例如，影像信号)至平面显示装置500以产生影像。

[0054] 虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的为准。