本发明一般系关于显示装置及其薄膜晶体管与形成方法，具体而言，本发明系关于提升微结晶硅层与其下层间的界面平整性与结晶率的显示装置及其薄膜晶体管与形成方法。
背景技术：
平板显示器通常是通过薄膜晶体管开关阵列来控制各画素的运作，因此薄膜晶体管的良莠直接影响显示器的品质。现有显示器的薄膜晶体管是在玻璃基板上形成栅极，再依序形成栅极绝缘层、作为主动层的非晶硅层及源极与漏极电极。非晶硅层相较于微结晶硅层具有较低的迁移率(mobility)及较差的电性稳定性，因此近年来逐渐提出使用微结晶硅层作为主动层。
微结晶硅层一般是利用化学气相沉积法(cvd)形成。然而，沉积微结晶硅层时，不论是在栅极绝缘层或是玻璃基板上，都容易在与其相接的界面有非晶硅及空洞的形成，使得界面不平整而影响通道的形成及电子的传输，进而会影响整体元件的特性。
技术实现要素：
本发明的一目的在于提供一种显示装置及其薄膜晶体管与形成方法，其通过微结晶硅化合物的缓冲，使得后续成长的硅层有较佳的匹配性，改善整体元件特性。
本发明的另一目的在于提供一种显示装置及其薄膜晶体管与形成方法，其通过微结晶硅化合物层作为栅极绝缘层，提升主动层的结晶率，并改善界面的平整性。
于一实施例，本发明提供一种显示装置的薄膜晶体管，其包含：栅极电极、位于栅极电极上的微结晶硅化合物层，且微结晶硅化合物层的结晶粒径实质小于或等于20纳米(nm)、位于微结晶硅化合物层上的主动层、以及位于主动层上的源极与漏极电极。
于一实施例，微结晶硅化合物层包含微结晶硅氧化物、微结晶硅氮化物或微结晶硅氮氧化物。
于一实施例，微结晶硅氧化物的硅与氧的元素比大于1。
于一实施例，微结晶硅氧化物的硅与氧的元素比大于1.5且小于12。
于一实施例，微结晶硅化合物层系作为栅极绝缘层。
于一实施例，本发明的显示装置的薄膜晶体管更包含栅极绝缘层，其中栅极绝缘层位于栅极电极与微结晶硅化合物层之间。
于一实施例，栅极绝缘层包含非晶硅化合物层。
于一实施例，主动层包含微结晶硅层。
于一实施例，本发明的显示装置的薄膜晶体管更包含非晶硅层，其中非晶硅层位于微结晶硅层上。
于另一实施例，本发明提供一种显示装置，其包含微结晶硅氧化物层以及位于微结晶硅氧化物层上的硅层，其中微结晶硅氧化物层的硅与氧的元素比大于1。
于一实施例，微结晶硅氧化物层的结晶粒径实质小于或等于20纳米(nm)。
于一实施例，硅层包含微结晶硅层。
于另一实施例，本发明提供一种形成显示装置的薄膜晶体管的方法，其包含：形成栅极电极；形成微结晶硅化合物层于栅极电极上，该微结晶硅化合物层的结晶粒径实质小于或等于20纳米(nm)；形成主动层于微结晶硅化合物层上；以及形成源极与漏极电极于主动层上。
于一实施例，形成微结晶硅化合物层的步骤包含利用化学气相沉积提高硅烷及氢气的流量，以形成微结晶硅氧化物层。
于一实施例，化学气相沉积的温度为200～500℃，氢气的流量与氢气和硅烷的总流量(h2/(h2+sih4))的百分比为80％～100％，硅烷的流量与硅烷和一氧化二氮的总流量(sih4/(sih4+n2o))的百分比为10％～80％。
于一实施例，形成主动层的步骤包含直接形成微结晶硅层于微结晶硅化合物层上。
于一实施例，本发明的形成显示装置的薄膜晶体管的方法更包含形成栅极绝缘层于栅极电极与微结晶硅化合物层之间。
于一实施例，形成栅极绝缘的步骤包含形成非晶硅化合物层于栅极电极与微结晶硅化合物层之间。
于另一实施例，本发明提供一种形成显示装置的方法，其包含：形成微结晶硅氧物层，微结晶硅氧化物层的硅与氧的元素比大于1；以及形成硅层于微结晶硅氧化物层上。
于一实施例，形成硅层的步骤包含直接形成微结晶硅层于微结晶硅氧化物层上。
相较于现有技术，本发明的显示装置及其薄膜晶体管通过微结晶硅化合物层做为缓冲层或栅极介电层，有助于后续成长微结晶硅层时的长晶，使得界面平整性得以改善，并有效提升结晶率，减少或甚至消除界面的空洞及非结晶状态。本发明的显示装置及其薄膜晶体管的形成方法通过提高硅烷及氢气相对于一氧化二氮的流量比，使得微结晶硅化合物层中产生微结晶硅，以减少或甚至消除后续主动层或硅层长晶界面的空洞及非结晶状态，改善界面平整性并有效提升结晶率。
附图说明
图1为本发明一实施例的显示装置的薄膜晶体管的示意图。
图2为本发明另一实施例的显示装置的薄膜晶体管的示意图。
图3-5为本发明一实施例的形成显示装置的薄膜晶体管的方法的示意图。
图6为本发明一实施例的显示装置的穿透式电子显微镜(tem)图式。
其中，附图标记说明如下：
1显示装置
10、10’显示装置的薄膜晶体管
100基板
110栅极电极
115栅极绝缘层
120微结晶硅化合物层
130主动层
140源极与漏极电极
140a导电层
142源极
144漏极
150非晶硅层
152源极掺杂区
154漏极掺杂区
210基板
220微结晶硅氧化物层
230硅层
具体实施方式
本发明提供一种显示装置及其薄膜晶体管与形成方法，其通过微结晶硅化合物层，使得后续成长的硅层有较佳的匹配性，改善硅层的结晶性以及与下层界面的平整性，进而提升整体元件特性。于后，参考图式详细说明本发明实施例的显示装置及其薄膜晶体管与形成方法的细节。
请参考图1，图1为本发明一实施例的显示装置的薄膜晶体管的示意图。于一实施例，如图1所示，本发明的显示装置的薄膜晶体管10包含栅极电极110、微结晶硅化合物层120、主动层130及源极与漏极电极140。微结晶硅化合物层120位于栅极电极110上，主动层130位于微结晶硅化合物层120上，且源极与漏极电极140位于主动层130上。微结晶硅化合物层120的结晶粒径实质小于或等于20纳米(nm)。
具体而言，显示装置的薄膜晶体管10系制作于基板100上，基板可为例如玻璃、聚合物、石英等透明基板。栅极电极110较佳为金属层，例如钨(w)、铝(al)、铬(cr)、铜(cu)、钼(mo)或其合金。于此实施例，微结晶硅化合物层120系作为栅极绝缘层，且直接覆盖于栅极电极110上。微结晶硅化合物层120可包含微结晶硅氧化物、微结晶硅氮化物或微结晶硅氮氧化物。举例而言，微结晶硅化合物层120较佳包含微结晶硅氧化物，且微结晶硅氧化物的硅与氧的元素比大于1。于一实施例，微结晶硅氧化物的硅与氧的元素比较佳大于1.5且小于12。主动层130包含微结晶硅层。显示装置的薄膜晶体管1更包含非晶硅层150，其中非晶硅层150位于微结晶硅层上，以作为源极与漏极的掺杂区，例如n+掺杂非晶硅。源极与漏极电极140包含金属材料或非金属导电材料，且较佳为金属材料。于一实施例，金属材料包含例如钨(w)、铝(al)、铬(cr)、铜(cu)、钼(mo)或其合金，但不以此为限。于另一实施例，非金属导电材料包含例如氧化铟锡，但不以此为限。
请参考图2，图2为本发明另一实施例的显示装置的薄膜晶体管的示意图。如图2所示，本发明的显示装置的薄膜晶体管10’与图1实施例的差异在于更包含栅极绝缘层115，其中栅极绝缘层115位于栅极电极110与微结晶硅化合物层120之间，且栅极绝缘层115可包含非晶硅化合物层，例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅，但不限于此。换言之，于本实施例中，微结晶硅化合物层120系作为栅极绝缘层115与主动层130之间的缓冲层，以提升后续硅层的结晶率及界面平整性。
于后参考图3-5说明本发明一实施例的形成显示装置的薄膜晶体管的方法，以形成例如图1或图2的显示装置的薄膜晶体管10、10’。如图3所示，本发明形成显示装置的薄膜晶体管的方法包含：形成栅极电极110。举例而言，首先在基板100上沉积金属层，并使用微影及蚀刻技术对金属层进行图案化，以于基板100上形成栅极电极110。
如图3所示，本发明形成显示装置的薄膜晶体管的进一步包含：形成微结晶硅化合物层120于栅极电极110上，其中微结晶硅化合物层120的结晶粒径实质小于或等于20纳米(nm)。举例而言，形成微结晶硅化合物层120的步骤包含利用化学气相沉积提高硅烷(sih4)及氢气(h2)的流量，以形成微结晶硅氧化物层。于一实施例，化学气相沉积的温度较佳为200～500℃，氢气的流量与氢气和硅烷的总流量的百分比(即(h2/(h2+sih4)的百分比)较佳为80％～100％，且硅烷的流量与硅烷和一氧化二氮(n2o)的总流量的百分比(即(sih4/(sih4+n2o)的百分比)较佳为10％～80％。再者，化学气相沉积的功率较佳为0.2w/cm2～20.2w/cm2，且压力较佳为3000mt～9000mt。
具体而言，形成微结晶硅化合物层120的步骤通过提高氢气与硅烷的流量比(h2/sih4)以及硅烷与一氧化二氮(sih4/n2o)的流量比，使得沉积时的非晶氧化硅膜中产生微结晶的硅，以利于后续硅层的成长。举例而言，形成微结晶硅氧化物层时，先使硅烷的流量大于一氧化二氮的流量而达到富硅(silicon-rich)状态，再由氢气稀释以增加等离子体的轰击与蚀刻，进而改善硅氧化物层的结构，而达到微结晶硅氧化物层。因此，相较于现有硅氧化物结构中硅与氧的元素比远小于1的情况(即si/o<<1)，本发明所形成的微结晶硅氧化物的硅与氧的元素比大于1(即si/o>1)，且硅与氧的元素比较佳大于1.5且小于12(即1.5<si/o<12)。藉此，可减少界面间非晶硅及空洞的形成，提升结晶性，增加制程的操作范围(processwindow)。
在此需注意，于上述实施例中形成微结晶硅化合物层的步骤虽以形成微结晶硅氧化物层为例说明，但不限于此。当微结晶硅化合物层为微结晶硅氮化物层或微结晶硅氮氧化物层时，亦可通过调整相关制程气体的流量以达到富硅状态，使得所形成的硅氮化物层或硅氮氧化物层的结构具有微结晶硅的形成，进而达到微结晶硅氮化物层或微结晶硅氮氧化物层。
再如图3所示，本发明形成显示装置的薄膜晶体管的进一步包含：形成主动层130于微结晶硅化合物层120上。举例而言，形成主动层130的步骤包含利用化学气相沉积技术直接形成微结晶硅层于微结晶硅化合物层120上。本发明形成显示装置的薄膜晶体管的进一步包含：形成非晶硅层150于微结晶硅层上。举例而言，利用化学气相沉积技术沉积非晶硅层150于微结晶硅层上，且非晶硅层150可为掺杂的非晶硅层，例如n+掺杂非晶硅层，但不以此为限。
接着，如图4所示，利用微影及蚀刻技术，将全面沉积形成的微结晶硅化合物层120、主动层130及非晶硅层150进行图案化，以定义出类似图1的薄膜晶体管1所示的微结晶硅化合物层120、主动层130及非晶硅层150的堆叠结构。在此需注意，当微结晶硅化合物层120作为缓冲层时，在沉积微结晶硅化合物层120前，本发明形成显示装置的薄膜晶体管的方法更包含形成栅极绝缘层115于栅极电极110上。举例而言，利用化学气相沉积形成非晶硅化合物层(例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等)于栅极电极110上，以作为栅极绝缘层115，但不以此为限。然后，再如上所述，依序形成作为缓冲层的微结晶硅化合物层120、主动层130及非晶硅层150，并进行类似图4的图案化。因此，进行图案化后，可定义出类似图2的薄膜晶体管10’所示的微结晶硅化合物层120、栅极绝缘层115、主动层130及非晶硅层150的堆叠结构(未绘示)。
如图5所示，本发明形成显示装置的薄膜晶体管的方法进一步包含：形成源极与漏极电极140于主动层130上。举例而言，利用化学气相沉积形成导电层140a于非晶硅层150上。导电层140a可为例如上述的金属导电材料或非金属导电材料。接着，利用微影及蚀刻技术，图案化非晶硅层150及导电层140a，以使非晶硅层150包含分离的源极掺杂区152与漏极掺杂区154，而源极与漏极电极140包含源极142与漏极144且分别电连接源极掺杂区152与漏极掺杂区154。藉此，完成图1或图2的显示装置的薄膜晶体管10、10’的制作。
在此需注意，虽未绘示，在形成源极与漏极电极140的金属层140a前，本发明方法可包含形成画素电极的步骤，以使得后续形成的源极与漏极电极140中的例如漏极144电连接画素电极。于一实施例，画素电极可包含氧化铟锡层。
此外，上述实施例中，微结晶硅化合物层虽作为显示装置的薄膜晶体管的缓冲层或栅极绝缘层，但不以此为限。于其他实施例，微结晶硅化合物层(尤其是微结晶硅氧化物层)可设置在任何需要与硅层形成界面的位置，以提升硅层成长的结晶性及界面平整性。请参考图6，图6为本发明一实施例的显示装置的穿透式电子显微镜(tem)图式。如图6所示，于另一实施例，本发明提供一种显示装置1，其包含微结晶硅氧化物层220及位于微结晶硅氧化物层上的硅层230，其中微结晶硅氧化物层220的硅与氧的元素比大于1。
在此需注意，微结晶硅氧化物层220及硅层230的形成方法可参考上述图3的微结晶硅化合物层120及主动层130的相关说明，亦即利用化学气相沉积提高硅烷及氢气的流量，以形成微结晶硅氧化物层220，然后再沉积微结晶硅层于微结晶硅氧化物层220上，于此不再赘述。藉此，形成的微结晶硅氧化物层220的硅与氧的元素比较佳大于1.5且小于12，且微结晶硅氧化物层的结晶粒径实质小于或等于20纳米(nm)。
由图6可知，微结晶硅层230与微结晶硅氧化物层220之间具有良好的晶界，且微结晶硅层230与微结晶硅氧化物层220的界面间的非晶硅及空洞减少或甚至消失，有效提升后续成长的硅层230的结晶率，并改善硅层230与微结晶硅氧化物层220之间的界面的平整性，进而有助于改善整体元件特性。具体而言，微结晶硅氧化物层220可通过上述方法及制程条件形成于基板210上，以通过微结晶硅氧化物层220，使得后续成长的微结晶硅层有较佳的匹配性。基板210可为显示装置1于任何合宜制程阶段的基板，例如上述实施例的基板100或上述实施例中包含基板100及栅极电极110的半成品基板，但不以此为限。
本发明已由上述实施例加以描述，然而上述实施例仅为例示目的而非用于限制。本领域技术人员当知在不悖离本发明精神下，于此特别说明的实施例可有例示实施例的其他修改。因此，本发明范畴亦涵盖此类修改且仅由所附申请专利范围限制。