专利名称:主动矩阵电子阵列装置的制作方法
发明所属之技术领域：
本发明系关於一种用於对提供於感热性基板上之半导体膜之热处理的方法及设备。详言之，本发明系关於用於液晶显示器(LCD)或有机发光二极体显示器(OLED)之多晶硅薄膜电晶体在玻璃基板上之形成。
先前技术
主动矩阵液晶显示器(LCD)及有机发光二极姓显示器(OLED)使用具有提供於一玻璃基板上之薄膜电晶体(TFT)之主动矩阵电路。亦有提议在塑料基板上形成该等装置之主动面板。
主动矩阵LCD通常使用非晶硅(a-Si)TFT，尽管近来存在对使用多晶硅(poly-Si)之TFT之许多兴趣及发展。此使用多晶硅TFT之技术可提供较高影像解析度，且亦可允许周边驱动电路整合至像素阵列之基板上。对於诸如OLED之电流定址显示器而言，多晶硅TFT提供更好的电流驱动性能。
在电流玻璃基板上制造多晶硅装置之主要困难为用於自一经沉积的非晶硅层形成结晶半导体层之热处理方法及植入掺杂物之活化。当玻璃相当长时间地在高於摄氏500度之温度下曝露时，其易於变形。
已为经沉积的非晶硅层之结晶研究了各种热处理方法。
固相结晶(SPC)为一种用於结晶非晶硅之通用方法。在此方法中，非晶硅在接近摄氏600度之温度下经受为期若干小时之久的热处理。此方法可导致玻璃基板之损坏。详言之，若将使用低成本玻璃基板，则会因为温度太高而无法使用，否则若在相对低的温度下完成退火，则退火时间会过长。
雷射处理方法可在较低温度下操作，例如准分子雷射结晶及金属诱导结晶。准分子雷射结晶使用毫微秒雷射脉冲以将非晶硅熔融并固化成一结晶形式。理论上，此提供在最佳温度下退火非晶硅而不降级非晶硅安装於其上之玻璃基板之可能性。然而，此方法在用於大规模生产中具有严重缺陷。遍及此方法之多晶硅膜之晶粒结构对雷射束能量极其敏感，使得晶粒结构中之均一性及(因此)装置特徵不可达成。又，雷射束之尺寸相对较小。小的束尺寸需要多个雷射通道或多次发射以为大尺寸玻璃完成结晶过程。由於难以精确控制雷射，故多次发射将非均一性引入结晶过程中。
金属诱导结晶过程涉及将诸如Ni、Pd、Au、Ag及Cu之各种金属元素添加至非晶硅膜上，以增强结晶动力。使用此方法使得在低於摄氏600度之低温下能够结晶。然而，此方法受限於多晶硅之差结晶品质及金属污染物。金属污染物导致在多晶硅TFT之操作中之不利漏电流。此方法之另一问题为在结晶过程中金属硅化物之形成。
热处理亦用於掺杂物沉积后之退火阶段中掺杂物之活化。又，准分子雷射退火可用於此目的，或已提议一所谓的快速热退火制程。此制程使用较高温度而只需较短持续时间。一诸如钨卤素或Xe弧光灯之光学加热源经常用作热源。然而，此可导致非吾人所乐见之玻璃基板之过度加热。
更多近来的公开案已展示可使用制造於电晶体结构上之整合金属加热器元件自非晶硅形成多晶硅。举例而言，参考Y.Kaneko等人之论文“Polycrystalline Silicon Thin-Film Transistors Fabricatedby Rapid Joule Heating Method”，IEEE EDL，第24卷，第9期，第586页(2003)。亦参考T.Sameshima等人之论文“Rapidcrystallization of silicon films using Joule heating of metalfilms”，App.Phys.A，A73，第419-423页(2001)。
在此等提议中，一介电层将一薄膜加热器与非晶硅隔离。电流以(例如)10至100微秒之脉冲通过加热器元件，其足够熔融下方的非晶硅。然而，基板保持冷却，使得该过程有效地为一低温过程。加热器亦用於活化植入的源极及汲极掺杂物。
此等过程涉及藉由一沉积於非晶硅层上之薄膜加热配置来处理非硅晶层。在加热过程完成后，移除界定加热配置之层，且该装置以习知方式完成。
发明内容
根据本发明，提供一种主动矩阵电子阵列装置，其包含装置元件之一阵列，每一装置元件包含至少一个薄膜电晶体，其中该装置包含
一基板；一提供於该基板上之薄膜导电加热器元件配置；一提供於该加热器元件配置上之电性绝缘层；及界定该等薄膜电晶体且提供於电性绝缘层上之复数个薄膜层，该等薄膜层包含一半导体层，且其中界定该等薄膜电晶体之半导体层之至少部分系提供於该加热器元件配置上。
本发明之装置具有一整合至该装置之结构中之加热配置。由於该加热配置提供於装置元件之下，故其可保持在适当位置处，藉此避免在该处理过程中移除加热器元件配置之层的需要。此简化了制造过程。使用局部化加热避免对昂贵的雷射处理技术之需要。
该等加热器亦可在该装置的使用期中保持於完成的装置中。举例而言，已展示由热载流子注入引起之TFT降级可藉由退火来反转(至少部分地反转)。藉由加热TFT，可能延长其寿命并因此延长阵列装置之寿命。
另外，当制造自对准低温多晶硅(LTPS)TFT时，通道接面之源极/汲极掺杂物会非常陡峭。由於闸极导体在雷射过程中充当一遮单，故掺杂水平中之此陡峭程度不能藉由掺杂物之雷射活化而扩展至任何极大的程度。掺杂水平中之此陡峭变化导致TFT之汲极处的高场(highfield)，从而导致在装置之整个使用期中工作电压减小。
为了有助於降低高的汲极场且因此向上扩充可使用TFT之工作电压之范围，可藉由使用本发明之加热器元件来达成接面扩展。
该基板可包含一玻璃或塑料基板。
通常，该电性绝缘层包含氧化物或氮化物层。
该加热器元件配置可包含一图案化金属层，例如一铜或铂层。其可包含一第一图案化金属层，其经图案化成多个区域以提供局部加热；及一第二图案化导电且大体透明层，其用於提供电连接至该第一图案化金属层之区域。此使得能够对加热器元件部分进行良好电连接，同时维持一透明基板(除TFT位置而外)。此适合於一透射显示装置。
半导体层可包含非晶硅。在此情况下，加热可用於改良该等电晶体之寿命或均一性。半导体层较佳可包含多晶硅，其中结晶已由加热器元件配置实现。
本发明可用於许多类型的装置中，包括诸如液晶显示装置之主动矩阵显示装置。
本发明亦提供一种制造一主动矩阵电子阵列装置之方法，该装置包含装置元件之一阵列，每一装置元件包含至少一个薄膜电晶体，该方法包含於一基板上形成一薄膜导电加热器元件配置；於该加热器元件配置上形成一电性绝缘层；及於该电性绝缘层上形成一或多个层，其包含至少一非晶硅半导体层；加热该半导体层以结晶该层之至少部分从而形成多晶硅；形成另外的层，藉此界定该等装置元件。
本发明亦提供一种操作一主动矩阵电子阵列装置之方法，该装置包含装置元件之一阵列，每一装置元件包含至少一个薄膜电晶体，该方法包含在该装置制造后的使用期中，使用提供於该等薄膜电晶体之下并整合至该装置之薄膜结构中之一薄膜导电加热器元件执行该等薄膜电晶体之加热。
在此情况下，可执行加热以减小非晶硅电晶体之电压临限漂移或调整薄膜电晶体特徵。
图式简单说明
图1展示一根据本发明之制造过程；及图2展示本发明之加热器元件之一阵列；及图3展示一主动矩阵LCD显示装置之已知像素设计；及图4展示本发明可应用於其之一显示装置。
实施方式
本发明提供一种主动矩阵电子阵列装置，其中一薄膜导电加热器元件配置提供於基板上及装置元件之下。可在结晶制造期间及/或装置之使用期间使用此薄膜导电加热器元件配置以改变装置元件特徵。
图1展示一种根据本发明之制造方法。
图1(a)展示一单个加热器元件10之平面图及横截面图。选择个别加热器元件之形状以提供对个别薄膜电晶体之通道之加热。因此将提供加热器元件10之阵列，且该等加热器元件提供高温局部化加热，此使得基板之总受热能够在可接受的水平内。加热器元件10提供於装置基板12上。
加热器元件10由诸如铂(Pt)或铬(Cr)之金属制造。如图1a中所示，使电连接件14在加热器元件10之相对端，且连接件14之材料并不在所需电流下提供显著加热。
如图1b中所示，一绝缘层16(例如)藉由电浆增强化学气相沉积(PECVD)而沉积於加热器元件配置上，且包含氧化物或氮化物，例如，氧化硅或氮化硅。然后，将界定TFT通道之非晶硅层18沉积於绝缘层16上。
尽管可替代地在结晶后图案化TFT装置岛，但是可图案化非晶硅以如图1b中所示使岛留置於加热器元件10上方。
如图1c中所示，然后，使电接点20向下至连接件14以使电流能够通过加热器元件10。
然后，将此样品置放至一惰性气氛中且电流通过加热器元件10以形成多晶硅。然后，藉由以习知方式沉积并图案化剩余层(即，闸极氧化物、闸极金属、离子植入物)以继续进行TFT制造。
因此，加热器元件整合至装置结构中，且该等加热器元件并不藉由随后的处理移除，其简化了制造过程。
对熟习此项技术者而言，判定加热器元件之所需操作以将所要的热传递提供至非晶硅层将为常规程序。通常将使用脉冲电压操作。此外，加热器元件之尺寸(面积及厚度)及材料亦将使用标准考虑进行选择。
如上所提及，将提供加热器元件10之阵列，且图2展示加热器元件之阵列可如何互连之实例。
图2之实例特别适合於一主动矩阵LCD主动面板。加热器元件10与直接位於主动矩阵TFT之硅岛(未图示)下方之加热器连接成一阵列。对於一透射/反射显示器而言，加热器元件系使用一诸如ITO(氧化铟锡)之透明导体14连接。ITO并不提供显著加热效果，且该加热局限於加热器元件10处，其中每一加热器元件作用於一各别TFT之半导体主体。
上文已描述了在制造过程中加热器元件之使用。然而，加热器亦可在装置的使用期中保持於完成的装置中。举例而言，已展示由热载流子注入引起之TFT降级可藉由退火来反转(至少部分地反转)。藉由加热TFT，有可能延长其寿命且因此延长阵列装置之寿命。
另外，当制造自对准低温多晶硅(LTPS)TFT时，通道接面之源极/汲极掺杂物会非常陡峭。由於闸极导体在雷射过程申充当一遮罩，故掺杂水平中之此陡峭程度不能藉由掺杂物之雷射活化而扩展至任何极大的程度。掺杂水平中之此陡峭变化导致TFT之汲极处的高场，从而导致在装置之整个使用期中可使用之减小的操作电压。
为了有助於降低高的汲极场且因此向上扩充可使用TFT之操作电压之范围，可藉由使用本发明之加热器元件来达成接面扩展。
本发明可应用於在玻璃及塑料上之LTPS的制造，以用於诸如主动矩阵显示装置及诸如影像感应器之其他阵列装置。
在装置之使用期中，整合加热器之使用可扩充本发明之适用性以在加热器元件不为结晶所需之处使用其。举例而言，可使用非晶硅TFT之加热来减小临限电压漂移。
亦可使用局部化加热来调整TFT特徵，以改良装置特徵之均一性。例如对於移动显示器而言，非晶硅或多晶硅TFT特徵之调整可在电池再充电期间执行。此防止加热器元件在正常操作期间使用电池能量。
介电层16将需要经得住熔融非晶硅所需之局部化高温。
如上所提及，本发明可应用於许多不同阵列装置，且主动矩阵液晶显示器为一实例。因此举例而言，图3展示一主动矩阵液晶显示器之一习知像素组态。将显示器配置为成列及行之像素之阵列。每一列像素共用一共同列导体30，且每一行像素共用一共同行导体32。每一像素包含在行导体32与一共同电极38之间经串联配置之一薄膜电晶体34及一液晶单元36。电晶体34藉由一提供於列导体30上之讯号接通及切断。列导体30因此连接至像素之相关联的列之每一电晶体34的闸极34a。每一像素另外包含一储存电容器40，其一端42连接至下一列电极、连接至前一列电极、或连接至一单独的电容器电极。
如图4中所示，列驱动器电路50将列位址讯号提供至显示像素之阵列54，且行位址电路52将像素驱动讯号提供至显示像素之阵列54。显示器具有一背光56，且每一液晶单元36自背光56调节(即，不定地减弱)光以改变自显示像素之阵列54之相对面观看到的像素影像亮度(由箭头58表示)。阵列54构成一主动矩阵显示模组。彩色滤光片用以提供红色、绿色及蓝色像素，使得能够形成一彩色显示装置。
多晶硅TFT之使用可使得列及/或行驱动器电路能够与像素阵列整合至相同基板上并以相同技术整合，且本发明提供一种用於形成多晶硅之低成本方法。或者，非晶硅之使用为像素阵列提供一成本较低的制造方法，且本发明能够延长非晶硅像素阵列之有用寿命。
许多变化对於熟习此项技术者而言将显而易见。
主要元件符号说明
10 加热器元件12 装置基板14 电连接件16 绝缘层18 非晶硅层、半导体层20 电接点30 共同列导体32 共同行导体34a 薄膜电晶体闸极36 液晶单元38 共同电极40 储存电容器42 储存电容器一端50 列驱动器电路52 行位址电路54 显示像素阵列。
56 背光58 像素影像亮度
权利要求
1.一种主动矩阵电子阵列装置，其包含装置元件之一阵列(54)，每一装置元件包含至少一个薄膜电晶体(34)，其中该装置包含一基板(12)；一提供於该基板上之薄膜导电加热器元件配置(10)；一提供於该加热器元件配置(10)上之电性绝缘层(16)；及界定该等薄膜电晶体并提供於该电性绝缘层(16)上之复数个薄膜层，该等薄膜层包含一半导体层(18)，且其中界定该等薄膜电晶体之该半导体层(18)之至少部分系提供於该加热器元件配置(10)上。
2.如请求项1之装置，其中该基板(12)包括玻璃基板。
3.如请求项1之装置，其中该基板(12)包括塑料基板。
4.如前述任一请求项之装置，其中电性绝缘层(16)包括氧化物或氮化物层。
5.如前述任一请求项之装置，其中该加热器元件配置(10)包含一图案化金属层。
6.如请求项5之装置，其中该金属层包含一铜或铂层。
7.如请求项1至4之任一请求项的装置，其中该加热器元件配置包含一第一图案化金属层，其经图案化成多个区域(10)以提供局部加热；及一第二图案化导电且大体透明层(14)，其用於提供电连接至该第一图案化金属层(10)之该等区域。
8.如前述任一请求项之装置，其中该半导体层(18)包含非晶硅。
9.如请求项1至7之任一请求项的装置，其中该半导体层(18)包含多晶硅，其中结晶已由该加热器元件配置(10)实现。
10.如前述任一请求项之装置，其包含一主动矩阵显示装置。
11.如请求项10之装置，其包含一主动矩阵液晶显示装置。
12.一种制造一主动矩阵电子阵列装置之方法，该装置包含装置元件之一阵列，每一装置元件包含至少一个薄膜电晶体，该方法包含於一基板(12)上形成一薄膜导电加热器元件配置(10)；於该加热器元件配置(10)上形成一电性绝缘层(16)；及於该电性绝缘层上形成一或多个层，其包含至少一非晶硅半导体层(18)；加热该半导体层(18)以结晶该层之至少部分从而形成多晶硅；形成另外的层，藉此界定该等装置元件。
13.如请求项12之方法，其中形成一薄膜导电加热器元件配置(10)包含图案化一金属层。
14.如请求项12之方法，其中形成一薄膜导电加热器元件配置包含图案化一金属层，其经图案化成多个区域(10)以提供局部加热；及图案化一导电且大体透明层(14)，其用於提供电连接至该图案化金属层之该等区域。
15.一种操作一主动矩阵电子阵列装置之方法，该装置包含装置元件之一阵列，每一装置元件包含至少一个薄膜电晶体，该方法包含在该装置制造后的使用期中，使用一提供於该等薄膜电晶体(34)之下并整合至该装置之薄膜结构中之薄膜导电加热器元件(10)，以执行该等薄膜电晶体(34)之加热。
16.如请求项15之方法，其中该加热系执行以减小非晶硅电晶体之电压临限漂移。
17.如请求项15之方法，其中该加热系执行以调整薄膜电晶体特徵。
专利摘要
本发明提供一种主动矩阵装置，其具有装置元件之一阵列(54)，每一装置元件包含至少一个薄膜电晶体(34)。一薄膜导电加热器元件配置(10)提供于该装置之一基板上，且该等薄膜电晶体之半导体岛提供于该加热器元件配置(10)上。该加热配置可保持在该装置中之适当位置处，藉此避免对处理过程中移除该加热器元件配置之层的需要。
文档编号H01L21/336GK1998083SQ20058002022
公开日2007年7月11日 申请日期2005年6月8日
发明者P·W·葛林 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan