专利名称：显示装置以及其制造方法
技术领域：
本发明涉及显示装置以及其制造方法。
背景技术：
以往，作为低温多晶硅薄膜晶体管的开发以及制造一直在进行着下述方法在使用多晶硅的薄膜晶体管中，通过使用准分子激光器用热使非晶硅熔融，然后冷却时使其结晶从而得到多晶硅。由此，衬底自身几乎不受热，所以能够在耐热温度低的玻璃衬底上制作薄膜晶体管。进而，将该薄膜晶体管作为驱动元件加以利用，开发、制造液晶显示装置和有机EL显示装置(例如，参考专利文献1)。
特开2002-341378号公报(第4页、图10)如上述，关于由激光器进行结晶的硅，根据载物台的送进照射激光的激光束的宽度区域中硅膜的结晶性大致是均一的。但是，因为实际使用的玻璃衬底的宽度比该光束宽度大，衬底不能全部纳入该激光束的宽度区域内。为此，实际上扫描激光的光束宽度的区域，结束某区域的结晶后，从衬底端部对剩余的区域重新开始激光的扫描，进行新的激光束宽度的区域的结晶。此时，在新旧的区域中完全不重叠，由于不能够进一步照射激光以使没有间隙，所以通常允许某个距离的重叠并使衬底表面结晶。但是，在该重叠部分的附近硅膜的结晶状态不同，因此，设计成制品的面板不触及该区域，对于实际的显示装置，使用该激光宽度区域内的硅膜结晶性的均一的部分。
为此，对于以纳入该区域内的方式制造的显示面板，制造在几乎所有的情况下都能够得到均一的图像、没有问题的显示装置。但是，激光的振荡也会发生不稳定。其间所照射的部分作为所谓错误发射，只有该区域的硅膜的结晶性与周围不同。要获得不成为该区域在显示上能够清楚地在视觉上识别的制品，就带来了成品率恶化。
此外，欲制造比激光束的宽度的区域大的显示区域的显示装置时和设计为即使小的显示区域的显示装置也能由玻璃衬底内的面内取出最大限度的面板数时，从激光束的宽度的区域超出。此时，使用与上述结晶性的周围不同的重叠的部分，还是在显示上能够清楚在视觉上识别，无法成为实用上的制品。由此，在使用实际的低温多晶硅薄膜晶体管的显示装置中，不能制造目前的光束宽度或以上的大小的面板，此外，成为对充分利用玻璃衬底的面内的低成本的生产的障碍。
发明内容
本发明是为消除上述的问题而进行的，其目的在于提供一种允许低温多晶硅薄膜晶体管的阈值在面板内不同、在以低成本的生产方面优秀的显示装置以及其制造方法。
本发明的显示装置包含具有多个像素的像素线、由多个上述像素线构成的像素阵列、驱动上述多个像素的多个像素晶体管、以及驱动上述多个像素晶体管的驱动电路，其特征在于，上述多个像素晶体管包含多个预定的像素晶体管，上述驱动电路具有驱动上述预定的像素晶体管的第1驱动电路和驱动上述预定的像素晶体管以外的像素晶体管的第2驱动电路，上述预定的像素晶体管的各个阈值电压的差在0.1V或以上、0.5V或以下，上述预定的像素晶体管和上述预定的像素晶体管以外的像素晶体管的阈值电压的差在0.5V或以上、1.5V或以下。
该发明能够制造到目前为止不可能的比激光束宽度大的显示面板，此外，能够在玻璃衬底上没有浪费地自由配置，所以能够增加每个衬底的取出数。此外，允许低温多晶硅薄膜晶体管的阈值在面板内不同，从而能够以非常高的成品率制造显示质量好的显示装置，也能够大大降低制造成本本身。
图1是表示本发明的实施方式1的液晶显示装置的薄膜晶体管结构形成过程的剖面图。
图2是表示本发明的实施方式1的液晶显示装置的薄膜晶体管的激光退火方法的图。
图3是表示本发明的实施方式1的液晶显示装置的薄膜晶体管的激光退火和Vth的关系的图。
图4是表示本发明的实施方式1的液晶显示装置的像素晶体管和驱动电路结构的图。
图5是表示本发明的实施方式2的液晶显示装置的薄膜晶体管的激光退火与Vth的关系以及驱动电路结构的图。
图6是用于说明本发明的实施方式1以及2的液晶显示装置的薄膜晶体管的激光退火装置的示意图。
符号说明107激光照射205退火区域A207退火区域B209重叠部301像素区域305重叠部307源极线401源极线403像素晶体管405像素晶体管407调整电路501退火区域A503退火区域B506重叠部507栅极线509调整电路具体实施方式
实施方式1图1是用于说明使用本发明的实施方式1的低温多晶硅的薄膜晶体管的制造方法以及使用其的液晶显示装置的制造方法的剖面示意图。并且，在以下说明的各实施方式中使用的说明图中，相同或相当的部分使用相同的符号，省略其说明。
参考图1(a)，在本实施方式中的液晶显示装置中，首先通过例如PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition等离子体增强化学气相沉积)方法等在玻璃衬底101上形成由膜厚2500左右的氧化硅膜构成的基底膜103。基底膜103也可以使用氮化硅膜以及氧化硅膜等的积层膜等。该基底膜103上形成膜厚500左右的非晶硅膜105。通过使用YAG激光器等的固体激光器对非晶硅膜105进行退火，形成成为p型薄膜场效应晶体管以及n型薄膜场效应晶体管的沟道区域的多晶硅膜。
使用λ＝370～710nm的激光，作为固体激光器优选是YAG激光器、YVO4激光器，使用掺杂Nd离子的结晶和Yb离子的结晶。最好将Nd:YAG激光的第二高次谐波(波长532nm)(以下记为YAG2)和Nd:YVO4激光的第二高次谐波(波长532nm)、Yb:YAG激光的第二高次谐波(波长515nm)等作为脉冲激光来使用。参考图6，作为对玻璃衬底的照射方法，通过移动搭载衬底的载物台，对衬底全部依次扫描长方形的光束。
参考图1(b)，通过干法刻蚀对上述形成的多晶硅膜进行加工并形成岛状的多晶硅膜109a、109b、109c，形成成为栅绝缘膜以及电容电极的电介质膜的绝缘膜111。作为该绝缘膜111，可以使用例如由TEOS(TETRAETHOXY SILANE四乙氧基甲硅烷)PECVD形成的氧化硅膜，在此，膜厚为700。接着，在用抗蚀剂膜覆盖多晶硅膜109a、109b的状态下，对多晶硅膜109a注入作为n型导电性杂质的磷(P)离子，形成下部电极。
参考图1(c)，使用溅射法在绝缘膜111上形成钼合金膜，通过进行构图除去钼合金膜的一部分，从而形成共用电极115a以及栅电极115b、115c。由此，由共用电极115a、下部电极113和绝缘膜111构成存储电容117。其后，将作为n型导电性杂质的磷离子注入到源极/漏极区域119a、119b。此外，源极/漏极区域121a、121b注入作为p型导电性杂质的例如硼(B)离子。这样，形成n型薄膜场效应晶体管123和p型场效应晶体管125。然后，在共用电极115a以及栅电极115b、115c上，形成由使用TEOS CVD形成的膜厚6000左右的氧化硅膜构成的保护膜127。然后，进行加热温度为400℃的活性化退火。其后，通过干法刻蚀在保护膜127和绝缘膜111上形成第1接触孔129a～129e。然后，形成钼膜、铝膜和钼膜的3层膜，通过对该3层膜进行刻蚀加工，形成电极131a～131d。并且，在131a～131d上形成例如由氮化硅膜构成的绝缘膜135，进而形成平坦膜137。通过使用感光性树脂进行曝光现象在该平坦膜137上形成第2接触孔139。在由第2接触孔139的内部到平坦膜137的上部表面上，形成透明性导电体膜。通过刻蚀来部分除去该透明性导电体膜，由此，形成像素电极141。
在外围电路区域，使用上述方法形成p型薄膜场效应晶体管和n型薄膜场效应晶体管，将这些进行组合，构成外围电路。此外，在显示像素区域，通过电连接n型薄膜场效应晶体管和由其它途径形成的透明电极来形成显示像素。进而，将形成有作为半导体装置的这些元件的玻璃衬底与形成有滤色片和对置电极的另一个玻璃衬底相贴合。并且，在这些玻璃衬底之间形成的间隙中注入液晶、进行密封等，以下，通过实施预定的工序能够得到液晶显示装置。
参照图2，对使用上述的工艺方法的液晶面板的平面结构进行说明。在玻璃衬底上有效地配置制造的目标面板，以使取出数最多。此时，正确把握完成的面板和上述说明的激光退火时的重叠区域的位置关系。作为例子，对某一面板进行说明。
参考图2(a)，首先，从面板端的退火区域A205的硅进行激光照射。激光的照射沿像素阵列中的源极线方向进行扫描。源极线方向是与光束的长边方向垂直的方向，退火区域A205为光束长边的宽度。
参考图2(b)，允许对于退火区域A205少许量的重叠，由面板端开始扫描，结束光束宽度的退火区域B207的退火。根据衬底的尺寸，需要重复几次相同的动作，由此，结束衬底全部的结晶。退火区域A205和退火区域B207存在重叠部209。
参考图3，对包含以阵列状配置像素的像素区域301的面板区域303上进行光束扫描，最终存在退火区域A～D的4个区域和3个重叠部305。实际上设计液晶面板的玻璃内配置之前，预先以只形成晶体管并可以测定晶体管的特性的测试玻璃进行评价。由此，与激光照射的扫描方向平行的方向的像素线中，任意2个晶体管的阈值Vth保持|Vth1-Vth2|＜0.5V的关系。此外，对于退火区域A和退火区域B相重叠的重叠部中存在的晶体管，在重叠部内的距退火区域B近的一侧的、源极线方向的像素线的2根线的部分以及其延长线上的晶体管的阈值Vth3与其它的线的晶体管的Vth1之间，具有|Vth1-Vth3|≥0.5V的关系。从概念上讲，如图3的图表所示，只有1个重叠部内的图上右侧的2根线的部分以及其2根线的延长线上的晶体管的Vth略低。可以认为，根据这样的基础数据，在同样的重叠部分中也可再现，因此，与3个重叠部内的6线一致，进行专用的液晶显示面板设计。因为激光束宽度对于使用的装置不进行变动地再现和玻璃尺寸不变动，如果一旦取得上述的基础数据，就能成为再现性好的数据。由此，将其反映在液晶面板的设计上，并不困难。
然后，对用于消除包含该Vth值不同的晶体管的液晶面板中的显示上的问题的方法的一例进行说明。
参考图4，重叠部以相对源极线平行的方式设置面板，重叠部的第m、第m+1、第m+a、第m+a+1、第m+2a、第m+2a+1的源极线的预定的像素晶体管的Vth变低。这样，具有Vth不同的预定的像素晶体管的预定的像素线具有成为邻接的多根线的特征和激光宽度为确定的长度，所以，成为具有如上述的能够以数列规定的某周期的线。预定的像素线是周期性的，所以，预先用于与其对应的设计容易。
对于这6根源极线，像素晶体管403中采用与其它的源极线的晶体管405不同的晶体管。Vth影响充电速度等并在视觉上辨认出来显示上错误，因此，通过调整晶体管的沟道的宽度和长度等，不必追加用于校正的电路就能消除Vth的差别。另外，通过改变晶体管的形状、材质也能够得到相同的效果。
并且，在此将与该预定的像素线相连接的驱动电路作成和连接于其它线的驱动电路不同的电路。图4中，示出驱动各线的1个驱动电路409，但是内部与预定的像素线相连接的和与其它线相连接的分别为输出阻抗不同的驱动电路。具体的，对于作为这些预定的像素线的6条源极线以外的源极线，将内部布线的迂回距离做长来改变电阻值。为改变电阻值，将中间的材质作成不同的材料的方法也有效。在该方法中，通过进行用于校正的简单的设计变动，所以能够消除Vth的差异。
即使只有上述的校正，也能得到难以在视觉上辨认出来由Vth的波动引起的显示上的不均匀，但是，Vth的波动情况中也发生稍微的偏差，作成能够调整成进一步观察点亮状态、不能进一步发现残存的不均匀的结构。具体的，对全部特定的线安装调整电路407以使与晶体管相连并模拟地调整电阻。使用不是液晶玻璃上的电路而是使用设置在安装的电源衬底等上的可变电阻和可变电容等的简单调整电路407对施加于这些晶体管的栅极的电压进行控制，能够一边观察显示图像，一边为达到在使用上不存在问题的水平对不均匀进行调整。
在此，激光照射时的重叠部以只对Vth的波动能够预测的预定的像素线安装调整电路的方式设计。对所有的线独立地安装相同的调整结构，即使对于发生如激光的错误发射的不确定线中发生的Vth的波动也能够调整为使用上不会被在视觉上辨认出来的水平。
此外，即使不是在某个线上，在特定的区域中再现好、再现Vth不同的状态的情况下，通过将该区域的像素晶体管变为与其它区域不同的形状或不同的材料，按照和上述说明相同的效果，能够进行达到由实际的使用上不会被在视觉上辨认出来或难以被在视觉上辨认出来的水平的改善。
此外，在本实施方式中，只对配置在重叠部的预定的像素晶体管的配置进行了说明，但是，对于驱动电路等的外围电路的晶体管，也可以配置在重叠部的Vth不同的晶体管的发生区域。只要是数字电路部没有数字信号反转的水平的Vth的差别就不需要采取电路上的应对方法，但是，对于模拟电路部，与像素内相同，可以采取预先安装补偿Vth的差别的电路或改变晶体管的结构等的应对方法。但是，外围电路的晶体管配置与像素晶体管相比，不需要完全规则的配置，因此，存在不配置于预测该Vth发生波动的区域的选择。此时，不需要设置多余的校正电路等，能够减小电路区域的面积。
此外，使用本实施方式以外的方法，能够得到特定的Vth的不同的区域对于其以外的区域的差别在显示上难以在视觉上被辨认出来，具有满足|Vth1-Vth2|≥0.5V的晶体管的组的显示装置时，也能够得到和本发明的方式相同的效果。
在本实施方式中，对通过容易得到大颗粒直径的多晶硅的YAG激光器形成多晶硅的情况进行了说明，但是，用准分子激光器形成多晶硅的情况也能够在视觉上被辨认出来可以得到相同的效果。此外，作为一例，作为透过型的液晶显示装置，以像素电极使用ITO膜的液晶显示装置进行说明，但是，能够广泛适应使用A1等的反射电极的反射型液晶显示装置、具有两者的半透明型的液晶显示装置、进而使用由通过相同的激光器结晶的硅膜构成的薄膜晶体管的有机EL显示装置等，有机EL的情况，原理上，非常容易在视觉上辨认像素内的晶体管的特性的偏差，所以能够产生更大的效果。
如上述，按照设计本实施方式1的发明，以激光退火中的激光照射的重叠部与源极线平行的方式配置面板，能够使由重叠部内的源极线上的薄膜晶体管的阈值的波动引起的显示不均匀难以在视觉上被辨认出来。
实施方式2在实施方式1中，以激光退火中的激光照射的重叠部与源极线平行的方式配置面板，使由重叠部内的源极线上的薄膜晶体管的阈值的波动引起的显示不均匀难以在视觉上被辨认出来。对此，在本实施方式中，以激光照射的重叠部与栅极线平行的方式配置面板，使由重叠部内的栅极线上的薄膜晶体管的阈值的波动引起的显示不均匀难以在视觉上被辨认出来。
使用本发明的实施方式2的低温多晶硅的薄膜晶体管的制造方法以及使用其的液晶显示装置的制造方法的剖面结构与实施方式1相同，所以省略说明。
在本实施方式中，在非晶硅膜的退火中，使用准分子激光器等气体激光器对非晶硅膜进行退火，由此，形成成为p型薄膜场效应晶体管以及n型薄膜场效应晶体管的沟道区域的多晶硅膜。作为激光气体，使用Xe-Cl气体，作为波长为308nm，在200～500mJ/cm2的功率范围进行结晶状况的监视，同时决定合适的功率。作为对玻璃衬底的照射方法，通过移动搭载衬底的载物台依次对衬底全部扫描光束。
参考图5，首先沿与长方形的光束的长边垂直的方向照射，依次由衬底一端到衬底另一端进行扫描，结束对光束长边的宽度的退火区域A501的退火。并且，允许对退火区域A501的少许的重叠，由衬底端开始扫描，结束光束宽度的退火区域B503的退火。按照衬底的尺寸，重复需要次数的相同的动作，由此完成衬底全部的结晶。
以下，与实施方式1相同，进行液晶显示装置的制造。
然后说明实施方式2的液晶面板的平面结构。在玻璃衬底上有效地配置制造的目标的面板，从而获得最多的取出数。此时，正确把握完成的面板和上述说明的激光退火时激光照射的重叠部的位置关系。作为示例，对于某一个面板进行说明。注意某个面板，如图6所示，分开退火区域A501和退火区域B503两个区域照射，同实施方式1相同，本实施方式也存在重叠部505。此外，以重叠部505的长边方向与栅极线相平行的方式配置面板。
在本实施方式中，与实施方式1相同，在实际设计液晶面板的玻璃内配置之前，以预先只形成晶体管并可以测定晶体管特性的测试玻璃进行评价。由此，与重叠部505平行的方向上，任意2个晶体管的Vth保持|Vth1-Vth2|＜0.5V的关系。此外，退火区域A和退火区域B重叠的重叠部505中存在的晶体管，在重叠部505内接近退火区域B503一侧的栅极线方向的像素线的1根线的部分以及其延长部分上的晶体管的阈值Vth3和其它的线上的晶体管的Vth1之间，具有|Vth1-Vth3|≥0.5V的关系。在本实施方式中，激光退火的扫描方向与栅极线平行，只有重叠部505的、图上上侧的1根线的部分以及其延长部分上的晶体管的Vth略高。根据这样的基础数据，结合将本实施方式存在的Vth很大不同的预定的像素晶体管的栅极线，进行专用的液晶面板设计。
然后，对用于在包含该Vth值不同的晶体管的液晶面板不产生显示上的问题的方法的一例进行说明。如图5所示，上述Vth很大不同的预定的像素晶体管搭载的1条线作为第n号。在此，使用和将与该预定的像素线相连接的驱动电路连接于其它的线上的不同的电路。具体的，该线的驱动电路部的一部分的材料从通常的金属布线变为像素电极中使用的ITO膜，将布线的一部分变为在ITO膜上的桥式结构。由此，ITO膜比通常的金属布线有较高的电阻，因此，改变了电阻值。为改变电阻值，如实施方式1中使用的方法，将布线的迂回距离变长作成高电阻的方法也有效。在该方法中，与实施方式1相同，通过进行用于校正的简单的设计改变，能够消除Vth的差别。
即使只有上述的校正，也能得到难以在视觉上辨认由Vth波动引起的显示上的不均匀的效果，但是，Vth的波动情况中也发生稍微的偏差，作成进一步观察点亮状态、但是不能发现残存的不均匀的能够调整的结构。具体的，对于特定的线安装与晶体管连接、能够以模拟的方式调整电阻的调整电路509。使用不是液晶玻璃上的电路而是使用设置在安装的电源衬底等上的可变电阻和可变电容等的简单的调整电路，对能够施加给这些晶体管的栅极的电压进行控制，由此，能够一边观察显示图像，一边将不均匀调整为在使用上不存在问题的水平。
在此，激光照射的重叠部以只对Vth的波动能够预测的预定的像素线安装调整电路的方式设计。通过对所有的线独立安装相同的调整结构，对在如发生激光的错误发射的不确定线中发生的Vth的波动也能够调整为实用上不能在视觉上被辨认出来的水平。
在本实施方式中，对通过容易得到大颗粒直径的多晶硅的准分子激光器形成多晶硅的情况进行了说明，但是，以YAG激光器形成多晶硅的情况能够发现相同的效果。此外，作为一例，作为透过型的液晶显示装置，以像素电极使用ITO膜的液晶显示装置进行说明。能够广泛应用于使用A1等的反射电极的反射型液晶显示装置、具有两者的半透明型的液晶显示装置。进而使用由通过相同的激光器结晶的硅膜构成的薄膜晶体管的有机EL显示装置等，有机EL的情况下，特别在原理上，由于像素内的晶体管的特性的偏差非常容易在视觉上辨认出来，因此，能够进一步产生更大的效果。
如上述，按照本实施方式2的发明，以激光退火中的激光照射的重叠部与栅极线平行的方式配置面板，能够使与重叠部内存在的栅极线相连接的晶体管的阈值的波动引起的显示不均匀难以在视觉上辨认出来。
此外，若应用本实施方式1、2，利用激光器的重叠，不使用CD掩模就能够配置Vth和驱动能力不同的晶体管。
权利要求
1.一种显示装置，具有具有多个像素的像素线、由多个上述像素线构成的像素阵列、驱动上述多个像素的多个像素晶体管、以及驱动上述多个像素晶体管的驱动电路，其特征在于，上述多个像素晶体管包含多个预定的像素晶体管，上述驱动电路具有驱动上述预定的像素晶体管的第1驱动电路和驱动上述预定的像素晶体管以外的像素晶体管的第2驱动电路，上述预定的像素晶体管的各个阈值电压的差在0.1V或以上、0.5V或以下，上述预定的像素晶体管和上述预定的像素晶体管以外的像素晶体管的阈值电压的差在0.5V或以上、1.5V或以下。
2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，上述多个像素线包含由被上述预定的像素晶体管驱动的像素构成的多个预定的像素线。
3.如权利要求2所述的显示装置，其特征在于，上述预定的像素线与源极线平行。
4.如权利要求2所述的显示装置，其特征在于，上述预定的像素线与栅极线平行。
5.如权利要求2至权利要求4中任意一项所述的显示装置，其特征在于，上述预定的像素线存在3条或以上，上述像素阵列中的上述预定的像素线的位置是周期性的。
6.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，上述第1驱动电路的输出阻抗与上述第2驱动电路的输出阻抗不同。
7.如权利要求6所述的显示装置，其特征在于，上述第1驱动电路的内部布线或从上述第1驱动电路向上述预定的像素晶体管的布线的迂回距离和上述第2驱动电路的内部布线或从上述第2驱动电路向上述预定的像素晶体管以外的上述像素晶体管的布线的迂回距离不同。
8.如权利要求6所述的显示装置，其特征在于，对上述第1驱动电路内部布线或从上述第1驱动电路向上述预定的像素晶体管的布线，使用与上述第2驱动电路的内部布线或从上述第2驱动电路向上述预定的像素晶体管以外的上述像素晶体管的布线不同的材料。
9.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，上述预定的像素晶体管的驱动电压能够调整。
10.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，上述预定的像素晶体管的形状或材料与上述预定的像素晶体管以外的像素晶体管不同。
11.一种显示装置的制造方法，该方法是权利要求1至权利要求10中任意一项所述的显示装置的制造方法，其特征在于，对衬底照射激光光束，通过移动上述光束的照射对光束照射区域进行退火，多次重复上述光束的照射，使上述光束照射区域间具有重叠部分，对衬底面内进行退火，形成上述像素晶体管以及其它的薄膜晶体管，上述预定的像素晶体管包含在上述重叠部分内。
全文摘要
本发明的课题是为了有效利用玻璃衬底并制造光束宽度或以上大小的面板，而得到一种允许薄膜晶体管的阈值在面板内不同并能够降低制造成本的显示装置以及其制造方法。为了补偿特定的像素线上的薄膜晶体管的阈值和其它的像素线的薄膜晶体管的阈值的差，在特定的像素和其它的像素线具有不同的驱动电路，或能够个别地调整驱动电压。
文档编号H01L21/268GK1790724SQ20051012010
公开日2006年6月21日 申请日期2005年11月2日 优先权日2004年11月2日
发明者久保田健 申请人:三菱电机株式会社