专利名称：图像显示系统及其制造方法
技术领域：
本发明有关于一种平面显示器技术，特别是有关于一种改良的薄膜晶体管(TFT)装置，其驱动电路区及像素区具有不同的电特性(electrical characteristic)以及具有此TFT装置的图像显示系统制造方法。
背景技术：
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 机发光装置(AMOLED)显示器。有源式阵列有机发光装置通常利用薄膜晶 体管作为像素及驱动电路的开关元件，而其可依据有源层所使用的材料分为 非晶硅U-Si)及多晶硅薄膜晶体管。相较于非晶硅薄膜晶体管，多晶硅薄 膜晶体管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 temperature polysilicon， 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工艺形成之， 并将驱动电路整合于具有像素的基板上，降低了制造成本。在LTPS薄膜晶体管制造中，驱动电路区及像素区的薄膜晶体管通过相 同的工艺及同步形成。因此，驱动电路区及像素区的薄膜晶体管具有相同的 电特性。然而，有源式阵列有机发光装置中，驱动电路区的薄膜晶体管电特 性需不同于像素区的薄膜晶体管。举例而言，需将驱动电路区的薄膜晶体管 设计成具有高载流子迁移率及低次临界摆荡(sub-threshold swing)等特性， 藉以提供快速响应。另外，需将像素区的薄膜晶体管设计成具有高次临界摆 荡等特性，藉以高对比率(contrast ratio )。然而，因为两区的薄膜晶体管是 通过相同的工艺及同步形成的，故要在像素区制作高次临界摆荡的薄膜晶体 管且在驱动电路区制作低次临界摆荡及高载流子迁移率的薄膜晶体管示相 当困难的。因此，有必要寻求一种新的薄膜晶体管装置，其在驱动电路区及像素区
中具有不同的薄膜晶体管电特性，藉以在像素区提供具有高次临界摆荡的薄 膜晶体管，而在驱动电路区提供具有高电子迁移率及低次临界摆荡的薄膜晶体管。发明内容有鉴于此，本发明的目的在于提供一种图像显示系统。此系统包括薄膜 晶体管装置，其包括具有驱动电路区及像素区的基底。第一及第二有源层分 别设置于驱动电路区及像素区的基底上，其中第一有源层具有一晶粒尺寸， 且大于第二有源层的晶粒尺寸。二栅极结构分别设置于第 一及第二有源层 上，其中每一栅极结构包括由栅极介电层及栅极层所构成的迭层。反射板设置于第一有源层下方的基底上，且与第一有源层绝缘。根据本发明的目的，本发明提供一种图像显示系统制造方法，其中此系统具有一薄膜晶体管装置，而此方法包括提供基底，其具有驱动电路区及 像素区。在驱动电路区的基板上形成反射板。在驱动电路区及像素区的基底 上形成绝缘层，以覆盖反射板。在绝缘层上形成非晶硅层。通过波长不小于 400nm的激光光束对非晶硅层进行退火处理，使非晶硅层转变成多晶硅层， 其中直接位于反射板上部分的多晶硅层具有一晶粒尺寸，且大于其他部分的 多晶硅层的晶粒尺寸。图案化多晶硅层，以在反射板上形成第一有源层且在 像素区的基底上形成第二有源层。
图1A至1F是绘示出根据本发明实施例的具有薄膜晶体管装置的图像显 示系统的制造方法剖面示意图；图2是绘示出根据本发明实施例的薄膜晶体管剖面示意图；以及 图3是绘示出根据本发明另一实施例的图像显示系统方块示意图。 主要元件符号说明100~基底；102 緩沖层；104~反射层；105 反射板；106~绝缘层；108~ 多晶硅层；109 激光退火处理；110 部分的多晶硅层；112 第一有源层(多 晶硅图案层)；113a、 115a 沟道区；113b、 115b 源极/漏极区；114~第二有 源层(多晶硅图案层)；116 栅极介电层(绝缘层)；118、 120一册极层；121 重离子注入200 薄膜晶体管装置；300 平面显示器装置；400 输入单元；500 电子装置；D 驱动电路区；P 像素区。
具体实施方式
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。以下说明本发明实施例的图像显示系统及其制造方法。图1F及图2是 绘示出根据本发明实施例的图像显示系统，特别是一种具有薄膜晶体管装置 200的图像显示系统，其中薄膜晶体管装置200包括具有一驱动电路区D及 一像素区P的一基底IOO。 一緩冲.层102可选择性地设置于基底IOO上，以 作为基底100与后续所形成的有源层之间的粘着层或是污染阻障层。第一有源层112设置于驱动电路区D的基底100上，而第二有源层114 设置于像素区P的基底100上。第一有源层112包括一沟道区113a以及一 对被沟道区113a所隔开的源极/漏极区113b。第二有源层114包括一沟道区 115a以及一对被沟道区115a所隔开的源极/漏极区115b。在本实施例中，第 一及第二有源层112及114可由低温多晶硅所构成，其中第一有源层112具 有一晶粒尺寸，且其大于第二有源层114的晶粒尺寸二栅极结构分别设置于第一及第二有源层112及114上，而构成薄膜晶 体管。位于^f象素区P的薄膜晶体管(即，像素TFT)可为NMOS或CMOS。 位于驱动电^^区D的薄膜晶体管(即，驱动TFT)可为NMOS、 PMOS或 CMOS。设置于第一有源层112上的栅极结构包括由一栅极介电层116及一 栅极层118所构成的迭层。而设置于第二有源层114上的栅极结构包括由一 牙册极介电层116及一栅极层120所构成的迭层。一反射板105，例如一金属层，设置于第一有源层112下方的基底100 上。再者，反射板105通过一绝缘层106而与第一有源层112绝缘，其中绝 缘层106可由一氧化硅层、 一氮化硅层或其组合所构成。在本实施例中，第 一有源层112大体对准于反射板105，如图1F所示。在其他实施例中，反射 板105可完全覆盖驱动电路区D的的基底100,如图2所示。图1A至1F是绘示出根据本发明实施例的具有薄膜晶体管200的图像显 示系统的制造方法剖面示意图。请参照图1A,提供一基底IOO，其具有一驱 动电路区D及一像素区P。基底200可由玻璃、石英、或塑胶所构成。 一緩 沖层102可选择性地形成于基底100上，作为基底100与后续形成的膜层之 间的粘着层或污染阻障层。緩沖层102可为一单层或多层结构。举例而言， 缓沖层102可由一氧化硅、 一氮化硅、或其组合所构成。在基底100上形成一反射层104。反射层104可由金属所构成，例如铝 (Al)、铜(Cu)、钼(Mo)或其合金。再者，反射层104的厚度大于100 埃(A)且可通过习知的沉积技术形成的，例如溅镀法或CVD。请参照图1B,通过习知光刻及蚀刻工艺图案化反射层104，以在驱动电 路区D的基底100上形成一反射板105。在本实施例中，反射板105位于驱 动电路区D的欲于后续工艺步骤中形成有源层的区域。在其他实施例中，反 射板105可完全覆盖驱动电路区D的基底100。请参照图1C，在驱动电路区D及像素区P的基底100上依序形成一绝 缘层106及依非晶硅层(未绘示)，以覆盖反射板105，使非晶硅层能通过绝 缘层106而与反射板105绝缘。在本实施例中，绝缘层106可为一单层或多 层结构。举例而言，绝缘层106可由一氧化硅、 一氮化硅、或其组合所构成。接下来，对非晶硅层实施一激光退火处理109,使非晶硅层转变成多晶 硅层108。在习知的低温多晶硅(LTPS)制造中，多晶硅层通过准分子激光 退火(excimer laser annealing, ELA)处理所形成。然而，要降低驱动TFT的 次临界摆荡相当困难，其原因在于由波长为248nm至351nm的准分子激光 所形成的多晶硅层的晶粒尺寸并不够大。因此，在本实施例中，采用波长不 小于400nm的激光光束，例如固态激光光束，来进行激光退火处理109，其 对于非晶硅材料的穿透性优于准分子激光。因此，波长不小于400 nm的激 光光束可通过多晶硅层及绝缘层106而自反射板105重复地反射，进而在正 向于反射板105上方多晶硅层108的部分IIO提供较高的结晶温度。亦即， 正向于反射板105上方的该部分110的多晶硅层108具有大于其他部分的晶 粒尺寸。多晶硅材料的晶粒尺寸通常反比于晶界电容(grain-boundary capacitance)。相反地，晶界电容正比于次临界摆荡。因此，当薄膜晶体管中 多晶硅有源层的晶粒尺寸增加时，可具有较低的次临界摆荡。接下来，可选 择性地对多晶硅层108进行沟道掺杂工艺。请参照图1D，图案化如图1C所示的多晶硅层108，以在驱动电路区D 的反射板105上形成一多晶硅图案层112,且在像素区P的基底100上形成 一多晶硅图案层114。特别的是多晶硅图案层112大体对准于反射板105。
而多晶硅图案层112及114分别作为驱动电路区D中薄膜晶体管的第 一有源 层及像素区P中薄膜晶体管的第二有源层。由于大体对准于反射板105的第 一有源层112所形成的结晶温度高于第二有源层114,故第一有源层112的 晶粒尺寸大于第二有源层114的晶粒尺寸。请参照图1E，在第一及第二有源层112及114与绝缘层106上依序形 成一绝缘层116及一导电层(未绘示)。在本实施例中，绝缘层116作为栅 极介电层且可为一单层或多层结构。举例而言，绝缘层116可由一氧化硅、 一氮化硅、或其组合所构成。而绝缘层116可通过习知沉积技术形成的，例 如CVD。导电层可由金属所构成，例如钼(Mo)或钼合金。导电层可通过 CVD或溅镀法形成。随后蚀刻导电层，以分别在第一及第二有源层112及 114上形成棚-极层118及120。请参照图1F,利用栅极层118及120作为注入掩模，对第一及第二有源 层112及114实施重离子注入121。在完成重离子注入121之后，沟道区113a 系形成于栅极层118下方的第一有源层112中，而一对源极/漏极区113b亦 形成于第一有源层112中且被沟道区113a所隔开。再者，沟道区115a形成 于栅极层120下方的第二有源层114中，而一对源极/漏极区115b亦形成于 第二有源层114中且^L沟道区115a所隔开。如此便完成本实施例的薄膜晶 体管装置200。根据本实施例，由于像素区P的第二有源层114的晶粒尺寸小于驱动电 路区D的第一有源层112的晶粒尺寸，故像素TFT的次临界摆荡高于驱动 TFT的次临界摆荡。因此，薄膜晶体管装置200在驱动电路区D及像素区P 中具有不同的电特性。亦即，像素TFT可具有较高的次临界摆荡，以增加显 示装置的灰阶反转(gray scale inversion),进而使显示装置具有较高的对比 率。同时，驱动TFT可具有较高的载流子迁移率及较低的次临界摆荡，而提 供快速的响应。图3是绘示出根据本发明另 一实施例的具有图像显示系统方块示意图， 其可实施于一平面显示(FPD)装置300或电子装置500,例如一笔记型电 脑、 一手才/L、 一凄t码相机、 一个人凄t字助理(personal digital assistant, PDA)、 一桌上型电脑、 一电视机、 一车用显示器、或一携带型DVD播放器。的前 所述的薄膜晶体管(TFT)装置可并入于平面显示装置300,而平面显示装 置300可为LCD或OLED面板。如图3所示，平面显示装置300包括一薄
膜晶体管装置，如图1F或2中的薄膜晶体管装置200所示。在其他实施例中，薄膜晶体管装置300可并入于电子装置500。如图3所示，电子装置500 包括 一平面显示装置300及一输入单元400。再者，输入单元400耦接至 平面显示器装置300,用以提供输入信号(例如，图像信号)至平面显示装 置300以产生图像。虽然本发明已以4交佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何 所属技术领域中具有通常知识者，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权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种图像显示系统，包括薄膜晶体管装置，包括基底，具有驱动电路区及像素区；第一及第二有源层，分别设置于该驱动电路区及该像素区的该基底上，其中该第一有源层具有一晶粒尺寸，且大于该第二有源层的晶粒尺寸；二栅极结构，分别设置于该第一及该第二有源层上，其中每一栅极结构包括由一栅极介电层及一栅极层所构成的迭层；以及反射板，设置于该第一有源层下方的该基底上，且与该第一有源层绝缘。
2. 如权利要求1所述的图像显示系统，其中该反射板完全覆盖该驱动电 3各区的该基底。
3. 如权利要求1所述的图像显示系统，其中该第一有源层大体对准于该 反射板。
4. 如权利要求1所述的图像显示系统，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，用以提供一输入至该平面显示装置， 使该平面显示装置显示图像。
5. 如权利要求4所述的图像显示系统，其中该系统包括具有该平面显示 装置的电子装置。
6. 如权利要求5所述的图像显示系统，其中该电子装置包括笔记型电脑、 手机、数码相机、个人数字助理、桌上型电脑、电视机、车用显示器、或携 带型DVD播放器。
7. —种图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 该方法包括提供基底，其具有驱动电路区及像素区； 在该驱动电路区的该基板上形成反射板；在该驱动电路区及该像素区的该基底上形成绝缘层，以覆盖该反射板； 在该绝缘层上形成非晶硅层；通过一波长不小于400nm的激光光束对该非晶硅层进行退火处理，使该 非晶硅层转变成多晶硅层，其中直接位于该反射板上该部分的该多晶硅层具 有一晶粒尺寸，且大于其他部分的该多晶硅层的晶粒尺寸；以及图案化该多晶硅层，以在该反射板上形成第一有源层且在该4象素区的该 基底上形成第二有源层。
8. 如权利要求7所述的图像显示系统的制造方法，还包括分别在该第 一及该第二有源层上覆盖由栅极介电层及栅极层所构成的 迭层；以及对该第 一及该第二有源层实施重离子注入，以分别在该第 一及该第二有 源层中形成沟道区且在该沟道区的两侧形成一对源极/漏极区。
9. 如权利要求7所述的图像显示系统的制造方法，其中该反射板完全覆 盖该驱动电路区的该基底。
10. 如权利要求7所述的图像显示系统的制造方法，其中该第 一有源层大 体对准于该反射板。
全文摘要
本发明揭示一种图像显示系统。此系统包括薄膜晶体管装置，其包括具有驱动电路区及像素区的基底。第一及第二有源层分别设置于驱动电路区及像素区的基底上，其中第一有源层具有一晶粒尺寸，且大于第二有源层的晶粒尺寸。二栅极结构分别设置于第一及第二有源层上，其中每一栅极结构包括由栅极介电层及栅极层所构成的迭层。反射板设置于第一有源层下方的基底上，且与第一有源层绝缘。本发明亦揭示具有该薄膜晶体管装置的图像显示系统的制造方法。
文档编号H01L21/84GK101127359SQ20071014394
公开日2008年2月20日 申请日期2007年8月15日 优先权日2006年8月15日
发明者刘侑宗, 李淂裕, 森本佳宏, 陈峰毅 申请人:统宝光电股份有限公司