主动元件及其制作方法

主动元件及其制作方法
【专利摘要】本发明提供一种主动元件及其制作方法。主动元件包括一栅极、一栅绝缘层、一通道、一源极与一漏极。栅极配置于一基板上。栅绝缘层配置于基板上且覆盖栅极。栅绝缘层分为一第一区与一第二区。第一区具有均一的厚度，第二区具有均一的厚度，且第一区的厚度大于第二区的厚度。通道配置于栅绝缘层上。源极与漏极分别配置于栅绝缘层上且彼此分离。源极与漏极的分布位置与第一区的分布位置一致。通道接触源极与漏极。本发明可改善现有技术中馈通电压过大所造成的问题。
【专利说明】
主动元件及其制作方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种元件及其制作方法，尤其涉及一种主动元件及其制作方法。
【背景技术】
[0002] 具有高画质、空间利用效率佳、低消耗功率、无辐射等优越特性的液晶显示器 (Liquid Crystal Display，简称IXD)已逐渐成为市场的主流。一般而言，液晶显示器包 括液晶显示面板（LCD panel)与用以提供面光源的背光模块，其中，液晶显示面板通常 包括薄膜晶体管阵列基板（Thin Film Transistor Array Substrate,简称 TFT array substrate)、彩色滤光基板（Color Filter substrate,简称 CF substrate)以及位于两基 板之间的液晶层（liquid crystal layer)。
[0003] 图I为一种现有的像素阵列基板的电路示意图。请参照图1，一般而言，像素阵列 基板10位于同一列上的像素结构P 1QA、P1QB、Piqc…的薄膜晶体管TFT1QA、TFT 1QB、TFTiqc…皆由 同一条扫描线SlO进行驱动。当扫描线SlO提供足够的开启电压时，连接至扫描线SlO的 薄膜晶体管1?1'_3?1'_3?1' 1。^就会被打开，以使各条数据线010所搭载的数据（电压电 平）能够写入像素结构P1DA、P 1DB、P1De···。当上述写入动作完成后，薄膜晶体管TFT1QA、TFT 1QB、 TFT1ik…就会被关闭，并通过液晶电容与像素存储电容C ST等保持各像素结构P ιω、P1(]B、 P1ik…内像素电极的电压电平。
[0004] 然而，当薄膜晶体管1?1'1。^?1'1。^?1' 1(^"被关闭时，各像素结构？應、？1。^1(^"内 的像素电极的电压电平很容易受到其他周围电压改变的影响而变动，此电压变动量称为馈 通电压（Feed-through voltage)，以下以AVp表示。馈通电压可表示为：
[0005] AVp= [Cgd/(Clc+Cst+Cgd)]X AVg (1)
[0006] 方程式⑴内的Q为液晶电容，Cst为像素存储电容，Cra为薄膜晶体管的栅极与 漏极间的电容，AVJlJ为扫描线在开启与关闭薄膜晶体管时的电压差。在液晶显示器的作 动原理中，主要就是通过施加于液晶分子的电场大小来改变液晶分子的旋转角度，进而表 现出各种灰阶变化。由于施加于液晶分子的电场大小是由各像素结构的像素电极与一共用 电极的电压差所决定，因此当像素电极的电压电平受馈通电压A Vp影响而改变时，就会影 响液晶显示器的显示效果。
[0007] -般而言，经由调整共用电极的电压电平便可以消除馈通电压AVp所造成的影 响。然而，由于扫描线内的电阻及其他电容的影响，使得AV p会随着像素结构距离扫描线 输入端越远而越小，即图1所示的像素结构P1DA、P1DB、P观的AV p会呈现（AVp)AMAVp) Β> ( Δ VP) C的现象，使得液晶显示器的画面发生闪烁的情形。

【发明内容】

[0008] 本发明提供一种主动元件，可改善现有技术中馈通电压过大所造成的问题。
[0009] 本发明提供一种主动元件的制作方法，可改善现有技术制作出来的主动元件的馈 通电压过大所造成的问题。
[0010] 本发明的主动元件包括一栅极、一栅绝缘层、一通道、一源极与一漏极。栅极配置 于一基板上。栅绝缘层配置于基板上且覆盖栅极。栅绝缘层分为一第一区与一第二区。第 一区具有均一的厚度，第二区具有均一的厚度，且第一区的厚度大于第二区的厚度。通道配 置于栅绝缘层上。源极与漏极分别配置于栅绝缘层上且彼此分离。源极与漏极的分布位置 与第一区的分布位置一致。通道接触源极与漏极。
[0011] 在本发明的一实施例中，栅绝缘层包括一第一绝缘层以及一第二绝缘层。第一绝 缘层位于第一区与第二区且具有均一的厚度，第二绝缘层位于第一区且具有均一的厚度。
[0012] 在本发明的一实施例中，第一绝缘层的材质不同于第二绝缘层的材质。
[0013] 在本发明的一实施例中，栅绝缘层由单一材质构成。
[0014] 在本发明的一实施例中，主动元件还包括一像素电极，电性连接漏极。
[0015] 在本发明的一实施例中，通道的材质为非晶硅。
[0016] 本发明的主动元件的制造方法包括下列步骤。形成一栅极于一基板上。形成一栅 绝缘层于基板上且覆盖栅极。栅绝缘层分为一第一区与一第二区。第一区具有均一的厚度， 第二区具有均一的厚度，且第一区的厚度大于第二区的厚度。形成一通道、一源极与一漏极 于栅绝缘层上。源极与漏极彼此分离，且源极与漏极的分布位置与第一区的分布位置一致。 通道接触源极与漏极。
[0017] 在本发明的一实施例中，形成栅绝缘层包括下列步骤。形成一第一绝缘层于第一 区与第二区。第一绝缘层具有均一的厚度。形成一第二绝缘层于第一区。第二绝缘层具有 均一的厚度。
[0018] 在本发明的一实施例中，形成第二绝缘层所使用的光罩及形成源极与漏极所使用 的光罩相同。
[0019] 在本发明的一实施例中，栅绝缘层是以单一微影蚀刻制程形成。
[0020] 基于上述，在本发明的主动元件及其制作方法中，栅绝缘层在源极与漏极下方的 厚度增加以减少栅极与漏极间的电容，因此可降低主动元件的馈通电压。
[0021] 为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并合附图作详细 说明如下。
【附图说明】
[0022] 图1是现有的像素阵列基板的电路示意图；
[0023] 图2A至图2G是本发明一实施例的主动元件的制作方法的流程剖面图；
[0024] 图3为电容Cm与显示器的解析度的模拟分析图；
[0025] 图4为馈通电压Δ Vp与显示器的解析度的模拟分析图；
[0026] 图5为图2G的主动元件的上视示意图；
[0027] 图6是本发明另一实施例的主动元件的剖面示意图。
[0028] 附图标记说明：
[0029] 10 :像素阵列基板；
[0030] Cgd、Clc、Cst:电容；
[0031] P1QA、P1QB、Piqc:像素结构；
[0032] TFT舰、TFT· TFTloc:薄膜晶体管；
[0033] SlO :扫瞄线；
[0034] DlO :数据线；
[0035] 50 :基板；
[0036] 100、200 :主动元件；
[0037] 110 :栅极；
[0038] 120、220 :栅绝缘层；
[0039] 120A :第一区；
[0040] 120B :第二区；
[0041] 122:第一绝缘层；
[0042] 124 :第二绝缘层；
[0043] 130 :通道；
[0044] 140:像素电极；
[0045] 152 :源极；
[0046] 154 :漏极；
[0047] 160 :绝缘层；
[0048] 170:共用电极；
[0049] S20 :扫瞄线；
[0050] D20 :数据线；
[0051] L12、L14、L16、L18 :曲线；
[0052] Δ Vp:馈通电压。
【具体实施方式】
[0053] 本发明的一实施例的主动元件的制作方法介绍如下。首先如图2A所示，形成一栅 极110于一基板50上。基板50的材质可为玻璃、石英、有机聚合物、不透光/反射材料（如 导电材料、晶片、陶瓷等）或是其它合适的材质。栅极110的材料一般是金属材料。但本发 明不限于此，在其他实施例中，栅极110的材质也可以是其他导电材质，如合金、金属材料 的氮化物、金属材料的氧化物、金属材料的氮氧化物或是金属材料与其它导电材质的堆叠 层。
[0054] 请参考图2A及图2B，首先如图2B所示，形成一第一绝缘层122于基板50上且覆 盖栅极110,第一绝缘层122同时分布于一第一区120A与一第二区120B。第一绝缘层122 具有均一的厚度。接着如图2C所示，形成一第二绝缘层124于第一区120A。第二绝缘层 124具有均一的厚度。藉此，形成一栅绝缘层120于基板50上且覆盖栅极110。换言之，本 实施例的栅绝缘层120是由第一绝缘层122与第二绝缘层124共同构成，但本发明不限于 此。基本上，栅绝缘层120是覆盖整个基板50,但不限定于此，只要能覆盖整个栅极110。 栅绝缘层120分为第一区120A与第二区120B。第一区120A具有均一的厚度，第二区120B 具有均一的厚度，且第一区120A的厚度大于第二区120B的厚度。本实施例中，第一区120A 是多个分开的区域的集合，第二区120B也是多个分开的区域的集合。第一区120A具有均 一的厚度的意思是，栅绝缘层120在第一区120A的部分的厚度基本上都相同，但不排除因 制程误差或其他原因所造成的厚度差异，第二区120B也相同。在此一提，以图2B的栅绝缘 层120为例，在栅极110的边缘处所示的第一绝缘层122的厚度较厚，但实际上并非如此， 只是因为示意图的表示方法所造成。真正在制作第一绝缘层122时，栅极110的边缘处的 厚度也可能有误差。但是，本实施例所述的第一绝缘层122具有均一的厚度是指理想的设 计值，第二绝缘层124也相同。由于第一绝缘层122与第二绝缘层124各自具有均一的厚 度，但第一绝缘层122同时分布于第一区120A与第二区120B，而第二绝缘层124仅分布于 第一区120A，因此栅绝缘层120在第一区120A的厚度就会大于栅绝缘层120在第二区120B 的厚度。第一绝缘层122与第二绝缘层124的材质可选自无机材料（例如氧化硅、氮化硅、 氮氧化硅、其它合适的材料或上述至少二种材料的堆叠层）、有机材料或上述的组合。第一 绝缘层122与第二绝缘层124的材质可以相同或不同。
[0055] 接着如图2D所示，形成一通道130于栅绝缘层120上。本实施例可应用在显示器 中，此时可如图2E所示，选择性地在栅绝缘层120上形成一像素电极140。接着如图2F所 示，形成一源极152与一漏极154于栅绝缘层120上，其中漏极154接触并电性连接像素电 极140。源极152与漏极154彼此分离，通道130接触源极152与漏极154。至此，大致完 成本实施例的主动元件100。本实施例中是依序形成通道130、像素电极140、源极152与漏 极154,但形成顺序可依据需求调整，只要通道130接触源极152与漏极154,且漏极154电 性连接像素电极140。
[0056] 另外，源极152与漏极154的分布位置与第一区120A的分布位置一致。换言之， 在不考虑制程误差等影响时，源极152与漏极154的分布位置加总后恰等于第一区120A的 分布位置，而栅绝缘层120在源极152与漏极154下方的部分（即第一区120A)的厚度大 于栅绝缘层120没有在源极152与漏极154下方的部分（即第一区120A)的厚度。现有主 动元件的栅极与漏极之间的栅绝缘层仅相当于本实施例的第一绝缘层122,而本实施例的 主动元件100的栅极110与漏极154之间则除了第一绝缘层122之外还有第二绝缘层124。 因此，本实施例的栅极110与漏极154之间的距离相较于现有技术而言被加大了，栅极110 与漏极154之间的电容(^也就变小。根据先前所提到的方程式（1)，本实施例的主动元件 100的馈通电压AV p会随之缩小。
[0057] 发明人以第二绝缘层124的厚度为2000A的条件进行模拟获得如图3的结果。曲 线L12表示栅绝缘层是均一厚度的状况，而曲线L14表示栅绝缘层如图2F所示且第二绝缘 层124的厚度为2000A的状况。从曲线L12可发现当所应用的显示器的解析度（以单位 PPI表示，即pixel per inch)提高时，电容Cra会随着提高。从曲线L14可发现电容Cm依 旧随着解析度提高，但相较于曲线L12则可看出电容(^有30%的降幅。另外，图4显示与 图3相同的条件下模拟所得的馈通电压AV p与显示器的解析度的关系。图4的曲线L16与 图3的曲线L12的模拟条件相同，而图4的曲线L18与图3的曲线L14的模拟条件相同。从 曲线L16与曲线L18的比较可看出曲线L18的馈通电压AV p也有30%的降幅。由此可知， 本实施例的主动元件100在应用于显示器时将可大幅减少画面发生闪烁的状况，进而提高 显示品质。
[0058] 同时，通过本实施例的设计，在主动元件100的通道130的材质采用成本较低的多 晶硅的条件下，还可制作出高解析度的显示器，而不需采用需使用昂贵制程制作的低温多 晶硅的材质的通道。此外，本实施例的主动元件100的面积适于缩小而仍可发挥正常功能， 因此有助于减少显示器的边框宽度。另外，源极152与漏极154的分布位置与栅绝缘层120 的第一区120A的分布位置一致，也就是在利用微影蚀刻制程形成源极152与漏极154以及 形成栅绝缘层120时可以采用相同的光罩。以本实施例而言，形成第二绝缘层124所使用 的光罩及形成源极152与漏极154所使用的光罩相同。因此，虽然本实施例中制作了厚度 不均匀的栅绝缘层120,但并不会额外产生购买与存储光罩的成本。另外，若将整层栅绝缘 层的厚度都增加，根据先前所提到的方程式（1)，像素存储电容C st也会减少，反而会再次增 加馈通电压AVp。
[0059] 再者，本实施例的通道130具有较佳的载子迀移率（mobility)。载子迀移率与电 流大小及载子移动路径的长度成正比。在霍尔（Hell)效应的影响下，由于本实施例的通道 130在第二绝缘层124之间的厚度相较于现有通道的厚度加大了，因此载子从源极152边缘 进入通道130的上层后，会先往下移动到通道130的下层，再横向移动至漏极154的边缘下 方，然后往上移动到通道130的上层并进入漏极154。藉此，本实施例的通道130具有较长 的载子移动路径，因此可以提高通道130的载子迀移率。
[0060] 选择性地，还可如图2G所示，在基板50上方形成一绝缘层160。绝缘层160覆盖 前述所形成的各元件。接着，在绝缘层160上形成一共用电极170。利用像素电极140与共 用电极170之间的电压差所形成的电场，本实施例的主动元件100应用于液晶显示器时可 控制液晶分子的排列而达成显示效果。
[0061] 接着参照图5与图2G说明本发明一实施例的主动元件100应用于显示器的范例， 其中图2G是沿图5中剖面线I-I所见的剖面示意图。本实施例的主动元件100包括栅极 110、栅绝缘层120 (仅标示于图2G)、通道130、源极152与漏极154。另外，因为本实施例 的主动元件100应用于显示器，故还包括扫瞄线S20、数据线D20、像素电极140与共用电极 170,但本发明不限于此。栅极110与扫瞄线S20例如是由同一材料层形成，而数据线D20、 源极152与漏极154例如是由同一材料层形成。栅极110直接与扫瞄线S20相连或者是扫 瞄线S20的一部分，源极152直接与数据线D20相连或者是数据线D20的一部分。本实施 例是以应用于边际电场切换式（Fringe Field Switching，简称FFS)液晶显示面板为例， 像素电极与共用电极两个至少其中一个可具有多个狭缝（slit)与多个分支（branch)。在 本实施例中，像素电极140为块状电极图案，而共用电极170具有多个分支电极图案，但其 他实施例中像素电极140与共用电极170也可形成为其他形状的图案。
[0062] 图6是本发明另一实施例的主动元件的剖面示意图。请参照图6,本实施例的主动 元件200与图2G的主动元件100,差异仅在于本实施例的栅绝缘层220是由单一材质以单 一微影蚀刻制程形成。由于栅绝缘层220在源极152与漏极154下方的部分的厚度较大， 因此本实施例的主动元件200同样具有较小的栅极110与漏极154之间的电容C m，馈通电 压AVp也随之缩小。由此可知，本实施例的主动元件100在应用于显示器时将可大幅减少 画面发生闪烁的状况，进而提高显示品质。举例而言，本实施例的栅绝缘层220可利用正光 阻剂搭配形成源极152与漏极154所使用的光罩并调整曝光时间而形成，栅绝缘层220也 可利用正光阻剂搭配半色调（halftone)光罩而形成。
[0063] 综上所述，在本发明的主动元件及其制作方法中，源极与漏极下方的栅绝缘层厚 度增加，因此可以减少栅极与漏极间的电容，进而降低主动元件的馈通电压。如此，可获得 较佳品质的主动元件，且应用于显示器时可大幅减少画面发生闪烁的状况，进而提高显示 品质。
[0064] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其 依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征 进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技 术方案的范围。
【主权项】
1. 一种主动元件，其特征在于，包括： 栅极，置于基板上； 栅绝缘层，置于所述基板上且覆盖所述栅极，所述栅绝缘层分为第一区与第二区，所述 第一区具有均一的厚度，所述第二区具有均一的厚度，且所述第一区的厚度大于所述第二 区的厚度； 通道，置于所述栅绝缘层上；以及 源极与漏极，分别置于所述栅绝缘层上且彼此分离，其中所述源极与所述漏极的分布 位置与所述第一区的分布位置一致，所述通道接触所述源极与所述漏极。2. 根据权利要求1所述的主动元件，其特征在于，所述栅绝缘层包括： 第一绝缘层，位于所述第一区与所述第二区且具有均一的厚度；以及 第二绝缘层，位于所述第一区且具有均一的厚度。3. 根据权利要求2所述的主动元件，其特征在于，所述第一绝缘层的材质不同于所述 第二绝缘层的材质。4. 根据权利要求1所述的主动元件，其特征在于，所述栅绝缘层由单一材质构成。5. 根据权利要求1所述的主动元件，其特征在于，还包括像素电极，电性连接所述漏 极。6. 根据权利要求1所述的主动元件，其特征在于，所述通道的材质为非晶硅。7. -种主动元件的制造方法，其特征在于，包括下列步骤： 形成栅极于基板上； 形成栅绝缘层于所述基板上且覆盖所述栅极，所述栅绝缘层分为第一区与第二区，所 述第一区具有均一的厚度，所述第二区具有均一的厚度，且所述第一区的厚度大于所述第 二区的厚度；以及 形成通道、源极与漏极于所述栅绝缘层上，其中所述源极与所述漏极彼此分离，且所述 源极与所述漏极的分布位置与所述第一区的分布位置一致，所述通道接触所述源极与所述 漏极。8. 根据权利要求7所述的主动元件的制造方法，其特征在于，形成所述栅绝缘层的步 骤包括： 形成第一绝缘层于所述第一区与所述第二区，其中所述第一绝缘层具有均一的厚度； 以及 形成第二绝缘层于所述第一区，其中所述第二绝缘层具有均一的厚度。9. 根据权利要求8所述的主动元件的制造方法，其特征在于，形成所述第二绝缘层所 使用的光罩及形成所述源极与所述漏极所使用的光罩相同。10. 根据权利要求7所述的主动元件的制造方法，其特征在于，所述栅绝缘层是以单一 微影蚀刻制程形成。
【文档编号】H01L29/786GK106033778SQ201510108450
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月12日
【发明人】王豪伟, 江佳铭, 赖枝文
【申请人】中华映管股份有限公司