TWI248682B - Control TFT for OLDE display - Google Patents
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Description
1248682 I、發明說明! ' —--- 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於薄膜電晶體平面顯示器(TFT f lat P一an^l display),特別有關於改善有機電激發光(〇LED)顯 不為的控制薄膜電晶體(control TFT)的漏電流。 【先前技術】 口 在顯示器領域中,平面顯示器已廣泛用於各種電子產 包含筆記型電腦或小尺寸電視等。而目前,液晶顯示 為Uiquid crystal display,LCD)則是其中發展最快速 的平面顯示技術。 液日日絲頁示杰採用薄膜電晶體(thin一— transist〇rs ’ TFT)技術作主動式定址(AcHVe addressing),亦即以 薄膜電晶體個別對畫素定址。目前,由於TFT製程的快速 赉展’大尺寸的LCD螢幕也在市場上推出。 然而,習知的T F T - L C D面板由於透光率 (transmittance)較低,特別是彩色面板更為明顯,因此 必須搭配背光模組。對於日益興盛的攜帶式電子產品而 吕’背光模組的高耗電量,則成為應用上的侷限。 此外’平面顯示器也因為必須附加背光模組,導致其 薄化限制。例如,採用習知的螢光燈管作為背光模組時, 則顯示裔厚度需增加3 / 4至1英叶。也因此,增加平面顯示 器重量。 μ 目前’不需要背光模組的薄膜電晶體電致發光型顯示
器(thin-film-transistor-electro luminescent (TFT-EL )d i sp 1 ay )成為低耗電顯示器的主要發展方向,也同時避
0632-10263twF(nl) · AU0304054 : peggy.ptd
1248682 五、發明說明(2) -- 免了附加背光模組導致的各項缺點。—般而言,薄膜電晶 體電致發光型顯示器的晝素可自行定址發光,因此無須額 外加裝背光模組。 一目河廣泛發展的電致發光型顯示器為有機電激發光顯 示器(Organic Electr〇luminescence Device, 〇rganic
Light Emitting Diode,以下簡稱〇LED)。.第1 圖所示為一
種習知T F T - E L顯示器的〇 L E D驅動電路。一般而言,〇 l E D (o1G)乃由兩個薄膜電晶體(tig與t2G)與一個電容器(Ciq)控
制。當掃瞄線S1G被驅動,開關薄膜電晶體(Switch TFT)T1Q 則被開啟,而訊號則由資料線D1G輸入電容C1G。而當電容C1() 蓄電後,電源V根據控制薄膜電晶體(control TFT) T2Q (或 稱驅動薄膜電晶體,driving TFT)之I-V特性與電容C1Q之 電位供給電流以驅動0LED(01())。 其中,開關薄膜電晶體(Swi tch TFT)T1G開啟時,係對 電容C1G進行充電之動作。而充電完成後,開關薄膜電晶體 (Switch TFT)T1G關閉,此時電容C1G的電壓值負責控制薄膜 電晶體(control TFT)T2G閘極電壓,因此也影響控制薄膜 電晶體的導通電流’ OLED(〇i〇)則因導通電流的大小控制發 光材料的明亮及灰階。因此,當開關薄膜電晶體(Switch TFT)T1G關閉時,驅動電路中的漏電流會導致電容C1Q的電容 值改變,使導通電流降低,因此畫素的明亮或灰階調整也 產生誤差。 【發明内容】 為了減少上述驅動電路在開關薄膜電晶體(s w i t ch
0632-10263twF(nl) ; AU0304054 : peggy.ptd 第 7 頁 1248682 五、發明說明(3) TFT )關閉後的漏電流,本發明的一個目的在於提供一種控 制薄膜電晶體(control TFT)結構及含其之電致發光顯示 裝置’用以降低晝素驅動電路間的漏電流。 本發明的再一個目的在於提供一種製造上述控制薄膜 電晶體結構(c ο n t r ο 1 T F T )的方法。 為達上述目的,本發明提供一種控制薄膜電晶體 (control TFT)結構,或稱驅動薄膜電晶體((11^¥;11^ TDT) 丄包含··一基底,例如透明破璃基底;一半導體層,例如 二多晶矽層設置於透明基底上做為通道區域;多晶矽層之 ,一側邊具有一輕摻雜區(LDD)與一汲極區,而該輕摻雜 區之摻質濃度低於汲極區;一源極區設置於多晶矽層之’第 二=邊,與該第一侧邊相對;一絕緣層覆蓋於多晶矽厣、 :區、汲極區與源極區表面,而絕緣層上分別具有- 搞I極與一汲極電極,穿透該絕緣層與該源極區與該汲 ί 了大生接,;以及,一閘極金屬層設置於絕緣層之’ 甲 大肢位於多晶石夕層正上方。 本發明更提供另一種控制薄曰 結構,其特徵在於源極區愈汲】九0ntr〇1 TF” 極區的輕摻雜區長度大於;有輕摻雜區,而汲 ,^ 贡沒穴於/原極區之輕摻雜區。 本發明更對應上述結構,提供盆制、土 於在以第一光阻層定義半導 二衣仏,,/、特徵在 以第二光阻層定義單邊的:η:極區後,再 *根據上述本發明之控極;摻雜區。 膜電日日體,可應用於電致
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五、發明說明(4) 發光顯示裝置(〇LED dispiay)中。i 顯示裝置一邊,、知'敛在於當電致發光 對該掃描過不晝面之複數畫素依序掃描,-邊 说A 1 之旦素供給對應晝像訊號之電流,μ» + 逯 述顯示ί,從而讓對應於上述畫像訊號之晝像I 、' /'息面進行顯示時,用以供給上蚩 > 上 流的控制薄膜電晶體係為本發 ^ =號之電 成。 Q + 5又.心徑制溥膜電晶體所構
易 懂 [ 第 了讓本發明之上述目的、特徵、及優點能更明 下配合所附圖式,作詳細說明如 實施方式】 一貫施例
以下以第2A至2F圖詳細說明根據本發明之一實施 中,形成汲極區單邊輕摻雜區(1 ightly d〇ped drain region, LDD)之控制薄膜電晶體(c〇ntr〇;l TFT)的方法济 程及其形成的控制薄膜電晶體。 /;,L 首先參見第2A圖,在一透明玻璃基底2〇2上,可選擇 性的沈積一絕緣層2 0 3,例如以電漿強化化學氣相沈積法 (PECVD)形成二氧化矽層(以%)或氮化矽層(SiNx),用以預 防玻璃基底中的鈉離子在後續製程中,擴散至電晶體中/ 接著在透明玻璃基底2 0 2表面沈積一非晶矽層,例如以電 漿強化化學氣相沈積法(P V C V D )形成約5 0 n m的非晶石夕層 (amorphous silicon,或簡稱a_Si) 2〇4。再藉由微影製 程將其定義蝕刻形成非晶矽層凸塊。接著,再以準分子雷 射,如Excimer(XeCl)雷射作為熱源,經過光學透鏡組後
0632-10263twF(nl) > AU0304054 : peggy.ptd 第9頁 1248682 五、發明說明(5) 產生線型能量分佈的平行雷射光’投射在非晶矽層凸塊 上,使非晶矽層在低於6 0 0 t下結晶為低溫多晶矽層‘ 、-口日日b,疋義之步驟,亦可根據製程需要而調換順序。 成見第則,接著以微影製程,定義並蝕刻形 ::==20 5,露出多晶石夕層凸塊2〇4上預定形成没 極與源極之區域,並以光阻層2〇5為幕罩,進行口型離子之 植入(P + ) ’形成摻質濃度較高的源極206與汲極208,而中 間未受離子摻雜之多晶矽層則作為通道2〇4,。 在移除光阻層2 0 5後,接著如第2C圖所示,在基底2〇2 表面沈積一絕緣層210,例如形成二氧化矽層,作為閘極 介電層。接著再以微影製程,在絕緣層21〇上定義並蝕刻 形成圖案化的光阻層211 ,露出汲極2〇8與多晶矽層2〇4,間 =部分,面,而源極區2 0 6舆多晶矽層通道2〇4,則完全遮 蓋。接著,再度進行低量p型離子之植入(p — ),形成低摻 質濃度的汲極輕掺雜區2 1 2。 接著將該透明基底2 0 2進行快速熱處理(rapid thermal process),使上述植入之離子趨入多晶矽層中。 其次,參見第2D圖,沈積或濺鍍形成金屬閘極材料, 如鋁、鉻或鉬鎢合金等金屬材料,以微影方式定義並蝕刻 形成閘極電極21 4,大體位於多晶矽層凸塊2〇4的中間位 置。 接著’如第2 E圖所示,沈積一絕緣保護層2 1 6,如二 氧化矽,覆蓋於透明基底2 0 2表面,使閘極電極2 0 8介於絕
0632-10263twF(nl) ' AU0304054 > peggy.ptd
1248682 五、發明說明(6) 緣層^中’而透明基底上的元件結構亦與外界隔離。 最後’以微影製程定義並蝕刻保護層2丨6與介電層2 ! 〇 ’以形成開口露出其下的源極區2 〇 6與汲極區2 〇 8。接著, 在開口中填充導電材料形成源極電極2 2 〇與汲極電極2 1 8, 分別與源極區2 0 6與汲極區2〇8成電性連結,而形成根據本 發明之具有汲極區單邊輕摻雜區,NM〇s型控制^了結構。 上述步驟中的離子植入亦可進行n型離子之植入,則形成 PMOS型控制TFT結構。 第二實施例 以下以第3A至3F圖詳細說明根據本發明之一實施例 中,形成源極輕摻雜區小於汲極輕摻雜區之控制薄膜電晶 體(control TFT)的方法流程,及其形成的控制薄膜電晶 體。 首先參見第3A圖,在一透明玻璃基底M2上,選擇性 的沈積一絕緣層3 0 3,例如以電漿強化化學氣相沈積法 (PVCVD)形成二氧化矽層或氮化矽層(SiNx),可用以預防 玻璃基底中的鈉離子在後續製程中,擴散至電晶體中。接 著在透明玻璃基底3 0 2表面沈積一非晶矽層,例如以電漿 強化化學氣相沈積法(PECVD )形成約5〇 nm的非晶矽層 〔amorphous sil icon,或簡稱a — Si)3〇4。並藉由微影製程 將其疋義#刻形成非晶;5夕層凸塊。接著,再以準分子雷 射,如Excimer雷射作為熱源,經過光學透鏡組後產生線 型能量分佈的平行雷射光,投射在非晶矽層凸塊上,使非 晶矽層在低於60(TC下結晶為低溫多晶矽層(p〇lysiHc〇n)
1248682 五、發明說明(7) ^ - 凸塊3 0 4,如第3B圖所示。上述將非晶矽層結晶化與定義 之步驟,亦可根據製程需要而調換順序。 接著仍參見第3B圖,以微影製程,定義並蝕刻形成一 圖案化光阻層3〇 5,露出多晶矽層凸塊3〇4上預定形成汲極 與源極之區域,並以光阻層3 0 5為幕罩,進行p型離子之植 入(P + )’形成摻質濃度較南的源極3 〇 6舆没極3 〇 8,而中間 未受離子摻雜之多晶矽層則作為通道3〇4,。 在移除光阻層3 0 5後,接著如第3C圖所示,在基底302 表面沈積一絕緣層310,例如形成二氧化矽層,作為閘極 介電層。接著再以微影製程,在絕緣層31〇上定義並蝕刻 形成圖案化的光阻層311 ,露出汲極3〇8與多晶矽層3〇4,間 的。卩刀表面,其長度為d2,與源極2〇6與多晶石夕層2〇4,之 間的部分表面,其長度為di,而以需大於dl。接著,以光 阻層311為幕罩,進行低量p型離子之植入(p_),形成低摻 質濃度的汲極輕摻雜區3 12與源極輕摻雜區Ή 3。 接著將該透明基底3。2進行快速熱=:pid thermal pro^ess),使上述植入之離子趨入多晶矽層中。 其次,參見第3D圖,沈積或濺鍍金屬閘極材料,如鋁 、鉻或鉬鎢合金等金屬材料,以微影方式定義並蝕刻形成 閘極電,314,大體位於多晶石夕層凸塊3{)4的中間位置。 接著,如第3E圖所示,積一絕緣保護層3丨6,如二氧 蓋於透明基底3G2表面’使間極電極m介於絕緣 層之=/,而透明基底上的元件結構亦與外界隔離。 最後,以微影製程定義並蝕刻保護層3丨6與介電層3丄〇
第12頁 1248682 五、發明說明(8) 以幵y成開口路出其下的源極區3 〇 6與汲極區3 〇 8。接著, 在開口中填充導電材料形成源極電極320與汲極電極318, 分別與源極區3 0 6座访搞F q η β 士、f #、由 發明之呈有雔、真I 成電性連結,而形成根據本 毛月/、有又故不對稱型輕摻雜之NMOS型控制TFT結構。 上述γ驟中的離子植入亦可進行n型離子 PMOS型控制TFT結構。 \ y瑕 而上述第一或第二實施例中的控制TFT結構,均可捭 &-般的電致發光顯示裝置之製程,作為各晝素中的控口制 電性測試 、下進 乂比較本發明之具單邊輕摻雜區控制了f 了鱼 習知控制TFT的一些電性測試比較。 制m、 漏電流測試 m Λ4ΑΛ^示不具輕掺雜區與具單邊;及極輕摻雜區p型 h 回/塾區的漏電流表現。由第4 A圖可以看出,者 轭力^ 〇 V汲極電壓(Vd)時,沒有輕摻雜區的p型丁F丁,其閘 ^,(Vg)與汲極電流(Id)間的分佈如曲線!所示,而且 fit汲 摻雜區的?型^丁,其分佈如曲線II所示。由 二以明顯看出,當閘極電壓在ι〇ν至i5v之間時,且 L早in區的pstft(曲線π,其電流量明顯低於沒 純者(曲線⑴,顯示在汲極端形成單邊輕捧雜區 有效IV低兩電麼區的漏電流問題。 " 同樣的,第4Β圖顯示不具輕摻雜區 + 加10V汲極電壓(Vd)時,直闡朽雷颅π、 土 田均加 τ具閘極電壓(Vg)與汲極電流(Id) 第13頁 0632-10263twF(nl) : AU0304054 : peggy.ptd 1248682
間的分佈如曲線i所示,而有翠邊 m,其分佈如曲線π所示。由圖中可區的n型 頌示對η型TFT而t,没極端形成單邊輕摻雜者區(=), 低高電壓區漏電流問題。 ^同k有效降 導通電流(Mob i 1 i t y )測試
在第一表中,分別對本發明之具單侧輕摻雜Fu 厶 -一,-.从 q〜^六早 #雜區者(1 6 6 ),其導通電流仍與無輕摻雜區者相近 示本發明之控制TFT結構除了達成有效降低漏電流外 導通電流也不會因而下降。 根據上述電性測試可知,電致發光型顯示器中, 電壓與控制薄膜電晶體(control TFT)之汲極端相接 (P,源極區與汲極區與閘極電極間,各具有相 輕摻雜區)的控制爪做比車交。由第一表中可以明顯長度的羽 ^的雙侧對稱輕摻雜區雖然也是基於降低控制^丁的漏白 流而設計,然而缺點在於其導通電流(123)比無輕摻噠 者(1 6 5 )大幅降低約2 5 %左右。而反觀本發明之如: 捩祕F 土 / p λ、 /必…—...... 、早側輕 ,顯 ,其 其高 ,因
1248682 五、發明說明(ίο) 此,單側汲極端輕摻雜區,或者雙侧之汲極端輕摻雜區大 於源極端之控制TF T結構,均可有效解決晝素中不必要的 漏電流’同時保持導通電流。 雖然本發明以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限 定本發明,任何熟悉此項技藝者,在不脫離本發明之精神 和範圍内,當可做些許更動與潤飾,因此本發明之保護範 圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
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_式簡單說明 路。弟1圖所示為—種習知TFT-EL顯示器的OLED驅動電 第2 A至2 F圖戶斤+ $ t 邊麵松吨π 吓不為根據本發明之一實施例中,形成單 及a ‘ 1、二2控制薄膜電晶體(Contro1 TFT)的方法流程 成的控制薄膜電晶體。 第3 A至3 F圖所示為舾缺| a 邊不對稱參松蚱^為據本發明之一實施例中,形成雙 法流程。工,7"品之控制薄膜電晶體(contr〇1 TFT)的方 第4A與4B圖所示兔柄嫉+ a 逢汲極輕摻雜區之荆根據本龟明,不具輕掺雜區與具單 表現。/ w Ρ 1 Τ與11型11?丁,在高電壓區的漏電流 【符號說明】 〇ι〇〜0LED晝素; Τιο〜開關薄膜電晶體; 丁2〇〜控制薄膜電晶體;
Dio〜資料線; S10〜掃目苗線; c10〜電容; 2 0 2、3 0 2〜透明基底; 203、303〜二氧化矽層; 2 0 4、3 0 4〜多晶矽層; 20 4 、3 04’〜多晶矽通道; 205、305〜光阻層;
1248682 圖式簡單說明 2 0 6、3 0 6〜源極區; 2 0 8、3 0 8〜汲極區; 21 0、31 0〜第一絕緣層; 211、311〜光阻層; 2 1 2、3 1 2〜汲極輕摻雜區; 3 1 3〜源極輕摻雜區; 2 1 4、3 1 4〜閘極電極; 2 1 6、3 1 6〜第二絕緣層; 2 1 8、3 1 8〜汲極電極; 2 2 0、3 2 0〜源極電極。
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Claims (1)
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六、申請專利範圍 _ 單元LledI控制薄膜電晶體,連結並控制一有機電致夢光 早moled),該薄膜電晶體 又V先 一基底·, 一 t t Z層設置於該基底上做為通道區域; 邊,而ΐ ^ ί第二摻雜區依序設置於該半導體層之第一如 該第U雜區之摻質濃度低於該第二摻雜區,d 區作為没極T係作為單邊波極輕捧雜區’而該第二摻雜 側if目i摻雜區ΐ置於該半導體層之第二側邊’與該第 刀、而該第三摻雜區係作為源極; /、 一絕緣層覆蓋於該半導體層、該第一、第_ 雜區表面,复中兮绍縿麻弟一與罘三摻 雷搞,八^ 2 層上分別具有一源極電極與一、方技 觸直^ 1牙透該絕緣層舆該源極區與該汲極區成電/〖生垃 角,其中,該峨極係接收一没極電壓,而接 連結該有機電致發光單元(0LED);以及 “、極電極 閘極金屬層設置於該絕緣層中, 體層正上方。 大脰位於該半導 2·根據申請專利範圍第i項所述之控制 其中該半導體.層為多晶矽。 寻臊電日日, 3.根據申請專利範圍第2項所述之控制薄膜麟 其中該第一、第二與第三摻雜區為n型摻雜。、日日肢, 據申;專:;圍第2項所述之控制薄膜電晶體, ^ ^ 弟一與弟二摻雜區為Ρ型摻雜。 5.根據申請專利範圍第1項所述之控制薄膜電晶體,
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一種控制薄膜電晶體,^社成分為矽。 六、申請專利範圍 其中該第一、第二與第三摻雜區 單元(0LED),該薄膜電晶體包人、、Γ亚控制—有機電致發光 —基底; 一半導體層設置於 一第一與第二摻雜區$=_做為通道區域; 邊’而該第-掺雜區之:又f於該:導體層之第一側 第二摻雜區係作為汲極區;、/辰又於該第二摻雜區,且該 邊,與該第-侧邊相:匚::f置於該半導體層之第二側 該第四摻雜區,且該第四摻;區之摻質濃度低於 第-㈣區的長度大於該第區’其中,該 第四摻上該第-、第=、第三與 -汲極電極,靖層上分別具有-源極電極與 =觸其中,該汲極電極係接收一壓== 電極連結該有機電致發光單元(0LED);以及 而該源極 層正::極金屬層設置於該絕緣層中’大體位於該半導體 7. 根據申請專利範圍第6 述之控制 其中該半導體層為多晶矽層。 概電日日肢’ 8. 根據申請專利範圍第7項所述之控制薄膜辟, 其中該第一、第二、第三與第四摻雜區為η型摻雜。拉 9. 根據申請專刺範圍第7項所述之控制薄獏電晶體,
0632-10263twF(nl) ; AU0304054 : peggy.ptd 苐19頁 !248682 '、申睛專利範圍 離子植入、/ 以形成一源極區與一没極區, f :該第一光阻層; ^ 弟一絕緣層於該基底與該半導體層凸塊表面; Λ地丄战呆二光阻層於該第一絕緣層上’覆蓋該半導體層 丰這 植入之區域,僅露出與該〉及極區相鄰之部分該 ^體層凸塊; 離子Μ該第二光阻層為幕罩,對該半導體層凸塊進行第二 入’形成摻雜濃度低於該汲極區之一輕摻雜區; 去除該第二光阻層; 位於4 Μ 一、,^緣層上形成並定義钱刻形成一閘極電極, Ϊί摻Ϊ半導體層凸塊上方; 極声^氣第—絕緣層於該基底、第一絕緣層與該閘極電 炫衣面;以及 ^ 極分別與:源i:::-源極電極與-汲極電 極係用以接故一没極接觸’,中,該汲極電 發光單元(OLED)。 土 而該源極電極連結該有機電致 1 4 ·根據申請專利範圍第 晶體的方法,其中形成該半導體員所述之製造控制薄膜電 形成一非晶矽層; ㈢凸塊包含下述步驟: 對該非晶石夕層進行一+勤_ 導體層。 田、免里以形成多晶矽作為該半 1 5 .根據申請專利範圍第丨4 ^ φΐ Ψ ^ ^ 晶體的方法,其中該第H ::斤述之製 '控制厚膜電 飞弟舆弟_離+植入之摻質為n型離
1248682 六、申請專利範圍 子。 1 6 .根據申請專利範圍第1 4項所述之製造控制薄膜電 晶體的方法,其中該第一與第二離子植入之推質為P型離 子。 1 7 .根據申請專利範圍第1 4項所述之製造控制薄膜電 晶體的方法,其中該第一與第二絕緣層為二氧化矽。 1 8 . —種製造控制薄膜電晶體的方法,其中該控制薄 膜電晶體係用於控制一有機電致發光單元(OLED)之導通電 流,該方法包含下列步驟: 提供一基底; 於該基底上形成並定義蝕刻一半導體層凸塊; 覆蓋一第一絕緣層於該基底與該半導體層凸塊表面; 形成第一光阻層覆蓋部分該半導體層凸塊,露出預定 形成源極與〉及極之該半導體層區域, 以該第一光阻層為幕罩,對該半導體層凸塊進行第一 離子植入以形成一源極區與一汲極區; 去除該第一光阻層; 覆蓋一第一絕緣層於該基底與該半導體層凸塊表面; 形成第二光阻層於該第一絕緣層上,覆蓋該半導體層 凸塊未離子植入之區域,分別露出部分與該汲極區與該源 極區相鄰之部分該半導體層凸塊,其中與該汲極區相鄰之 露出區域大於該源極區者; 以該第二光阻層為幕罩,對該半導體層凸塊進行第二 離子植入,形成摻雜濃度低於該汲極區與源極區之一源極
0632-10263twF(nl) ; AU0304054 ; peggy.ptd 第22頁 1248682
六、申請專利範圍 舆一〉及極輕摻雜區,而没極輕摻雜區大於源極輕摻 去除該第二光阻層; 區’ 於該第一絕緣層上形成並定義蝕刻形成一閘極電極 位於該未摻雜半導體層凸塊上方; w 覆蓋一第二絕緣層於該基底、第一絕緣層與該 拉主:·,、丨Ώ 一 「甲]極電 覆蓋一第二絕緣層於該第一絕緣層及該閘極電極表面 ’ 蝕刻該第一與第二絕緣層,以形成一源極電極與一沒 極電極分別與該源極區與没極區形成電性接觸,其中,該 汲極電極係用以接收一汲極電壓,而該源極電極連結該有 機電致發光單元(OLED)。 1 9 ·根據申請專利範圍第1 8項所述之製造控制薄膜電 晶體的方法,其中形成該半導體層凸塊包含下述步驟: 形成一非晶矽層; 對該非晶矽層進行一雷射處理以形成多晶石夕層。 2 0 ·根據申請專利範圍第1 9項所述之製造控制薄膜電 晶體的方法,其中該第一與第二離子植入之換質為η型離 子。 ( 2 1.根據申請專利範圍第1 9項所述之製造控^薄膜電 晶體的方法,其中該第一與第二離子植入之推質為Ρ型離 子。 制 22 ·根據申請專利範圍第1 9項所述之衣_造^控制薄膜電 晶體的方法,其中該第一與第二絕緣廣:、·、一氧化石夕。
06j2-1026jtwF(nl). AU0304054 * peggy.pid 第23頁
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