液晶显示装置及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及一种液晶显示装置及其制造方法，特别涉及一种具有可降低漏电流低温多晶硅薄膜晶体管的液晶显示装置及其制造方法。
背景技术
典型的主动式液晶显示器通常由玻璃或石英基板及其上多个像素电极与切换单元构成。而每一像素是由相关联的闸极线和数据线定义出，且每一像素具有储存电容及连接至切换单元的像素电极。
近年来，以薄膜晶体管(thin film transistor、TFT)作为像素切换单元的液晶显示器，由于其具有低的电源消耗、较小的体积和较低的驱动电压，非常适合应用于作为台式计算机、笔记计算机及其它装置的显示设备，因此使得具有薄膜晶体管的主动式液晶显示器有成为目前显示装置的主流。
为了使主动式液晶显示器的价格能为大众所接受，因此，降低驱动像素薄膜晶体管其集成电路的制造成本是液晶显示器发展的主要方向之一。有鉴于此，一种搭配低温多晶硅(LTPS)薄膜晶体管的液晶显示器正是目前研究开发的目标。
在低温多晶硅薄膜晶体管的制造过程中，首先，将一非晶硅层沉积于基板上，接着以准分子激光对该非晶硅层进行回火加工，而在该激光回火加工中，会使得该非晶硅层结晶，因此形成较晶粒尺寸且整齐排列地多晶硅层。此外，在低温多晶硅薄膜晶体管的加工技术中，驱动装置和其它相关的电路制作于该基板外围的一个周边电路区域内，而该周边电路区域与像素薄膜晶体管(位于基板上的像素区域内)相邻。
对主动式液晶显示器而言，该周边电路区域内的低温多晶硅薄膜晶体管需具有较高的载子移动率(mobility)及导通状态电流特性，相反的，在像素区域内的低温多晶硅薄膜晶体管则需具有较低的漏电流性质。然而，若多晶硅层的晶粒尺寸较大，则该多晶硅层不利于制造较低漏电流特质的薄膜晶体管。
因此，为了使主动式液晶显示器达到上述的性质，已知主动式液晶显示器利用搭配轻掺杂漏极(LDD)或偏移结构的方式，以减少低温多晶硅像素薄膜晶体管的漏电性质。然而，形成上述的结构(轻掺杂漏极(LDD)及偏移结构)需要利用到额外的屏蔽、植入加工以及加工设备，如此一来更增加了加工的复杂性及制造的成本。除此的外，这些结构亦会对周边电路区域的薄膜晶体管内的载子移动造成限制。
【发明内容】
综上所述，为了解决上述问题，本发明的主要目的是提供液晶显示装置的制造方法，该方法包括以下的步骤：首先，提供一基板；接着，在该基板上形成非晶硅层，其中该非晶硅层包括第一部分及第二部分；接着，在非晶硅层的第一部分上形成光反射层；接着，以光源照射该非晶硅层以将该非晶硅层转化成多晶硅层，在此步骤中，位于该非晶硅层的第一部分上的光反射层反射部分照射于该非晶硅层的第一部分的光，使得该非晶硅层的第一部分转化成多晶硅层的第一部分，而该非晶硅层的第二部分转化成多晶硅层的第二部分。其中，该多晶硅层的第一部分具有第一多晶硅晶粒尺寸，而该多晶硅层的第二部分具有第二多晶硅晶粒尺寸，且该第二多晶硅晶粒尺寸大于该第一多晶硅晶粒尺寸。最后，通过该第一部分的多晶硅层形成多个第一型薄膜晶体管。
本发明的另一目的是提供一种液晶显示装置，其包括有一基板，而该基板上形成有图形化的多晶硅层，其中该图形化的多晶硅层包括具有第一多晶硅晶粒尺寸的第一部分及具有第二多晶硅晶粒尺寸的第二部分。此外，该液晶显示装置还具有多个包括所述第一部分多晶硅层的薄膜晶体管。
本发明的又一目的是提供一种将非晶硅层结晶化形成具有不同多晶硅晶粒尺寸区域的多晶硅层的方法，其包括以下的步骤：首先，提供一基板；接着，在该基板之上形成非晶硅层，其中该非晶硅层包括第一部分及第二部分；接着，在该非晶硅层的第一部分上形成光反射层；接着，以激光照射该非晶硅层以将该非晶硅层转化成多晶硅层，在此步骤中，位于该非晶硅层的第一部分上的光反射层反射部分照射于该非晶硅层的第一部分的光，使得该非晶硅层的第一部分转化成多晶硅层的第一部分，而该非晶硅层的第二部分转化成多晶硅层的第二部分。其中，该多晶硅层的第一部分具有第一多晶硅晶粒尺寸，而该多晶硅层的第二部分具有第二多晶硅晶粒尺寸，且该第二多晶硅晶粒尺寸大于该第一多晶硅晶粒尺寸。
为使本发明的结构、操作方法及特征能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
【附图说明】
图1A至1C及图2至5是显示根据本发明所述的液晶显示装置的一个优选实施例的制作流程剖面图，其中该液晶显示装置是利用光反射层来形成具有低漏电流性质的薄膜晶体管。
图6是显示根据本发明优选实施例的利用单一膜层作为光反射层的剖面示意图。
图7是显示本发明另一优选实施例的利用膜层作为光反射层的剖面示意图。
图8是显示多晶硅颗粒大小(y轴)和准分子激光回火(ELA)能量密度(x轴)的关系图。
图9是显示具有不同多晶硅晶硅尺寸的薄膜晶体管的漏极电流和闸极电压的关系图。
附图标记说明
基板～10；像素区～12；激光～15激光15周边电路区～14；缓冲层～20；非晶硅层～30；多晶硅层～30’；较小多晶硅晶粒尺寸的多晶硅层～31；较大多晶硅晶粒尺寸的多晶硅层～32；光反射层～40、42；多晶硅岛～50a、50b、50c、50d；像素结构～60；第一绝缘层～62；第二绝缘层～63；第三绝缘层～64；PMOS晶体管～70；源极区域～71、81；信道区域～72、82；漏极区域～73、83；闸极～74、84；源极接触区～75、85；漏极接触区～76、86；像素电极～90；基底100；介电层～101、102、103、104、105；反射层～110。
【具体实施方式】
图1A至5为一系列的剖面结构示意图，用来说明本发明所述的液晶显示装置的一个优选实施例的制造流程。
请参照图1A，首先，提供一绝缘基板10，以在其上完成以下所述形成液晶显示装置的步骤。该基板10可例如为玻璃基板，包括像素区12及周边电路区14，其中，像素薄膜晶体管是形成于该像素区12内，而其它周边电路像是作为驱动单元的薄膜晶体管则是形成于该周边电路区14内。接着，在该基板10上形成缓冲层20。其中，该缓冲层20可为由二氧化硅、氮化硅或是其混合所组成的单层或是多层介电材料层，且可由化学气相沉积方式和/或物理气相沉积方式形成。而该缓冲层20的优选膜厚可在0.15微米到0.3微米的范围间。
接着，请参照图1B，由非晶硅(a-Si)层30构成的半导体层被形成于该缓冲层20上。其中，该非晶硅层30可由化学气相沉积方式和/或物理气相沉积方式形成。而非晶硅层30的优选膜厚可在0.04微米到0.06微米的范围间。
请参照图1C，接着，在该非晶硅层30之上形成光反射层40。其中，该光反射层40可以由单层或多层膜构成，且该光反射层40可为由二氧化硅、氧化钽、氮化硅以及多种混合组成，而这些膜层的数目和组成成分是视所需要的反射量及所使用的激光的波长而定。该光反射层40可以电浆辅助气相沉积方式或是蒸镀方式形成。而该光反射层40的总膜厚范围可在0.07微米到1.5微米范围之间，其中单一膜厚范围可在0.15微米至0.3微米范围之间。
接着，请参照图2，移除形成于该周边电路区14内的部分光反射层40，在此步骤中，未被移除的光反射层42是完全覆盖该像素区12。其中，移除该部份的光反射层40的方法可例如为搭配湿式蚀刻的微影蚀刻步骤。
接着，请参照图3，利用激光回火加工将该非晶硅层30结晶化以形成多晶硅层30’，在此激光回火加工步骤中，利用波长为308nm的准分子激光或是532nm的绿激光，照射该非晶硅层30。除了上述所使用的激光外，也可以使用具有其它波长的激光(例如247nm)。此激光回火加工的温度通常是是低于低温多晶硅(LTPS)的形成温度(600℃)。
在上述以激光回火加工形成该多晶硅层30’的步骤中，该覆盖于像素区12的光反射层42会将照射于其上的激光15部分反射掉，如此一来，可降低该被光反射层42覆盖的非晶硅层30在该回火加工时的能量密度，因此形成具有较小多晶硅晶粒尺寸的(约小直径0.1微米)多晶硅层31。而在电路周边区14内未被该光反射层42覆盖的的非晶硅层30，由于其上没有反射层42可反射激光，因此其吸收了所有激光15的能量(在回火加工中具有较高的能量密度)，故由未被该光反射层覆盖的非晶硅层转化成的多晶硅层32其具有较大的多晶硅晶粒尺寸(直径约为0.3-0.4微米)。
通过上述可知，在激光回火过程中，该光反射层40是将照射于其上的该具有特定波长的激光给部份反射掉，从而控制所形成的多晶硅层31其多晶硅晶粒尺寸。在此，可通过该反射层30的整体反射系数及厚度来调整对该激光所造成的反射量。在本发明中，该反射层42所需对该激光所造成的反射量视像素区12的多晶硅层31所需的多晶硅晶粒尺寸而定，具体的来说，该反射层的42激光反射率可从1％至99％。
接着，请参照图4，先通过蚀刻步骤移除该反射层42，并接着以微影蚀刻程序图形化该多晶硅层31及32。在此步骤中，该多晶硅层31及32则会被形成多个多晶硅岛50a～50d(在此为了要简化，只绘示出四个岛状物)，其中，在像素区12的多晶硅岛50a及50b是具有较小的多晶硅晶粒尺寸，而本发明所述的液晶显示装置其像素薄膜晶体管即是通过该多晶硅岛50a及50b作为源极及漏极，而形成于该像素区12之内。此外，在周边电路区14的多晶硅岛50c及50d则具有较大的多晶硅晶粒尺寸，而该液晶显示装置的周边驱动薄膜晶体管则通过该多晶硅岛50c及50d作为源极及漏极，而形成于该像素区14之内。
请参照图5，其显示符合本发明所述的像素薄膜晶体管结构60的剖面示意图。该像素结构60形成于该像素区12之内且由互补式晶体管结构组成，而该互补式晶体管结构且由包括该多晶硅岛状物50a的PMOS晶体管70及包括该多晶硅岛状物50b的NMOS晶体管80构成。其中，该PMOS晶体管70包括通过该多晶硅岛状物50a形成的源极区域71、信道区域72及漏极区域73，而NMOS晶体管80包括通过该多晶硅岛状物50b形成的源极区域81、信道区域82及漏极区域83。该PMOS晶体管70及该NMOS晶体管80的闸极74和84是分别形成于各自通道区72及82上的一个第一绝缘层62上。该PMOS晶体管70的源极及漏极接触区75及76，以及该NMOS晶体管80的源极及漏极接触区85及86形成在第二绝缘层63上，并且穿越该第一绝缘层62及第二绝缘层63与源/漏极接触。像素电极90形成于第三绝缘层64上，并可以与该NMOS晶体管的漏极接触区83电性连接，当施予适当的电压至该像素结构60时，该像素结构60可经由该NMOS晶体管80及该PMOS晶体管70开启或关闭该像素电极90。
本发明所述的反射层可为单一材料层或是由多层材料层组成。请参照图6，其显示本发明的一个优选实施例，其利用单一介电层101作为该反射层110，并形成于基底100上。若是激光15以法线的入射角(即0度入射角)入射，则该反射层的反射是数(R)可以经由下面的方程式算出：
R＝[(nE-n1)/(nE+n1)]2
＝[(n12/ns)-n0]/[(n12/ns)+n0]2...公式(1)
其中，n1是该单一介电层101的的折射率；n0是空气的折射率(对所有波长的光，该n0＝1)；nE＝n12/ns，ns是该基底100的折射率，而该基底可以是形成于玻璃基板上的非晶硅层。
将n0＝1代入该公式(1)中，则
R＝[(n12-ns)/(n12+ns)]2...公式(2)
此外，n1x d＝y/4...公式(3)，其中，d是该反射层的厚度，而y是入射激光的波长。
假如该单一介电层101是二氧化硅层(折射率为1.46)，以n1＝1.46代入公式(2)则可算出该反射是数(R)，此外，若该单一介电层101为氮化硅层(折射率为2)，则n1＝2代入公式(2)。
请参照图7，其显示本发明的另一优选实施例，其利用多层介电层101～105作为该反射层110，并形成于基底100上。若是激光15以法线的入射角(即0度入射角)入射，则该反射层的反射是数(R)可以经由下面的方程式算出：
多膜层反射层的反射比可以经由下面的方程式算出：
R＝[(n0-nE)/(n0+nE)]2...公式(4)
其中n0是空气的折射率(对所有波长的光，该n0＝1)；s是该基底100的折射率，而该基底可为形成于玻璃基板上的非晶硅层；nE＝(n1n3n5)2/[(n2n4)2ns]，且介电层101～105的折射率分别为n1、n2、n3、n4及n5的折射率。
由上述公式(2)及公式(4)可知，高折射率的介电层材料比低折射率的有较大的反射比。
请参照图8，其显示多晶硅颗粒大小(y轴)和准分子激光回火(ELA)能量密度(x轴)的关系。由图可知，Ec是ELA能量密度最佳化的点，也就是说激光回火加工在Ec的能量密度时，可产生最大的多晶硅晶粒尺寸，若能量密度小于Ec则会形成较小的多晶硅晶粒尺寸。
请参照图9，其显示具有不同多晶硅晶硅尺寸的薄膜晶体管其漏极电流Id和闸极电压Vg的关系图，其中ED1、ED2及ED3是指由不同能量密度所结晶化的多晶硅层，而晶粒尺寸是ED1＜ED2＜ED3。由图9可知，具有较大多晶硅晶粒尺寸的薄膜晶体管具有较高的漏电流。
虽然参照本发明的一个优选实施例对其进行如上说明，但是所述实施例并非用以限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下均可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。