專利名稱：液晶顯示器件的薄膜晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液晶顯示器(LCD)，更具體地，涉及一種LCD器件的薄膜晶體管(TFT)及其制造方法。
背景技術(shù)：
通常，LCD使用液晶分子的光學(xué)各向異性和偏振來工作。由于液晶分子具有細(xì)長(zhǎng)的薄結(jié)構(gòu)，所以可以形成具有取向的液晶分子的排列?？梢酝ㄟ^人工施加電場(chǎng)來控制液晶分子的排列方向。因此，可以通過控制液晶分子的排列方向以對(duì)由光學(xué)各向異性而偏振的光進(jìn)行調(diào)制從而顯示圖像信息?？梢愿鶕?jù)液晶分子的電特性將它們分類為具有正介電各向異性的正液晶分子和具有負(fù)介電各向異性的負(fù)液晶分子。在具有正介電各向異性的液晶分子中，液晶分子的較長(zhǎng)軸配向?yàn)榕c施加電場(chǎng)的方向平行。相反，在具有負(fù)介電各向異性的液晶分子中，液晶分子的較長(zhǎng)軸配向?yàn)榕c施加電場(chǎng)的方向垂直。
有源矩陣型LCD包括與TFT相連接的排列為矩陣形式的像素電極。該有源矩陣型LCD具有高分辨率和優(yōu)異的活動(dòng)圖像顯示性能，因此得到廣泛使用。下面將描述作為液晶顯示器件的一部分的液晶顯示板的結(jié)構(gòu)。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的LCD的分解透視圖。參照?qǐng)D1，現(xiàn)有技術(shù)的LCD具有彩色基板7，所述彩色基板7包括黑底6、具有子濾色器(紅色、綠色和藍(lán)色)的濾色器8、上基板5、以及濾色器上的透明公共電極18?，F(xiàn)有技術(shù)的LCD還包括具有下基板22的陣列基板11，所述下基板22具有相互交叉并限定了像素區(qū)P的選通線13和數(shù)據(jù)線15。各個(gè)像素區(qū)P具有像素電極17和諸如TFT的開關(guān)裝置T。像素電極17由諸如銦錫氧化物(ITO)的具有優(yōu)異透光性的透明導(dǎo)電金屬形成。TFT(T)在陣列基板上排列為矩陣形式，并且被形成為鄰近選通線13與數(shù)據(jù)線15相互交叉處。在上基板5與下基板22之間的空間填有液晶分子14。
在上述的現(xiàn)有技術(shù)的LCD中，由通過TFT施加的信號(hào)來對(duì)設(shè)置在像素電極17上的液晶分子14進(jìn)行配向。根據(jù)液晶層的配向度來控制通過液晶層的光，從而可以顯示圖像。即，TFT執(zhí)行導(dǎo)通和截止現(xiàn)有LCD的各個(gè)像素的功能。為了保持良好的圖像質(zhì)量，需要TFT具有相同的電特性以及相同的快速開關(guān)速度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明旨在提供一種LCD的TFT及其制造方法，其基本上消除了由于現(xiàn)有技術(shù)的限制和缺陷而帶來的一個(gè)或更多個(gè)問題。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種防止低溫的不確定斑點(diǎn)(indefinitespot)的用于有源矩陣型LCD的TFT及其制造方法。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在下面的說明中闡述，部分地根據(jù)說明而顯見，或者可以通過對(duì)本發(fā)明的實(shí)踐而習(xí)得。通過在所著說明書及其權(quán)利要求以及附圖中具體指出的結(jié)構(gòu)，將實(shí)現(xiàn)并獲得本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)并且根據(jù)本發(fā)明的目的，正如這里所具體實(shí)施和廣義描述的，設(shè)置在有源矩陣型液晶顯示器的各個(gè)像素中的用作開關(guān)裝置的薄膜晶體管包括柵極；柵極上的柵絕緣層；柵絕緣層上的第一半導(dǎo)體層；被分為第一半導(dǎo)體層的第一部分和第二部分上的彼此相對(duì)的兩個(gè)部分的第二半導(dǎo)體層；與柵極、第一半導(dǎo)體層交疊并且與第二半導(dǎo)體層的兩個(gè)部分中的一個(gè)相接觸的源極；以及與柵極、第一半導(dǎo)體層交疊并且與第二半導(dǎo)體層的兩個(gè)部分中的另一個(gè)相接觸的漏極，其中，源極和漏極限定了第一半導(dǎo)體層中的溝道區(qū)，該溝道區(qū)具有第一半導(dǎo)體層的第一部分與第二部分之間的長(zhǎng)度，并且具有與第二半導(dǎo)體層的兩部分中的至少一個(gè)的寬度相同的寬度，從而所述溝道區(qū)的寬度對(duì)長(zhǎng)度的比率(W/L)在8到10的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造TFT的方法，包括以下步驟在基板上形成柵極；在其上具有柵極的基板的整個(gè)表面的上方形成柵絕緣膜[Z4]；在柵絕緣層上形成第一半導(dǎo)體層；在第一半導(dǎo)體層的第一部分和第二部分上形成分為彼此相對(duì)的兩個(gè)部分的第二半導(dǎo)體層；形成與柵極、第一半導(dǎo)體層交疊并且與第二半導(dǎo)體層的兩個(gè)部分中的一個(gè)相接觸的源極；以及形成與柵極、第一半導(dǎo)體層交疊并且與第二半導(dǎo)體層的兩個(gè)部分中的另一個(gè)相接觸的漏極，其中，源極和漏極限定了第一半導(dǎo)體層中的溝道區(qū)，該溝道區(qū)具有第一半導(dǎo)體層的第一部分與第二部分之間的長(zhǎng)度，并且具有與第二半導(dǎo)體層的兩部分中的至少一個(gè)的寬度相同的寬度，從而所述溝道區(qū)的寬度對(duì)長(zhǎng)度的比率(W/L)在8到10的范圍內(nèi)。
應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的以上一般性描述和以下詳細(xì)描述是示例性和說明性的，旨在提供對(duì)如權(quán)利要求所述的本發(fā)明的進(jìn)一步說明。


附圖被包括以提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且被并入本申請(qǐng)并構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并且與說明書一起用來說明本發(fā)明的原理。
在附圖中圖1是現(xiàn)有技術(shù)的LCD的部分分解透視圖；圖2是LCD的陣列基板的示意性平面圖；圖3是圖2所示的像素的TFT的部分放大圖；以及圖4是沿著圖2的I-I’線截取的TFT的剖面圖；以及圖5A和5B是說明低溫的不確定斑點(diǎn)的圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，在附圖中示出了其示例。
圖2是LCD的陣列基板的示意性平面圖。圖3是圖2所示的像素的TFT的部分放大圖。圖4是沿著圖2的I-I’線截取的TFT的剖面圖。
參照?qǐng)D2和圖3，LCD的陣列基板在透明基板10上設(shè)置有選通線60和數(shù)據(jù)線70。選通線60與數(shù)據(jù)線70相互交叉以限定像素區(qū)。TFT 90包括柵極60a、源極70a和漏極70b、以及半導(dǎo)體層80。陣列基板的各個(gè)TFT 90被形成在鄰近選通線60與數(shù)據(jù)線70相互交叉處。在各個(gè)像素區(qū)中形成有通過漏接觸孔70d與漏極70b接觸的像素電極40。
在選通線60的各個(gè)端部形成有與驅(qū)動(dòng)集成電路(IC)端子接觸的選通焊盤60b，在數(shù)據(jù)線70的各個(gè)端部形成有數(shù)據(jù)焊盤70c。像素電極40的一端與TFT 90接觸，像素電極40的位于相對(duì)側(cè)的另一端至少部分地與相鄰的選通線60交疊。在交疊部分形成有存儲(chǔ)電容40a。
如圖4所示，在基板50上形成有柵極60a，在具有柵極60a的基板50的整個(gè)表面的上方形成有柵絕緣膜62。在柵絕緣薄膜62上淀積有硅層并對(duì)其進(jìn)行構(gòu)圖，以形成半導(dǎo)體層80。在半導(dǎo)體層80上以使它們與柵極60a的一部分相交疊并且間隔開預(yù)定間距L的方式形成有源極70a和漏極70b。為了更好地接觸，在半導(dǎo)體層80與源極70a/漏極70b之間形成有摻雜半導(dǎo)體層82。摻雜半導(dǎo)體層82具有比半導(dǎo)體層80高的摻雜濃度。源極與漏極之間的間隔L是半導(dǎo)體層80中的溝道區(qū)的長(zhǎng)度。源極70a/漏極70b之一的寬度確定了溝道區(qū)的寬度，所述寬度在圖3中示為W。
隨后，在具有源極70a和漏極70b的基板的整個(gè)表面的上方形成有鈍化層64。在漏極70b上的鈍化層64的預(yù)定區(qū)域中形成有接觸孔。在鈍化層64上并且穿過接觸孔地形成有像素電極40以與漏極70b電連接。
本發(fā)明的特征在于溝道區(qū)的W/L值在8到10的范圍內(nèi)并且各個(gè)像素的存儲(chǔ)電容(CST)值是200fF，以克服用于有源矩陣型LCD的TFT中出現(xiàn)的低溫不確定斑點(diǎn)。下面將更詳細(xì)地描述TFT 90的結(jié)構(gòu)和操作。
TFT 90包括柵極60a，用于控制TFT 90的導(dǎo)通/截止；柵極60a上的柵絕緣層62；柵絕緣層62上的半導(dǎo)體層80；雜質(zhì)半導(dǎo)體層82，分為限定了半導(dǎo)體層80的溝道區(qū)的彼此相對(duì)的兩個(gè)部分；源極70a；以及漏極70b。源極70a與柵極60a、半導(dǎo)體層80、以及一個(gè)摻雜半導(dǎo)體層82交疊。漏極70b與柵極60a、半導(dǎo)體層80、以及一個(gè)摻雜半導(dǎo)體層82交疊。
在操作中，當(dāng)根據(jù)時(shí)序順序地施加外部電壓并將外部電壓傳送到選通線時(shí)，數(shù)據(jù)線70上的表示圖像信息的信號(hào)電壓從源極70a傳送到漏極70b(晶體管的導(dǎo)通)。隨后，信號(hào)電壓通過漏接觸孔70d傳送到像素電極40。相反地，當(dāng)不對(duì)選通線60施加外部電壓時(shí)，源極70a和漏極70b未連接(晶體管的截止)。這樣，TFT 90起到開關(guān)裝置的作用。
在根據(jù)時(shí)序?qū)Φ趎選通線60施加了外部電壓之后，對(duì)第(n+1)選通線60施加外部電壓，同時(shí)切斷對(duì)施加給第n選通線60的電壓的提供。在以這種方式對(duì)直到最后的選通線60施加了電壓之后，再次對(duì)從第一選通線60到最后選通線60的選通線60順序地施加電壓。像素電極40應(yīng)該保持TFT90導(dǎo)通時(shí)傳送的圖像信息數(shù)據(jù)，直到施加了新的信號(hào)(例如在經(jīng)過一幀之后)。因此，從數(shù)據(jù)線70通過TFT的漏極和源極跨液晶分子施加液晶驅(qū)動(dòng)電壓，由像素電容保持該液晶驅(qū)動(dòng)電壓，該像素電容是液晶電容CLC和像素電極40與相鄰選通線60交疊的存儲(chǔ)電容CST的和。
重復(fù)上面的操作，以使得響應(yīng)于圖像信號(hào)重復(fù)地對(duì)LC板的整個(gè)表面的各個(gè)像素的像素電容施加電壓。結(jié)果，當(dāng)通過TFT點(diǎn)亮像素時(shí)，點(diǎn)亮的像素可以透過來自下光源的光。
在對(duì)柵極60a施加預(yù)定電壓并且TFT導(dǎo)通時(shí)，電流IDS根據(jù)以下公式[1]從數(shù)據(jù)線傳送到各個(gè)像素的像素電極40[1]IDS＝K(V-|VTH|)2其中，V是通過數(shù)據(jù)線70施加到各個(gè)像素的電壓，VTH是TFT的閾值電壓，K是電流增益值。
K＝1/2×W/L×μ×Cg這里，W是如圖3所示的TFT溝道的寬度，L是TFT溝道的長(zhǎng)度。此外，μ是電荷遷移率，Cg是在柵極60a與源極70a之間、以及柵極60a與漏極70b之間的交疊部分產(chǎn)生的寄生電容。
IDS是用于通過各個(gè)像素來顯示圖像的電流。隨著IDS增加，圖像質(zhì)量提高。因此，可以增加K值以增加IDS。所以，應(yīng)該增加TFT溝道的寬度W對(duì)長(zhǎng)度的比率(W/L)。然而，當(dāng)W/L增加時(shí)，柵極60a與源極70a之間、以及柵極60a與漏極70b之間的交疊部分也增加，從而寄生電容增加，并且顯示的孔徑比降低。
當(dāng)TFT的寄生電容Cg增加時(shí)，用電壓對(duì)像素電極40進(jìn)行充電所需要的時(shí)間增加。因此產(chǎn)生充電延遲。此外，由于寄生電容Cg可以在TFT截止時(shí)通過電容耦合對(duì)液晶電壓VLC引起電壓變化ΔVp，所以圖像質(zhì)量可能劣化。因此，設(shè)計(jì)TFT時(shí)應(yīng)該考慮TFT的寄生電容Cg。ΔVp由以下公式[3]給出[3]---ΔVp=CgCg+CLC+CSTΔTg]]>其中，Cg是寄生電容，CLC是液晶電容，CST是存儲(chǔ)電容。此外，假定導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)的選通電壓分別是Vgh和Vgl，則ΔVg是Vgh與Vgl之間的差。當(dāng)產(chǎn)生了ΔVp時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)畫面期間的閃爍而出現(xiàn)畫面抖動(dòng)的現(xiàn)象，即，產(chǎn)生了閃變。
為了克服上述問題，可以減小寄生電容Cg，并且可以增加存儲(chǔ)電容CST。這可以通過擴(kuò)大像素電容40的端部與部分相鄰選通線60交疊的部分(參照?qǐng)D2)來實(shí)現(xiàn)。在現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)TFT的過程中，考慮寄生電容Cg和孔徑比來設(shè)計(jì)W/L，并且基于上述內(nèi)容來增加存儲(chǔ)電容CST。即，在15英寸XGA板(像素大小為99×297μm)的情況下，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)，W/L大約為7，CST大約為230fF，Cg大約為651pF。
現(xiàn)有技術(shù)的TFT結(jié)構(gòu)不能防止低溫的不確定斑點(diǎn)。當(dāng)LCD處于低溫條件下時(shí)顯示電流IDS的僅僅一部分施加到各個(gè)像素電極，此時(shí)出現(xiàn)低溫的不確定斑點(diǎn)。結(jié)果，局部地產(chǎn)生不確定斑點(diǎn)，將參照?qǐng)D5A和圖5B對(duì)其進(jìn)行描述。
圖5A和5B是說明低溫的不確定斑點(diǎn)的圖。圖5A是對(duì)在室溫和0℃時(shí)施加到各個(gè)像素電極的電流IDS進(jìn)行比較的圖形，而圖5B是出現(xiàn)了低溫不確定斑點(diǎn)的顯示屏幕的照片。為了防止低溫的不確定斑點(diǎn)，應(yīng)該增大施加到各個(gè)像素電極的IDS。為此，在本發(fā)明的實(shí)施例中，增大K值，以增加通過TFT施加到各個(gè)像素電極40的電流IDS。例如，在15英寸XGA(像素大小為99μm×297μm)的情況下，將W/L設(shè)計(jì)為處于8到10的范圍內(nèi)，以使得通過TFT施加到各個(gè)像素電極40的電流IDS增加。
當(dāng)W/L增加時(shí)，如上所述，寄生電容Cg也增加。例如，當(dāng)TFT的W/L從7增加到9時(shí)，寄生電容Cg從大約651pF增加到大約774pF。如上所述，當(dāng)寄生電容Cg增加時(shí)，產(chǎn)生電荷延遲問題，并且ΔVp也增加，這引起圖像質(zhì)量的劣化，例如閃爍。
為了克服由于寄生電容Cg的增加帶來的問題，本發(fā)明將CST減小到預(yù)定程度，以補(bǔ)償由于寄生電容Cg逐漸增加而帶來的影響。也就是說，使CST的大小與W/L定額成反比。例如，可以將在現(xiàn)有技術(shù)中大約為230fF的CST減小到190至210fF。這可以通過減少像素電極40的端部與相鄰選通線60之間的交疊量(參照?qǐng)D2)來實(shí)現(xiàn)。
為了防止低溫的不確定斑點(diǎn)，本發(fā)明在設(shè)置在有源矩陣型LCD的各個(gè)像素中的用作開關(guān)裝置的TFT中增大W/L并減小CST值，以補(bǔ)償寄生電容Cg的逐漸增加的影響。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將W/L值設(shè)置為9，將CST值設(shè)置為200fF，從而可以防止可能在LCD中出現(xiàn)的低溫的不確定斑點(diǎn)。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，很明顯可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下對(duì)本發(fā)明的LCD的薄膜晶體管(TFT)及其制造方法進(jìn)行各種修改和變型。因此，本發(fā)明旨在覆蓋本發(fā)明的修改和變型，只要其落入所附權(quán)利要求及其等價(jià)物范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)置在有源矩陣型液晶顯示器的各個(gè)像素中的用作開關(guān)裝置的薄膜晶體管，包括柵極；柵極上的柵絕緣層；柵絕緣層上的第一半導(dǎo)體層；被分為第一半導(dǎo)體層的第一部分和第二部分上的彼此相對(duì)的兩個(gè)部分的第二半導(dǎo)體層；與柵極、第一半導(dǎo)體層交疊并且與第二半導(dǎo)體層的兩個(gè)部分中的一個(gè)相接觸的源極；以及與柵極、第一半導(dǎo)體層交疊并且與第二半導(dǎo)體層的兩個(gè)部分中的另一個(gè)相接觸的漏極，其中，源極和漏極限定第一半導(dǎo)體層中的溝道區(qū)，所述溝道區(qū)具有第一半導(dǎo)體層的第一部分與第二部分之間的長(zhǎng)度，并且具有與第二半導(dǎo)體層的兩個(gè)部分中的至少一個(gè)的寬度相同的寬度，以使得所述溝道區(qū)的寬度對(duì)長(zhǎng)度的比率在8到10的范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中，第二半導(dǎo)體層具有比第一半導(dǎo)體層高的摻雜濃度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中，溝道區(qū)的寬度對(duì)長(zhǎng)度的比率為9。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中，通過形成于漏極上部的漏接觸孔與漏極接觸的像素電極與部分的相鄰選通線交疊以形成存儲(chǔ)電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜晶體管，其中，存儲(chǔ)電容的大小在190fF到210fF的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的薄膜晶體管，其中，存儲(chǔ)電容的大小為200fF。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的薄膜晶體管，其中，190fF到210fF的存儲(chǔ)電容范圍相反地對(duì)應(yīng)于8到10的寬度對(duì)長(zhǎng)度比率范圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中，有源矩陣型液晶顯示器包括15英寸XGA板，在所述15英寸XGA板中各個(gè)像素的大小為99μm×297μm。
9.一種制造薄膜晶體管的方法，包括以下步驟在基板上形成柵極；在其上具有柵極的基板的整個(gè)表面的上方形成柵絕緣層；在柵絕緣層上形成第一半導(dǎo)體層；在所述第一半導(dǎo)體層的第一部分和第二部分上形成被分為彼此相對(duì)的兩個(gè)部分的第二半導(dǎo)體層；形成與柵極、第一半導(dǎo)體層交疊并且與第二半導(dǎo)體層的兩個(gè)部分中的一個(gè)相接觸的源極；形成與柵極、第一半導(dǎo)體層交疊并且與第二半導(dǎo)體層的兩個(gè)部分中的另一個(gè)相接觸的漏極，其中，源極和漏極限定第一半導(dǎo)體層中的溝道區(qū)，所述溝道區(qū)具有第一半導(dǎo)體層的第一部分與第二部分之間的長(zhǎng)度，并且具有與第二半導(dǎo)體層的兩個(gè)部分中的至少一個(gè)的寬度相同的寬度，以使得所述溝道區(qū)的寬度對(duì)長(zhǎng)度的比率在8到10的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，第二半導(dǎo)體層具有比第一半導(dǎo)體層高的摻雜濃度。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，溝道區(qū)的寬度對(duì)長(zhǎng)度的比率為9。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，液晶顯示器包括15英寸XGA板，在所述15英寸XGA板中各個(gè)像素的大小為99μm×297μm。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟形成通過形成于漏極上部的漏接觸孔與漏極接觸的像素電極，所述像素電極與部分的相鄰選通線交疊以形成存儲(chǔ)電容。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，存儲(chǔ)電容的大小在190fF到210fF的范圍內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，存儲(chǔ)電容的大小是200fF。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，190fF到210fF的存儲(chǔ)電容范圍相反地對(duì)應(yīng)于8到10的寬度對(duì)長(zhǎng)度比率范圍。
全文摘要
液晶顯示器件的薄膜晶體管及其制造方法。一種設(shè)置在有源矩陣型液晶顯示器的各個(gè)像素中的用作開關(guān)裝置的薄膜晶體管，所述薄膜晶體管包括與柵極、第一半導(dǎo)體層交疊并且與第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層的兩個(gè)部分中的一個(gè)相接觸的源極；以及與柵極、第一半導(dǎo)體層交疊并且與第二半導(dǎo)體層的兩個(gè)部分中的另一個(gè)相接觸的漏極，其中，源極和漏極限定了第一半導(dǎo)體層中的溝道區(qū)，所述溝道區(qū)具有第一半導(dǎo)體層的第一部分與第二部分之間的長(zhǎng)度，并且具有與第二半導(dǎo)體層的兩個(gè)部分中的至少一個(gè)的寬度相同的寬度，以使得所述溝道區(qū)的寬度對(duì)長(zhǎng)度的比率在8到10的范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)H01L21/00GK1713060SQ20051007964
公開日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2005年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月25日
發(fā)明者金炳勳 申請(qǐng)人:Lg.菲利浦Lcd株式會(huì)社