專利名稱：圖像顯示系統及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明有關于一種液晶顯示器的形成方法，且特別有關于一種邊緣電場
切換(Fringe Field Switching,以下簡稱FFS)型液晶顯示器的形成方法。
背景技術：
液晶顯示器(LCD)具有許多的優(yōu)點，例如體積小、重量輕、及低電力消耗等，因而已經廣泛地被應用于行動顯示裝置、筆記型電腦、個人電腦(PC)熒幕及電視(TV)等電子產品。就大尺寸熒幕及電視的應用需求而論，其關鍵在于必須具備快應答速度、高對比率、高透光性及無灰階反轉的寬視角。橫向電場切換(in-plane switching,簡稱IPS)型液晶顯示器符合上述高畫質圖像的關鍵性特點，且其藉由將液晶分子定向為平行基板以解決視角問題。邊緣電場切換(Fringe Field Switching,以下簡稱FFS)型液晶顯示器是藉由邊緣電場使面板內幾乎均質排列的液晶分子沿電極表層橫向旋轉，進而產生傳統IPS型液晶顯示器無法達成的高穿透性效應。典型的FFS型液晶顯示器包括像素和相對電極設置于同 一基板上的不同層位置。上述像素與相對電極之間的距離小于上基板和下基板之間的距離，使得在電極周圍產生邊緣電場，進而產生高亮度及廣視角效果。
美國專利第US 6,856,371號揭露一種邊緣電場切換(FFS)型液晶顯示器的電極結構。藉由上、下對稱的電極設計，使顯示器兼具高顯示品質，卻不致影響其穿透率。
圖1是顯示傳統邊緣電場切換(FFS)型液晶顯示器的剖面示意圖。 一邊緣電場切換(FFS)型液晶顯示器1包括一第一基板(或稱下基板)10、一第二基板(或稱上基板)20以及一液晶層30夾置于第一基板10與第二基板20之間的空間，以構成一液晶胞。 一相對電極(counter electrode) 11以及多條像素電極13設置于第一基板10上。一絕緣層15夾置于相對電極11與像素電極13之間。 一下配向層14形成于絕緣層15上，且覆蓋像素電極13。 一彩色濾光層25及一上配向層24設置于第二基板20的內側表面，與液晶層30鄰接。圖2是顯示傳統邊緣電場切換(FFS)型液晶顯示器的基板結構的俯視圖。兩平行的柵極線3、 8與兩平行的數據線7彼此相隔且直交，其間所圍成的區(qū)域定義為一個次像素(sub-pixel)區(qū)5。相對電極11與像素電極13形成于次像素區(qū)5內。像素電極13包括兩電極棒(bar) 13a平行于數據線7以及多條傾斜的電極臂13b。各電極臂13b的兩端分別與電極棒13a電性連接，且具一傾斜角cp (直線m與直線m，所夾的角度)。應注意的是，電極臂13b的傾斜角cp會直接影響FFS型液晶顯示器的驅動電壓(V。p)。更明確地說，電極臂13b的傾斜角cp愈大則FFS型液晶顯示器所需的驅動電壓亦愈大。
就小面板而言，為了使FFS型液晶顯示器具低的驅動電壓，電極臂13b的傾斜角cp則必須降低。然而，低的傾斜角q)(例如小于7。)會造成黑線條效應(disclination effect),而破壞顯示圖像的品質。此外，高的傾斜角cp需要高的驅動電壓，因此薄膜晶體管元件TFT的面積必須增加，以提供足夠的電荷儲存的能力。薄膜晶體管元件TFT的結構包括柵極線3、通道與源極/漏極區(qū)域4、以及源極接觸6a/漏極接觸6b。漏極接觸6b藉由一接觸窗9與像素電極13連接。然而，若增加薄膜晶體管元件TFT所占的面積，如此勢必壓縮像素電極13的面積，進而降低FFS型液晶顯示器的開口率(aperture ratio)與芽透率(transmittance)。
有鑒于此，業(yè)界亟需一種FFS型液晶顯示器的電極結構設計，可兼顧其低驅動電壓(V?！返男枨?，又可避免黑線條效應(disclination effect)及提高其開口率(aperture ratio)與穿透率(transmittance)。

發(fā)明內容
本發(fā)明一實施例提供一種圖像顯示系統，而該顯示系統包括顯示面板，其中該顯示面板包括下基板、周邊電路、至少一個薄膜晶體管、第一透明電極層、及第二透明電極圖案。該下基板具有第一表面，且該第一表面被區(qū)分成像素區(qū)域與驅動器區(qū)域。該周邊電路位于該第 一表面的該驅動器區(qū)域內。該至少一個薄膜晶體管位于該像素區(qū)域內，且該薄膜晶體管包括有源層、位于該有源層上方的柵極介電層、位于該柵極介電層上方的柵極電極，其中該有源層具有源極與漏極區(qū)域。該第 一透明電極層直接與漏極區(qū)域的 一部分重疊并形成電性連接。該第二透明電極圖案位于該柵極介電層上，且與該第一透明電極層相對。
5本發(fā)明另 一實施例提供一種圖像顯示系統的制造方法，而該圖像顯示系
統的制造方法包括提供顯示面板，其中該顯示面板包括具有第一表面的下基板，其中該第一表面被區(qū)分成像素區(qū)域與驅動器區(qū)域。該圖像顯示系統的制造方法還包括形成位于該驅動器區(qū)域上方的第一、二有源層及位于該像素區(qū)域上方的第三有源層；形成第一透明電極層，其中該第一透明電極層與該第三有源層的一部分重疊；形成柵極介電層，其中該柵極介電層位于該第一、二、三有源層、及該第一透明電極層上；形成第二透明電極圖案，其中該第二透明電極圖案位于該柵極介電層上方而與該第一透明電極層相對；執(zhí)行第一金屬化步驟(Ml)，以形成位于該第一有源層上方的第一片冊極電極、位于該第二有源層上方的第二柵極電極、位于該第三有源層上方的第三、四柵極電極、及覆蓋該第二透明電極圖案的金屬掩模；形成層間介電層，其中該層間介電層位于整個該下基板上方；在整個該下基板上方執(zhí)行第二金屬化步驟(M2);形成保護層，其中該保護層位于整個該下基板上方；以及將該下基板與上基板接合。
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下。


圖1繪示一習知的邊緣電場切換型液晶顯示器；
圖2是繪示 一 習知的邊緣電場切換型液晶顯示器的下基板的剖面圖3A 3J是繪示本發(fā)明一實施例的圖像顯示系統的制造方法的剖面
圖3k繪示根據本發(fā)明一實施例的方法所制得的圖像顯示系統；圖4繪示根據本發(fā)明另一實施例的圖像顯示系統。主要元件符號說明
m 直線；m，~直線；1 ~邊緣電場切換(FFS)型液晶顯示器；3 ~柵極線；3' 輕摻雜漏極摻雜步驟；4~源極/漏極；5-次像素區(qū)；6a 源極接觸；6b 漏極接觸；7~數據線；8~柵極線；9~接觸窗；10-第一基板；11-相對電極；13 像素電極；13a 電極棒；13b 電極臂；14~配向層；15-絕緣層；20-第二基板；24~配向層；25-彩色濾光層；30~液晶層；40 ~輸入元件；50 電子元件；302-基板；304-驅動器區(qū)域；306~像素區(qū)域；308 ~緩沖層；310 第一有源層；312-第二有源層；312，~通道區(qū)域；314 ~光致抗蝕劑層；316-通道摻雜；318-光致抗蝕劑層；320 通道區(qū)域；322 ~n型摻雜物離子；324~源極；324a~輕摻雜漏極區(qū)域；326 ~漏極；326a~輕摻雜漏極區(qū)域；330 ~柵極電極；332 ~柵極電極；337 離子注入步驟；344 ~源極；346~漏極；1003 共通線；1007~數據線；1009~柵極線；3000 ~第一透明電極層；3002-柵極介電層；3004 ~第二透明電極圖案；3006~柵極電極；3008 -柵極電極；3010-掩模層；3011 ~光致抗蝕劑圖案；3012~層間介電層；3012a-接觸洞；3012b 導電材料；3101 第三有源層；3101， ~通道區(qū)域；3101"-通道區(qū)域；3101a-重摻雜n型區(qū)域；3101b 重摻雜n型區(qū)域；3101c-重摻雜n型區(qū)域；3101d~輕摻雜漏極區(qū)域；3101e 輕摻雜漏極區(qū)域；3101f-輕摻雜漏極區(qū)域；3101g 輕摻雜漏極區(qū)域；3141 ~光致抗蝕劑圖案；30000-邊緣電場切換型液晶顯示器。
具體實施例方式
圖3A 3J是繪示本發(fā)明一實施例的圖像顯示系統的制造方法的剖面圖。如圖3A所示，提供一干凈的基板302，其中，基板302用于制造一薄膜晶體管陣列基板，且其包括一驅動器區(qū)域304與一像素區(qū)域306;其中，在驅動器區(qū)域304內形成周邊電路(未顯示)；在基板302上方形成緩沖層308。緩沖層308可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、或其組合；緩沖層308亦可以是氧化硅層與氮化硅層的堆疊層。在本發(fā)明的實施例中，氮化硅層的厚度約350埃~ 650埃；氧化硅層的厚度約500埃~ 1600埃。
接著，在緩沖層308上方形成一半導體層(圖未顯示)。上述半導體層可以是多晶硅層。例如，先以化學氣相沉積法形成一非晶硅層，之后進行結晶化或準分子激光退火步驟(ELA)而形成一多晶硅層。上述半導體層經習知的微影蝕刻工藝而形成一第一有源層310、 一第二有源層312與一第三有源層3101;其中，第一有源層310、第二有源層312位于基板302的驅動器區(qū)域304上方；第三有源層3101位于基板302的像素區(qū)域306上方。在本發(fā)明的一實施例中，第一有源層310、第二有源層312與第三有源層3101的厚度約350埃~ 500埃，例如430埃。
參考圖3B,以光致抗蝕劑層314覆蓋第二有源層312。對第一有源層310與第三有源層3101進行一通道摻雜316，其中，摻雜物可以是硼離子
7(B+),且其劑量通常介于0~ 1E13/cm2。
參考圖3C,以光致抗蝕劑圖案3141 (亦即所謂的W-4冊極結構)覆蓋第 三有源層3101的通道區(qū)域3101，與3101"。以另一光致抗蝕劑層318覆蓋第 一有源層310的通道區(qū)域320,并將n型摻雜物離子322注入第一有源層310 以形成n型晶體管的源極324與漏極326。同時，將n型摻雜物離子注入暴 露的第三有源層3101，因此，形成其重4參雜n型區(qū)域3101a、3101b與3101c。 在本發(fā)明的一實施例中，n型摻雜物離子可以是PHx+，且其劑量約1E14-1E16/cm2。
參考圖3D,在移除光致抗蝕劑層314、 3141與318之后，于緩沖層308 上方形成與部分n型區(qū)域3101b接觸的第一透明電才及層3000。第一透明電相_ 層3000的形成方法包括濺鍍或微影蝕刻，而其材料可以是銦錫氧化物或是 銦鋅氧化物。請注意，第一透明電極層3000系直接與n型區(qū)域3101b電性 連接而不需要藉由接觸孔。
參考圖3E,在第一有源層310、第二有源層312、第三有源層31Q1、第 一透明電極層3000與緩沖層308上全面形成一柵極介電層3002，而此柵極 介電層3002例如是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、或其組合、或其堆疊層、 或其它高介電常數材料。柵極介電層3002的沉積方法可以利用化學氣相沉 積法。之后，在柵極介電層3002上形成第二透明電極圖案3004 (亦稱為銦 錫氧化物指狀物(fmger))。第二透明電極圖案3004的形成方法包括濺鍍或 微影蝕刻工藝，且其材料可以是銦錫氧化物或是銦鋅氧化物。
如圖3F所示，沉積一金屬層(圖未顯示)并將其圖案化以形成位于第 二透明電極上方的掃瞄線(圖未顯示)、共通電極(圖未顯示)與柵極電極 (或稱柵極)330、 332、 3006、 3008與掩模層3010。接著，執(zhí)行一 n型輕 摻雜步驟(例如，離子注入)，以在n型晶體管的第一有源層310的通道區(qū) 域320兩側形成輕摻雜漏極區(qū)域324a、 326a。而且，位于通道區(qū)域3101'兩 側的輕摻雜漏極區(qū)域3101d、 3101e與位于通道區(qū)域3101"兩側的輕摻雜漏 極區(qū)域3101f、 3101g同時形成。請注意，在輕#^雜漏極摻雜步驟3，之前， 形成位于第二透明電極圖案3004上方的掩模3010，以避免第二透明電極圖 案3004遭受離子轟擊。而且，第二透明電極圖案3004直接與共通電極電性 連接而不需藉由接觸孔，且第二透明電極圖案3004是狹縫狀構造。柵極電 極3006、 3008、柵極介電層3002與第三有源層3101構成一個雙柵極(twin-gate)結構，也就是說，兩個柵極共用同一有源層。
在圖3G中，形成光致抗蝕劑圖案3011以覆蓋整個基板302,但是，不 包含柵極332與柵極介電層3002的一部分。執(zhí)行一 p型摻雜物離子注入步 驟337以在p型晶體管的通道區(qū)域312，兩側形成源極344與漏4及346。
接著，請參考圖3H，移除光致抗蝕劑圖案3011。在基板302上方全面 沉積一層間介電層3012。通常，根據工藝規(guī)格或工藝窗決定介電層3011的 厚度與組成。例如，層間介電層3012可以是二氧化硅、聚酰亞胺、旋涂式 玻璃、氟摻雜二氧化硅層、黑鉆石(應用材料公司的產品)、Xerogel、 Aerogel、 非晶系氟化碳及/或其它材料。在此實施例中，層間介電層3012是氧化硅與 氮化硅所構成的堆疊層。層間介電層3012的形成方法包括化學氣相沉積法。 而且，進行一退火工藝以活化摻雜物。
如圖31所示，藉由微影蝕刻工藝定義并蝕穿層間介電層3012與柵極 介電層3002而形成接觸孔3012a。上述蝕刻步驟可以是干蝕刻或濕蝕刻，用 以暴露第二透明電極圖案3004與掩模3010。掩模3010保護介于第二透明電 極圖案3004的狹縫間的介電層3002，以避免在接觸孔蝕刻步驟中受到侵蝕。
藉由對層間介電層施以濺鍍步驟而沉積一導電材料薄膜。如圖3J所示， 導電材料3012b填充接觸孔3012a。導電材料3012b可以是金屬或金屬合金。 數據線也是藉由圖案化并蝕刻導電層而形成。在蝕刻數據線時或蝕刻數據線 之后移除掩模3010。
之后，形成保護層與平坦層。因為后續(xù)步驟屬于習知技術，所以在此省 略說明。
圖3k是繪示根據本發(fā)明一實施例的方法所制得的圖像顯示系統的俯視 圖。共通線1003、數據線1007與柵極線1009定義像素區(qū)域306,而像素區(qū) 域306包括透明電極層3000、 3004、柵極電極3006、 3008、有源層3101與 填充于接觸孔3012a內的導電材料3012b 。相較于圖l與圖2的習知與結構， 本發(fā)明的實施例的結構省略了 一些接觸孔，因此增加了開口率。
圖4繪示本發(fā)明另一較佳實施例中用于顯示圖像的系統；在此，上述用 于顯示圖像的系統可以是邊緣電場切換型液晶顯示器30000或是電子元件 50。上述薄膜晶體管陣列基板可以裝配于顯示面板而作成邊緣電場切換型液 晶顯示器面板。在其它實施例中，邊緣電場切換型液晶顯示器面板可由顯示 面板與控制器所構成。在其它實施例中，邊緣電場切換型液晶顯示器30000可以構成各種電子元件((例如，在此為電子元件50))的一部分。 一般而言， 電子元件50包括邊緣電場切換型液晶顯示器30000、控制器與輸入元件40。 而且，輸入元件40與邊緣電場切換型液晶顯示器30000耦接，且提供輸入 信號(例如，圖像信號)至顯示面板20以產生圖像。電子元件50可以是行動 電話、凄史位相才幾、個人凄丈位助理(personal digital assistant; PDA)、筆記型電 腦、桌上型電腦、電視、車上顯示器、全球定位系統、航空顯示器或可攜式 DVD播放機。
如同習知的非邊緣電場切換型液晶顯示器一樣，上述實施例所述的邊緣 電場切換型液晶顯示器可僅由9道光掩模工藝完成。而且，不需要漏極側的 接觸孔(例如與n型區(qū)域3101b連接的接觸洞)，因此增加了開口率。另夕卜， 如同先前所述，共通電極系與第二透明電極直接連接，因此不需要額外的接 觸孔。故，相較于形成邊緣電場切換型薄膜晶體管結構的習知技術而言，每 個像素可以省略兩個接觸孔。介于兩透明電極層間的介電層具有與柵極介電 層相同的厚度，且較習知的邊緣電場切換型薄膜晶體管結構所使用者為薄， 因此所需的邊緣電場切換驅動電壓較低。而且，因為介電層薄，所以儲存電 容值高。因此，此液晶模式較少串音干擾的問題，且可以忍受較高背光源強 度。
雖然本發(fā)明已以數個較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明， 任何熟習此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作任意的更動與 潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種圖像顯示系統，包括顯示面板，包括下基板，其具有第一表面，其中該第一表面被區(qū)分成像素區(qū)域與驅動器區(qū)域；周邊電路，其位于該第一表面的該驅動器區(qū)域內；至少一個薄膜晶體管，其位于該像素區(qū)域內，其中該薄膜晶體管包括有源層、位于該有源層上方的柵極介電層、位于該柵極介電層上方的柵極電極，其中該有源層具有源極與漏極區(qū)域；第一透明電極層，其直接與漏極區(qū)域的一部分重疊并形成電性連接；以及第二透明電極圖案，其位于該柵極介電層上，與該第一透明電極層相對。
2. 如權利要求1所述的圖像顯示系統，還包括多個共通電極，其不透過接觸孔而直接與該第二透明電極圖案形成電性連接。
3. 如權利要求1所述的圖像顯示系統，還包括層間介電層，其位于該至少一個薄膜晶體管上方，暴露出該第二透明電極圖案。
4. 如權利要求1所述的圖像顯示系統，其中該第二透明電極圖案為一狹縫狀結構。
5. 如權利要求1所述的圖像顯示系統，其中該至少一個薄膜晶體管為一個雙柵極結構，而在該雙柵極結構中兩個柵極共用同 一有源層。
6. —種圖像顯示系統的制造方法，包括提供一顯示面板，其中，該顯示面板包括下基板，其具有第一表面，其中該第一表面被區(qū)分成像素區(qū)域與驅動器區(qū)域；形成位于該驅動器區(qū)域上方的第一有源層、第二有源層以及位于該像素區(qū)域上方的第三有源層；形成第 一透明電極層，其中該第 一透明電極層與該第三有源層的一部分重疊；形成柵極介電層，其中該柵極介電層位于該第一、二、三有源層及該第一透明電極層上；形成第二透明電極圖案，其中該第二透明電極圖案位于該柵極介電層上方而與該第一透明電極層相對；執(zhí)行第一金屬化步驟，以形成位于該第一有源層上方的第一柵極電極、位于該第二有源層上方的第二柵極電極、位于該第三有源層上方的第三、四柵極電極以及覆蓋該第二透明電極圖案的金屬掩^f莫；形成層間介電層，其中該層間介電層位于整個該下基板上方；在整個該下基板上方執(zhí)行第二金屬化步驟；形成保護層，其中該保護層位于整個該下基板上方；以及將該下基板與上基板接合。
7. 如權利要求6所述的圖像顯示系統的制造方法，其中該第二透明電極圖案為一狹縫狀結構。
8. 如權利要求6所述的圖像顯示系統的制造方法，還包括在該第 一金屬化步驟之后執(zhí)行輕摻雜漏極的摻雜步驟，其中以該第一、三、四柵極電極作為掩模而形成該第一、三、四柵極電極的個別輕摻雜漏極。
9. 如權利要求8所述的圖像顯示系統的制造方法，還包括在該輕摻雜漏極的摻雜步驟之后形成位于該整個下基板上方的光致抗蝕劑圖案，其中該光致抗蝕劑圖案未覆蓋該第二柵極電極與該第二有源層；執(zhí)行p型摻雜，其中以該第二柵極電極作為掩模而形成該第二有源層的源才及與漏才及區(qū)i或；以及移除該光致抗蝕劑圖案。
10. 如權利要求9所述的圖像顯示系統的制造方法，其中在整個該下基板上方執(zhí)行第二金屬化步驟包括在層間介電層內形成接觸孔，以暴露出該第一、二有源層的源極與漏極區(qū)域、及該第三有源層的源極區(qū)域，其中，同時移除位于該金屬掩模與該第二透明電極圖案上方的該層間介電層的一部分；以導電材料填充該接觸孔，其中該導電材料形成數據線；以及移除該金屬掩模。
全文摘要
本發(fā)明提供一種圖像顯示系統及其制造方法，而該顯示系統包括顯示面板，其中該顯示面板包括下基板、周邊電路、至少一個薄膜晶體管、第一透明電極層、及第二透明電極圖案。該下基板具有第一表面，且該第一表面被區(qū)分成像素區(qū)域與驅動器區(qū)域。該周邊電路位于該第一表面的該驅動器區(qū)域內。該至少一個薄膜晶體管位于該像素區(qū)域內，且該薄膜晶體管包括有源層、位于該有源層上方的柵極介電層、位于該柵極介電層上方的柵極電極，其中該有源層具有源極與漏極區(qū)域。該第一透明電極層直接與漏極區(qū)域的一部分重疊并形成電性連接。該第二透明電極圖案位于該柵極介電層上，且與該第一透明電極層相對。
文檔編號G02F1/1343GK101539691SQ20091011983
公開日2009年9月23日 申請日期2009年3月19日 優(yōu)先權日2008年3月19日
發(fā)明者勒米殊·卡卡德, 林介文 申請人:統寶光電股份有限公司