(57)【要約】 【課題】  画像表示システムとその製造方法を提供する。【解決手段】  薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）デバイスを含む画像表示システムであって、画素領域を含む基板、前記画素領域の前記基板の上に配置され、チャネル領域、前記チャネル領域で分けられた一対のソース／ドレイン領域を含む活性層、および前記活性層の上に配置され、ゲート誘電体層とゲート層の堆積を含むゲート構造を含み、前記チャネル領域は、第１導電型と、前記第１導電型の逆の第２導電型のドーパントを含むシステム。【選択図】      図１Ｆ
2008047872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）デバイスを含む画像表示システムであって、
画素領域を含む基板、
前記画素領域の前記基板の上に配置され、チャネル領域、前記チャネル領域で分けられた一対のソース／ドレイン領域を含む活性層、および
前記活性層の上に配置され、ゲート誘電体層とゲート層の堆積を含むゲート構造を含み、
前記チャネル領域は、第１導電型と、前記第１導電型の逆の第２導電型のドーパントを含むシステム。
【請求項２】
前記活性層は、低温ポリシリコンを含む請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ゲート層は、モリブデンを含む請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ゲート誘電体層は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、またはその組み合わせを含む請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１導電型は、Ｎ型であり、前記第２導電型は、Ｐ型である請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記基板と前記活性層の間に配置されたバッファ層を更に含む請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記バッファ層は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、またはその組み合わせを含む請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記薄膜トランジスタデバイスを含むフラットパネルディスプレイ装置、および
前記フラットパネルディスプレイ装置に接続され、前記フラットパネルディスプレイ装置に入力を提供し、前記フラットパネルディスプレイ装置が画像を表示する入力ユニットを更に含む請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記システムは、前記フラットパネルディスプレイ装置を含む電子装置を含む請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記電子装置は、ラップトップ型パソコン、携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡ、デスクトップ型パソコン、テレビ、カーディスプレイ、または携帯型ＤＶＤプレーヤーである請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
薄膜トランジスタデバイスを含む画像表示システムを製造する方法であって、
駆動回路領域と画素領域を含む基板を提供するステップ、
前記駆動回路と画素領域の前記基板上にポリシリコン層を形成するステップ、
前記駆動回路領域のポリシリコン層をマスク層によって覆うステップ、
前記画素領域の前記ポリシリコン層に第１導電型のイオン注入を実施するステップ、
前記画素領域の前記ポリシリコン層が前記第１と前記第２導電型のドーパントを含むように、前記画素領域の前記ポリシリコン層に前記第１導電型の逆の第２導電型のイオン注入を実施するステップ、
前記マスク層を取り除くステップ、および
前記ポリシリコン層をアニールし、前記ドーパントを活性化するステップを含む方法。
【請求項１２】
前記画素領域の前記ポリシリコン層をパターン化し、前記第１と第２導電型の前記ドーパントを含む活性層を形成するステップ、
前記活性層をゲート誘電体層とゲート層の堆積によって覆うステップ、および
前記活性層に重イオン注入を実施し、前記ゲート層の下のチャネル領域を形成し、前記チャネル領域の両側に一対のソース／ドレイン領域を形成するステップを更に含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ゲート層は、モリブデンを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ゲート誘電体層は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、またはその組み合わせを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記ポリシリコン層は、低温ポリシリコンプロセスによって形成される請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記基板と前記ポリシリコン層の間のバッファ層を更に形成する請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記バッファ層は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、またはその組み合わせを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記ポリシリコン層は、約３００℃〜６００℃の温度の急速熱処理（ＲＴＡ）によってアニールされる請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１導電型の前記イオン注入は、１×１０１１〜１×１０１３イオン／ｃｍ２の注入量のリンイオンを用いる請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２導電型の前記イオン注入は、１×１０１１〜１×１０１３イオン／ｃｍ２の注入量のホウ素イオンを用いる請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラットパネルディスプレイ技術に関し、特に、駆動回路と画素領域の異なる電気特性を有する改善された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）デバイスとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、アクティブマトリクス型有機ＥＬ（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイのようなアクティブマトリクスフラットパネルディスプレイは、近年急速に増加している。ＡＭＯＬＥＤは、通常、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を画素と駆動回路スイッチング素子として用い、アクティブ層として用いられる材料に基づいて、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）ＴＦＴとポリシリコンＴＦＴに分類される。アモルファスシリコンＴＦＴに比べ、ポリシリコンＴＦＴは、高キャリア移動度、駆動回路の高集積化と、低リーク電流の利点を有し、高速の操作アプリケーションによく用いられる。よって、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）は、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）技術の新しいアプリケーションである。低温ポリシリコンは、より容易な集積回路（ＩＣ）製造プロセスを可能にし、その上に画素を有するガラス基板上に駆動回路を集積し、製造コストを減少する。
【０００３】
低温ポリシリコンＴＦＴの製造では、駆動回路領域と画素領域のＴＦＴは、同じ時間と同じプロセスで製造される。よって、画素と駆動回路領域のＴＦＴは、同じ電気特性を有する。しかし、駆動回路領域のＴＦＴのアクティブマトリクス型有機ＥＬでは、ＴＦＴの電気特性は、画素領域のとは異なる。例えば、高速応答を提供するためには、高キャリア移動度と低サブスレッショルドスイング（ｌｏｗｓｕｂｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｓｗｉｎｇ）の駆動ＴＦＴを設計することが望ましい。また、ＡＭＯＬＥＤのグレースケール反転を増加して高コントラスト比を提供するためには、高サブスレッショルドスイング（ｈｉｇｈｓｕｂｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｓｗｉｎｇ）の駆動ＴＦＴを設計することが望ましい。しかし、画素領域の高サブスレッショルドスイングと、駆動回路領域の低サブスレッショルドスイングと高キャリア移動度を有するＴＦＴを製造することは、それらが同じ時間で同じプロセスによって製造されることから難しい。即ち、従来のＬＴＰＳＴＦＴの製造では、駆動回路領域のＴＦＴの電気特性は、画素領域のグレースケール反転が増加された時、低下する。逆に、駆動回路領域のＴＦＴの電気特性が向上した時、画素領域のグレースケール反転は、減少される。
【０００４】
よって、駆動回路と画素領域で異なるＴＦＴの電気特性を有する改善された薄膜トランジスタデバイスの開発のための技術が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
画像表示システムとその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
画像表示システムの実施例は、画素領域を有する基板を含む薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）装置を含む。活性層は、画素領域の基板の上に配置され、チャネル領域、チャネル領域で分けられた一対のソース／ドレイン領域を含む。チャネル領域は、第１導電型と、第１導電型の逆の第２導電型のドーパントを含む。ゲート構造は、活性層の上に配置され、ゲート誘電体層とゲート層の堆積を含む。
【０００７】
画像表示システムを製造する方法の実施例を提供し、前記システムは、薄膜トランジスタデバイスを含み、前記方法は、駆動回路領域と画素領域を含む基板を提供することを含む。ポリシリコン層は、駆動回路と画素領域の基板上に形成される。駆動回路領域のポリシリコン層は、マスク層によって覆われている。第１導電型のイオン注入は、画素領域のポリシリコン層で実施される。第１導電型の逆の第２導電型のイオン注入は、画素領域のポリシリコン層で実施され、画素領域のポリシリコン層は、第１と第２導電型でドープされる。ポリシリコン層は、マスク層が取り除かれた後、アニールされ、ドーパントを活性化する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に基づけば、いくつかの格子欠陥が画素領域の活性層に残ることから、画素ＴＦＴは、駆動回路領域のＴＦＴより、より高いサブスレッショルドスイングを有することができる。よって、ＴＦＴデバイスは、駆動回路と画素領域とで、異なる電気特性を有することができる。また、画素ＴＦＴのより高いサブスレッショルドスイングは、表示装置のグレースケール反転を増加することができ、よって、駆動ＴＦＴの電気特性を低下させることなく、表示装置の高コントラスト比を提供する。また、画素領域の活性層のチャネル領域がＮとＰ型ドーパントを含むことから、画素ＴＦＴのスレッショルド電圧は、ドリフトを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。
【実施例】
【００１０】
図１は、画像表示システムの実施例を表している。特に、駆動回路領域Ｄと画素領域Ｐを含む基板１００を含む薄膜トランジスタデバイスを組み込んだシステムを表している。バッファ層１０２は、基板１００と次の活性層間の接着層、または汚染障壁層として基板１００の上に選択的に配置されることができる。活性層１１１ａは、画素領域Ｐの基板１００上に配置され、活性層１１１ｂは、駆動回路領域Ｄの基板１００上に配置される。活性層１１１ａは、チャネル領域１１３ａとチャネル領域１１３ａで分けられた一対のソース／ドレイン領域１１３ｂを含むことができる。もう１つの活性層１１１ｂも、チャネル領域１１３ｃとチャネル領域１１３ｃで分けられた一対のソース／ドレイン領域１１３ｄを含むことができる。この実施例では、チャネル領域１１３ａは、第１導電型と、第１導電型の逆の第２導電型のドーパントを含む。例えば、第１導電型は、Ｎ型であり、第１導電型のドーパントは、リン光体を含む。第２導電型は、Ｐ型であり、第２導電型のドーパントは、ホウ素を含む。チャネル領域１１３ｃは、真性チャネル領域、または例えば、Ｎ型またはＰ型の１つの導電型のみのドーパントを含むことができる。
【００１１】
２つのゲート構造の製造は、活性層１１１ａと１１１ｂにそれぞれ位置され、ＴＦＴが完成する。画素領域ＰのＴＦＴは、ＮＭＯＳまたはＣＭＯＳを含むことができる。駆動回路領域ＤのＴＦＴは、ＮＭＯＳ、ＰＭＯＳ、またはＣＭＯＳを含むことができる。活性層１１１ａに配置されたゲート構造は、ゲート誘電体層１１２とゲート層１１４の堆積を含む。活性層１１１ｂに配置されたゲート構造もゲート誘電体層１１２とゲート層１１６の堆積を含む。
【００１２】
図１Ａ〜１Ｆを参照ください。薄膜トランジスタデバイスを組み込んだ画像表示システムの製造方法の実施例を表している。図１Ａでは、駆動回路領域Ｄと画素領域Ｐを含む基板１００が提供される。基板１００は、ガラス、クオーツ、またはプラスチックを含むことができる。バッファ層１０２は、基板１００とその上に形成される次の層の間の接着層、または汚染障壁層として基板１００の上に選択的に形成されることができる。バッファ層１０２は、単一層、または複数層であることができる。例えば、バッファ層１０２は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、またはその組み合わせを含むことができる。
【００１３】
層１０４は、駆動回路領域Ｄと画素領域Ｐの基板１００の上に形成される。この実施例では、層１０４は、ポリシリコンを含むことができ、従来の低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）プロセスによって形成されることができる。例えば、アモルファスシリコン層（図示しない）が基板１００の上に形成される。例えば、エキシマレーザーアニール（ＥＬＡ）処理のようなレーザーアニール処理が実施され、アモルファスシリコン層がポリシリコン層に変えられる。次に、チャネルドーピングプロセスがポリシリコン層１０４に選択的に実施される。
【００１４】
図１Ｂでは、マスク層１０６が駆動回路領域Ｄのポリシリコン層１０４の上に形成され、画素領域Ｐのポリシリコン層１０４を露出する。マスク層１０６は、従来のリソグラフィによって形成されることができる。第１導電型のイオン注入１０７が露出された画素領域Ｐのポリシリコン層１０４に実施される。例えば、イオン注入１０７は、１×１０１１〜１×１０１３イオン／ｃｍ２の注入量のリンイオン、またはその他のＮ型素子を用いることができる。露出されたポリシリコン層１０４の格子構造は、イオン衝撃により損傷を受ける。よって、図１Ｃに示すように、損傷領域１０７ａが露出された画素領域Ｐのポリシリコン層１０４に形成される。損傷領域１０７ａでは、ポリシリコン層１０４の欠陥密度は、その粒界の静電容量を増加することで増加される。一般的に、粒界の静電容量は、サブスレッショルドスイングに比例する。よって、薄膜トランジスタの活性層として働くポリシリコン層の欠陥密度が増加された時、より高いサブスレッショルドスイングとなることができる。
【００１５】
また、損傷領域１０７ａの電子と正孔数間の差異は、第１導電型のイオン注入１０７の実施（ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）により増加されることができる。よって、ＴＦＴのスレッショルド電圧は、ドリフトし、回路設計に望ましくない。この問題に対処するため、本実施例では、第１導電型の逆の第２導電型のイオン注入１０９が画素領域Ｐのポリシリコン層１０４の損傷領域１０７ａに実施される。例えば、図１Ｃに示すように、イオン注入１０９は、１×１０１１〜１×１０１３イオン／ｃｍ２の注入量のホウ素イオン、またはその他のＰ型素子を用いることで、画素領域Ｐのポリシリコン層１０４の損傷領域１０７ａが第１と第２導電型のドーパントを含むことができる。第１導電型のドーパントはイオン注入１０７によって提供される。ここでは、第１と第２導電型のドーパントを含むポリシリコン層は、図１Ｄに示すように１０９ａと表示される。第２導電型のドーパントの提供は、ポリシリコン層１０９ａの電子と正孔数間の差異の減少により、スレッショルド電圧のドリフトを補償することができる。いくつかの実施例では、イオン注入１０７は、Ｐ型素子によって実施されることができ、次のイオン注入１０９は、Ｎ型素子によって実施されることができる。
【００１６】
図１Ｄに示すように、イオン注入１０９の完成後、図１Ｃに示すマスク層１０６が取り除かれる。次に、熱処理１１１がポリシリコン層１０４と１０９ａに実施される。例えば、熱処理１１１は、約３００℃〜６００℃の温度の従来の急速熱処理（ＲＴＡ）によって実施され、ドーパントを活性化し、画素領域Ｐのポリシリコン層１０９ａの格子構造を修復することができる。熱処理１１１の完成後、ドーパントは、ポリシリコン層１０９ａのシリコン原子で接着され、ポリシリコン層１０９ａの安定性を増加することができる。また、いくつかの格子欠陥は、格子構造の修復後も、ポリシリコン層１０９ａに残る可能性があり、よって、サブスレッショルドスイングを増加する。いくつかの実施例では、熱処理１１１は、次のＴＦＴ製造ステップで実施されることができる。例えば、熱処理１１１は、ＴＦＴのゲート構造の形成後に実施されることができる。
【００１７】
図１Ｅに示すように、図１Ｄに示すポリシリコン層１０４と１０９ａは、順次にパターン化され、画素領域Ｐと駆動回路領域Ｄにポリシリコンパターン層１１１ａと１１１ｂをそれぞれ形成する。ポリシリコンパターン層１１１ａと１１１ｂは、画素領域Ｐと駆動回路領域ＤのＴＦＴの活性層として働く。次に、絶縁層１１２と導電層（図示しない）は、活性層１１１ａと１１１ｂとバッファ層１０２の上に続いて形成される。この実施例では、絶縁層１１２は、ゲート誘電体として働き、単一層、または複数層であることができる。例えば、絶縁層１１２は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、またはその組み合わせを含むことができる。絶縁層１１２は、従来の堆積、例えば、化学気相蒸着（ＣＶＤ）によって形成されることができる。導電層は、例えば、モリブデン（ＭＯ）、またはモリブデン合金の金属を含むことができる。導電層は、化学気相蒸着、またはスパッタリングによって形成されることができる。導電層は、エッチングされ、ゲート層１１４と１１６を活性層１１１ａと１１１ｂの上にそれぞれ形成する。重イオン注入１１３は、注入マスクとしてゲート層１１４と１１６を用いて活性層１１１ａと１１１ｂに続いて実施される。
【００１８】
重イオン注入１１３の完成後、チャネル領域１１３ａがゲート層１１４の下の活性層１１１ａに形成され、一対のソース／ドレイン領域１１３ｂは、活性層１１１ａに形成され、チャネル領域１１３ａによって分けられる。また、図１Ｆに示すように、チャネル領域１１３ｃは、ゲート層１１６の下の活性層１１１ｂに形成され、一対のソース／ドレイン領域１１３ｄは、活性層１１１ｂに形成され、チャネル領域１１３ｃによって分けられる。よって、本発明の薄膜トランジスタデバイス２００が完成する。
【００１９】
本発明に基づけば、いくつかの格子欠陥が画素領域Ｐの活性層１１１ａに残ることから、画素ＴＦＴは、駆動回路領域ＤのＴＦＴより、より高いサブスレッショルドスイングを有することができる。よって、ＴＦＴデバイスは、駆動回路と画素領域ＤとＰで、異なる電気特性を有することができる。また、画素ＴＦＴのより高いサブスレッショルドスイングは、表示装置のグレースケール反転を増加することができ、よって、駆動ＴＦＴの電気特性を低下させることなく、表示装置の高コントラスト比を提供する。また、画素領域Ｐの活性層１１１ａのチャネル領域１１３ａがＮとＰ型ドーパントを含むことから、画素ＴＦＴのスレッショルド電圧は、ドリフトを防ぐことができる。  
【００２０】
図２は、画像表示システムのもう１つの実施例を概略的に表している。この場合、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）装置３００、または例えば、ラップトップ型パソコン、携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡ、デスクトップ型パソコン、テレビ、カーディスプレイ、または携帯型ＤＶＤプレーヤーなどの電子装置５００として実施される。上述のＴＦＴは、ＬＣＤ、またはＯＬＥＤパネルであることができるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）装置３００に組み込まれることができる。図２に示すように、ＦＰＤ装置３００は、例えば図１Ｆに示すＴＦＴデバイス２００のＴＦＴデバイスを含むことができる。いくつかの実施例では、ＴＦＴデバイス３００は、電子装置５００に組み込まれることができる。図２に示すように、電子装置５００は、ＦＰＤ装置３００と入力ユニット４００を含む。また、入力ユニット４００は、ＦＰＤ装置３００に接続され、入力信号をＦＰＤ装置３００に提供し、画像を発生する。
【００２１】
以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することは可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】薄膜トランジスタデバイスを組み込んだ画像表示システムの製造方法の実施例の断面図である。
【図１Ｂ】薄膜トランジスタデバイスを組み込んだ画像表示システムの製造方法の実施例の断面図である。
【図１Ｃ】薄膜トランジスタデバイスを組み込んだ画像表示システムの製造方法の実施例の断面図である。
【図１Ｄ】薄膜トランジスタデバイスを組み込んだ画像表示システムの製造方法の実施例の断面図である。
【図１Ｅ】薄膜トランジスタデバイスを組み込んだ画像表示システムの製造方法の実施例の断面図である。
【図１Ｆ】薄膜トランジスタデバイスを組み込んだ画像表示システムの製造方法の実施例の断面図である。
【図２】画像表示システムのもう１つの実施例を概略的に表している。
【符号の説明】
【００２３】
１００  基板
１０２  バッファ層
１０４、１０９ａ  ポリシリコン層
１０６  マスク層
Ｐ  画素領域
Ｄ  駆動回路領域
１０７ａ  損傷領域
１０７、１０９  イオン注入
１１１  活性層
１１１ａ、１１１ｂ  活性層
１１３  重イオン注入
１１２  ゲート誘電体層
１１３ａ、１１３ｃ  チャネル領域
１１３ｂ、１１３ｄ  一対のソース／ドレイン２
１１４、１１６  ゲート層
２００  ＴＦＴデバイス
３００  フラットパネルディスプレイ装置
４００  入力ユニット
５００  電子装置
【図１Ａ】
2008047872.tif 000003
【図１Ｂ】
2008047872.tif 000004
【図１Ｃ】
2008047872.tif 000005
【図１Ｄ】
2008047872.tif 000006
【図１Ｅ】
2008047872.tif 000007
【図１Ｆ】
2008047872.tif 000008
【図２】
2008047872.tif 000009