CN1263132C - 制作有源矩阵基片的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制作有源矩阵基片(1)的方法，此基片含有有源元件的行和列的列阵(10)，其中每个元件(11)与一个薄膜晶体管(13)相关联，而薄膜晶体管的栅极(306)被连接到相应的行导线(15)，同时源(320)和漏(321)电极则被连接到相应的列导线(14)上，以及静电放电保护电路(20)，它被连接到至少其中的一个行导线上的，以保护薄膜晶体管免受静电放电(ESD)的破坏。本方法包含如下步骤，制作薄膜晶体管(302)和静电放电保护电路(303)的半导体区；淀积薄膜晶体管的栅极(306)和对应的行导线(15)；以及淀积薄膜晶体管的源(320)和漏(321)电极和对应的列导线(14)，其中在淀积列导线(14)之前，静电放电保护电路(20)对于控制静电放电是起作用的。

Description

制作有源矩阵基片的方法
本发明涉及制作有源矩阵基片的一种方法，此种基片含有有源元件的行和列的阵列，每个元件与一个开关薄膜晶体管(TFT)相关联，以及连接于薄膜晶体管上的静电放电保护电路，以防备静电放电(ESD)的破坏。特别是，但并不是唯一的，本发明涉及采用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术来制作有源矩阵基片，例如，有源矩阵液晶显示器(AMLCD)，它带有以CMOS为基础的TFT开关TFT，或者以CMOS为基础的集成行和列驱动器电路。
下面关于本发明的叙述是针对AMLCD的，然而，将会意识到本发明并不仅仅是局限于AMLCD的，而在其它有关类型的大面积电子器件，比如薄膜数据存储器或图象传感器等也有应用。
正如众所周知的，静电有毁坏含有薄电介质层的薄膜器件的可能性，而特别容易受到破坏的是MOS薄膜晶体管的栅区。对于AMLCD而言，此时薄膜晶体管的栅极是被连接到相应的行导线上，而薄膜晶体管的源和漏电极则被连接到相应的列导线上，已知需要提供保护电路以调节行导线与列导线之间的电流来防止静电放电破坏。例如，这可以借助一对相对而又是部分电阻的并联着的二极管，将行导线和列导线同时连接到一个接地环上来实现。这样的装置是在PCT出版的专利申请号为WO97/13177，以及美国专利号为US5585949和US5930607上公开的。
本发明的目的是提供一种制作上述类型的有源矩阵基片的方法，其中静电放电保护电路的性能得以增强。
按照本发明，提供了一种制作有源矩阵基片的方法，此基片含有有源元件的行和列的阵列，其中每个元件都与一个薄膜晶体管(TFT)相关联，此晶体管的栅极被连接到相应的行导线上，源和漏电极被连接到相应的列导线上，以及ESD保护电路，它被连接到至少其中的一个行导线上的，以保护薄膜晶体管免于受静电放电(ESD)的破坏。本方法包含如下步骤，制作薄膜晶体管和ESD保护电路的半导体区；淀积薄膜晶体管的栅极和相应的行导线；以及淀积薄膜晶体管的源和漏电极和相应的列导线，其中在淀积列导线之前，静电放电保护电路对于控制静电放电是起作用的。
尽管传统的静电放电保护电路无疑地为AMLCD在工作期间提供对静电放电的防备，但本发明者认识到，静电放电保护电路在制作过程中能尽早起作用就更好，这可以在淀积列导线之前进行。
在淀积列导线之前，静电放电保护电路可以操作以对基片与其外部环境之间，特别是淀积行导线时的操作控制静电放电。
这一点可以通过在静电放电保护电路的半导体区中进行掺杂而实现，以便从连接到行导线的半导体区的那个部分通过该半导体区到基片的外部环境，提供一个和缓的导电通道，并阻止流过该半导体区的相反方向的电流。
或者，为要消散在基片上积聚的负电荷，可对静电放电保护电路的半导体区进行掺杂，以便从基片的外部环境通过该半导体区直至连接到行导线的该半导体区的那个部分处，提供一个缓和的导电通道，并阻止流过该半导体区的相反方向的电流。
在完成有源矩阵基片的制作之时，静电放电保护电路会对控制静电放电的起作用，所用的方式与淀积列导线之前用来控制静电放电的方式不同。例如，静电放电保护电路可以在淀积列导线之前，在基片与其外部环境之间对控制静电放电起作用，而在完成有源矩阵基片的制作时，在行与列导线之间对控制静电放电起作用。
静电放电保护电路可以方便地含有连接于行与列导线之间的或者一个横向二极管或者栅短路的横向薄膜晶体管，并且优选是至少有一对相对着的这样的二极管或薄膜晶体管并联地连接在行与列导线之间，特别是其半导体区可含有位于所述二极管或薄膜晶体管的有源区的每一侧的两个部分，第一部分被连接到行导线上，而在有源区的另一侧的第二部分至少是第一部分的大小的两倍，也许是十倍。
依照本发明进一步提供的是，使用按照本发明的方法来制作的有源矩阵基片，以及含有这样的有源矩阵基片的AMLCD。
现在仅借助实例参照如下附图对本发明进行描述，其中：
图1是以图解来示出带有静电放电保护电路的AMLCD的并且按照本发明进行制作的有源矩阵基片；
图2是用图解来更详细地说明图1中的有源矩阵基片中的静电放电保护电路；
图3A至3E说明图1中的有源矩阵基片的制作方法；
图4A至4C示出了有源矩阵基片的静电放电保护电路的可选择结构。
应该指出的是，这些图仅仅是示意的，为了清楚起见，横截面图中的一些部分的相对尺寸和比例以及电路布局等，在尺寸上都有了放大或缩小。在不同实施方案中一般采用同一参考符号以说明相应的或相似的特征。
图1示出了按照本发明的方法制作的有源矩阵液晶显示器(AMLCD)1，它含有位于显示板18上的一个显示区10，显示区含有m行(1至m)和n列(1至n)的相同象素11。为简明起见，只画出了几个象素，而实际上，显示区10中的象素的总数(mxn)可能是200,000或更多。每个象素11有一个象电极12，并与开关薄膜晶体管13相关联，这种薄膜晶体管是按如图1A至1D所给出的方法作成的那种类型，它是用来控制施加到象电极上的数据信号电压的。这些开关薄膜晶体管13具有共同的工作特性，并且每个都被安排邻近其相关联的象素，而其相应的漏被连接到象电极上。与一个象素列相关联的所有的开关薄膜晶体管的源被连接到平行的列导线组14中的相应的一个，而与一个象素行相关联的所有开关薄膜晶体管的栅被连接到平行的行导线组15中的相应的一个。薄膜晶体管13受控于栅信号，而此信号是由位于显示板18上的CMOS为基础的行驱动器电路16，经行导线而提供的。同样地，由也是位于显示板上的CMOS为基础的列驱动器电路26，对与同一列中的象素相关的薄膜晶体管提供用于象电极的数据信号电压。当然，在这种有源矩阵液晶显示器(AMLCD)中的象素的工作情况是众所周知的，因此这里就不再详述了。
在有源矩阵液晶显示器(AMLCD)板18上，在行导线15和列导线14的两端均备有集成的静电放电保护电路20，并通过公共的电源总线19，分别连接到行和列导线上。图2更详细地示出了一个这种保护电路20，其中一对相对着的横向p-i-n结型二极管21、21’并联地连接，以此让通过允许任一方向的电流有选择地流通，行和列导线上的电压就得到调节。
制作图1的有源矩阵基片的一种方法示于图3A至3E，其中包括用于或象素或集成的行与列驱动器电路的CMOS的p型(R1区中)和n型(R2区中)晶体管的形成，以及用于静电放电保护电路的p-i-n二极管(R3区中)的形成。
参照图3A，在玻璃基片301上形成多晶硅层并作成了图形，以分别为p型和n型晶体管提供半导体器件岛302，302’，同时还有一个扩展的多晶硅区303，它包含p-i-n二极管的有源区并扩展到显示板18的边沿，在此与基片以外的地线导电连接。这样的电连接可以是与外界的非故意的电接触，比如通过在制作过程中用于固定玻璃基片的一个夹子(图中未示出)，或者是有意的，比如在扩展的多晶硅区303中形成的接触垫(未示出)，以与外界的地线连接器相接。
使用传统的制作方法和材料，如图3B和3C所示那样接着进行掩蔽306、311和掺杂工序，以形成p-i-p晶体管R1的p型掺杂区307、包括LDD区314的n-i-n晶体管R2的n型掺杂区313，以及p-i-n二极管R3的p型和n型掺杂区309、312。
然后，如图3D所示，提供晶体管R1、R2的栅极315，这与所示连接到行导线上的重掺杂的硅层同样地方便，或者用另外的方法把金属区与行导线相连。行导线15被淀积以便把栅极连接到p-i-n二极管R3的p型区309上。在淀积栅极315和行导线15之后，积聚在薄膜晶体管的栅极上的电荷就有可能通过此p-i-n二极管而消散到地，如箭头317所指出的。同样地，二极管结的极性保护薄膜晶体管以免受来自外界的静电放电的破坏，比如说由于操作基片所引起的。
如图3E所示，接着就是晶体管R1和R2的源320和漏321电极、列导线322，以及连接行和列导线的地线环(未示出)。列导线一旦作成后，静电放电保护电路就用来控制行和列导线之间的电流，由此积聚在薄膜晶体管的栅极上的电荷就有可能通过p-i-n二极管而消散到地，如箭头318所指。p-i-n二极管R3是并联着的一对反向而又部分导电的二极管中的一个，由此通过有选择地允许任一方向的电流流通来调节行与列导线之间的电压。
图4A至4C示出了静电放电保护电路的可选择结构。特别是，图4A示出n-i-n短路栅薄膜晶体管的结构，它能够按如图3A至3E所示的p-i-n二极管R3的方式工作。就是说，n-i-n短路栅薄膜晶体管结构通过扩展的硅区在制作过程早期就能够使电荷耗散掉，并在淀积列导线之后控制行与列导线之间的电荷流。同样地，通过一个n-i-p二极管结构或者一个p-i-p短路栅薄膜晶体管结构也可以耗散负电荷(实际上，电流从外界流向板极)，分别如图4B和4C所示。
静电放电保护电路的双重作用，就是说在制作过程早期是控制板极与外部环境之间的电荷流，而在淀积列导线之后控制行与列导线之间的电荷流，可在某种程度上支配这样的静电放电保护电路中的有源层的几何形状。例如，对于如图3E所示的p-i-n结构来说，朝基片边沿扩展的二极管结构的n型区312也许在尺寸上远大于二极管结构的p型区309，比如2倍、5倍甚至10倍。相反的情况会适用于图4B所示的n-i-p结构，此时二极管结构的n型区312比p型区309小得多，此时箭头400所指的电荷流方向就要反过来。同样地，具有n型区312和p型区309的n-i-n和p-i-p短路栅薄膜晶体管的结构，分别如图4A和4C所示的，具有比其它掺杂区309、312的尺寸大得多的掺杂区309’、312’。
由于全是惯用的，并为了简单明了起见，对于有源矩阵液晶显示器(AMLCD)的剩余部分的制作的进一步讨论和图示，包括比如色彩和偏振滤色层、液晶材料、隔层以及结构保护层等，都作了省略。当然，关于在薄膜晶体管和含有同类器件的有源矩阵器件的实际制作中的一些特殊考虑，对本领域的技术人员来说是显而易见的，而且应用于有源矩阵基片的设计的考虑，也应该适用于按照本发明的有源矩阵的设计。本文没有叙述到会认为是恰当的准确工艺条件，因为对于本领域的技术人员来说，这只是一种常规设计程序而已。

Claims (11)

1.一种制作有源矩阵基片的方法，此基片含有有源元件的行和列的阵列，其中每个元件与一个薄膜晶体管相关联，而薄膜晶体管的栅极被连接到一个相应的行导线，源和漏电极中的一个则被连接到一个相应的列导线上；以及静电放电保护电路，该静电放电保护电路被连接到行导线中的至少一个上，以保护薄膜晶体管免受静电放电的破坏，本方法包含如下步骤：
制作薄膜晶体管和静电放电保护电路的半导体区；
淀积薄膜晶体管的栅极和对应的行导线；以及
对静电放电保护电路的半导体区进行掺杂，以便在淀积列导线之前，提供从该半导体区连接到行导线的那个部分通过该半导体区到基片的外部环境的一个和缓的导电通道，并阻止流过该半导体区的相反方向的电流；
淀积薄膜晶体管的源和漏电极和列导线。
2.如权利要求1所述的方法，其中静电放电保护电路含有横向二极管或者栅短路的横向薄膜晶体管中的至少一个，连接于行与列导线之间。
3.如权利要求2所述的方法，其中静电放电保护电路含有横向二极管或者栅短路的横向薄膜晶体管的至少一个反向对，并联地连接于行与列导线之间。
4.如权利要求2或3所述的方法，其中连接于行与列导线之间的横向二极管或者栅短路的横向薄膜晶体管中至少一个的半导体区含有位于所述二极管或薄膜晶体管的有源区的每一侧的两个部分，第一部分被连接到行导线上，而在有源区的另一侧的第二部分至少是第一部分的大小的两倍。
5.如权利要求4所述的方法，其中第二部分至少是第一部分的大小的十倍。
6.如权利要求1所述的方法，其中完成有源矩阵基片的制作之时，静电放电保护电路控制静电放电，控制所用的方式与淀积列导线之前用来控制静电放电的方式不同。
7.如权利要求6所述的方法，其中静电放电保护电路在淀积列导线之前，对控制基片与其外部环境之间的静电放电起作用，而在完成有源矩阵基片的制作之时，对控制行与列导线之间的静电放电起作用。
8.一种有源矩阵基片，此基片含有有源元件的行和列的阵列，其中每个元件与一个薄膜晶体管相关联，而薄膜晶体管的栅极被连接到一个相应的行导线上，源和漏电极中的一个则被连接到一个相应的列导线上；以及静电放电保护电路，它被连接到行导线的至少其中一个上，以保护薄膜晶体管免于受静电放电的破坏；其中静电放电保护电路含有或横向二极管或者栅短路的横向薄膜晶体管中的至少一个，连接于行与列导线之间；并且其中静电放电保护电路的横向二极管或者栅短路的横向薄膜晶体管中的至少一个的半导体区含有位于所述二极管或薄膜晶体管的有源区的每一侧的两个部分，第一部分被连接到行导线上，而在有源区的另一侧的第二部分至少是第一部分的大小的两倍。
9.如权利要求8所述的有源矩阵基片，其中第二部分至少是第一部分的大小的十倍。
10.权利要求8或9所述的有源矩阵基片，其中静电放电保护电路含有或横向二极管或者栅短路的横向薄膜晶体管的至少一个反向对，并联地连接于行与列导线之间。
11.一种有源矩阵液晶显示器，含有根据权利要求8所述的有源矩阵基片。
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