[发明专利]一种薄膜晶体管像素单元及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，更具体地，涉及一种薄膜晶体管像素单元的结构及其制造方法。

背景技术

现有技术中，液晶显示装置（LCD，liquid crystal display）或者有机发光显示装置（OLED，Organic Light-Emitting Display），通常包括多个像素单元，每个像素单元都是使用薄膜晶体管（TFT，Thin FT）作为开关控制装置。

图4是现有技术中的一种多晶硅显示装置中的一个薄膜晶体管像素单元的示意图，所述薄膜晶体管像素单元包括：设置于所述衬底100上的缓冲层101、设置于所述缓冲层101上的多晶硅层102，所述多晶硅层102包括沟道104、源极、漏极和存储电容第一极板区域；在所述多晶硅层102设置有栅极绝缘层105，在所述栅极绝缘层105设置有栅极106和存储电容第二极板107。当对栅极106施加开启电压时，沟道104导通，源极的数据信号通过沟道104传输至漏极，通过漏极再传输至像素电极，显示一定的灰阶；多晶硅层102的存储电容第一极板区域、设置于存储电容第一极板区域上方的栅极绝缘层、存储电容第二极板107组成了薄膜晶体管像素单元的存储电容，所述存储电容为一MOS电容，但可看做平板电容。当对栅极106施加开启电压时，同时也对所述存储电容进行了充电，当对栅极106施加关闭电压沟道104截止时，存储电容的上的电压可以维持像素单元显示的灰阶直至下一次该薄膜晶体管的栅极106再次施加开启电压，即维持一帧时间内像素单元的正常显示。

但是，如上所述的显示装置，其像素单元的栅极106下方区域的栅极绝缘层和存储电容第二极板107下方栅极绝缘层的厚度是一致的，则会出现下面的问题：

一方面，为了维持一帧时间内像素单元的正常显示，所述存储电容必须足够大，根据平板电容定义公式，如公式①，其中C为电容值，ε为绝缘层的介电常数，S为电容的极板面积，d为电容的两极板距离或者可认为是绝缘层的厚度。

C=εS/d                ①

由公式①可知，当电容的极板面积S越大时，所述电值C越大，或者绝缘层的厚度d越小时，电值C越大。一般地，在显示装置中，存储电容的极板是用金属制成的，如图4所示存储电容第二极板107和栅极106是同一金属层，金属是不透光的，为了保证像素单元的开口率，不能通过增大存储电容极板面积的方式来增大储存电容的值，那么只有设法减小绝缘层的厚度d。

另一方面，薄膜晶体管的设计需要考虑诸多因素如TFT开电流的限制、TFT关电流的限制、电容耦合效应的限制、信号延迟的限制等，参考公式②，为薄膜晶体管的电压-电流公式：

I_ds=μ_eff（ε_insε₀/t_ins）(W/L)[(V_gs-V_th)V_ds-1/2V_ds^2]                 ②

   其中：I_ds为漏极电流；

               μ_eff为等效载流子迁移率；

         t_ins为栅极绝缘层厚度；

         ε_insε₀/t_ins为单位面积栅极绝缘层的电容值；

         W为薄膜晶体管沟道的宽度；

L为薄膜晶体管沟道的长度；

V_gs为栅极电压；

V_th为阈值电压；

V_ds为漏极电压。

考虑诸多设计限制，公式②的各项的取值范围都非常小，栅极绝缘层厚度t_ins即d的取值也是如此，不能因要提高储存电容的值而将绝缘层的厚度d减小；并且随着栅极绝缘层厚度d的减小，栅极106和源极、漏极之间的漏电流会增大，从而影响器件工作特性。

所以现有技术中要增加电容值会牺牲开口率或牺牲TFT工作特性，而没有办法解决通过调整栅极绝缘层105的厚度来平衡TFT器件的工作特性和增大存储电容的值的问题。

发明内容