CN100452327C - 薄膜晶体管的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种薄膜晶体管的制作方法。首先在基板表面连续形成包含第一导电层、第一绝缘层、半导体层以及含金属的牺牲层的四薄膜层，然后进行蚀刻工艺而同时图案化该四薄膜层，使第一导电层形成栅极电极。接着在基板表面形成第二绝缘层，对含金属的牺牲层进行剥离工艺，同时移除含金属的牺牲层以及第二绝缘层。然后在基板表面形成第二导电层，最后图案化第二导电层，以于半导体层之上分别形成源极与漏极。
Description
技术领域
本发明涉及一种薄膜晶体管的制作方法，特别是涉及一种利用剥离工艺以制作薄膜晶体管的方法。
背景技术
随着科技发展，平面显示器已普遍应用于各种信息产品中，其中尤以薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)液晶显示器(TFT-LCD)的发展最为成熟，因其具有外型轻薄、耗电量少以及无辐射污染等特性，所以被广泛地应用在笔记型计算机(notebook)、个人数字助理(PDA)等携带式信息产品上，甚至已逐渐取代传统阴极射线管显示器。TFT-LCD主要是利用成阵列状排列的薄膜晶体管，配合适当的电容、连接垫等电子元件来驱动液晶像素，以产生丰富亮丽的影像，因此薄膜晶体管为TFT-LCD显示质量的关键元件之一。
薄膜晶体管包括栅极电极、源极、漏极以及用来形成晶体管沟道的半导体层。一般现有薄膜晶体管阵列的工艺共需进行五次光刻工艺，亦即使用五道光掩模以定义出薄膜晶体管等元件的图案。然而，由于光掩模成本影响显示面板工艺成本甚巨，因此为了降低工艺成本，目前显示面板工艺已研究使用包括半透型光掩模的四道光掩模来完成薄膜晶体管阵列的制作。
请参考图1至图4，图1至图4为现有使用四道光掩模制作薄膜晶体管的工艺示意图。如图1所示，首先于透明基板10表面上依序形成第一导电层与光致抗蚀剂层，然后进行第一光刻暨蚀刻(photolithography-etchingprocess)工艺，以形成栅极电极12以及导线图案14。
接着如图2所示，在透明基板10表面依序形成绝缘层16、半导体层18，欧姆接触层20、第二导电层22以及光致抗蚀剂层24。然后如图3所示，使用半透型光掩模(half-tone mask)26，进行第二光刻工艺。其中，半透型光掩模26的半透区对应于栅极电极12上的预定沟道图案处，以图案化光致抗蚀剂层24。
请参考图4，接着利用图案化的光致抗蚀剂层24当作蚀刻屏蔽，对透明基板10依序进行湿式蚀刻与干式蚀刻，移除部分半导体层18、欧姆接触层20以及第二导电层22，以形成半导体岛32、源极28与漏极30。最后再进行数道沉积工艺与第三及第四光刻及蚀刻工艺，而在透明基板10上形成保护层以及电连接于漏极的像素电极，以完成各像素或各次像素中的薄膜晶体管与像素电极制作。
由上述可知，现有薄膜晶体管工艺在第二光刻暨蚀刻工艺中使用半透型光掩模，并利用半透型光掩模的半透区定义出薄膜晶体管的沟道图案，由于沟道图案的尺寸极为精密，因此以半透区定义出沟道图案的半透型光掩模也必须非常精细，其制造成本非常高，为一般光掩模成本的两倍左右，因此工艺成本极高。此外，一旦在利用半透型光掩模进行第二光刻暨蚀刻工艺时，若发生沟道图案的图案转移瑕疵，则会严重影响薄膜晶体管的电性并且难以修补。再者，现有工艺所制作出的薄膜晶体管其源极与漏极电极图案下层都包覆有半导体层，又由于半导体层多为光敏感性质的非晶硅材料所制成，所以容易诱发光漏电流(photo current)，进而影响到薄膜晶体管的电性表现。
为改善上述光漏电流缺点，由Wang等人所提出的美国专利第6,998,640号专利还揭露一种制作具有内岛状(island-in)结构的薄膜晶体管的方法。请参考图5，该专利教导依序在透明基板200表面形成第一导电层210、绝缘层220、半导体层230、欧姆接触层240以及光致抗蚀剂层241。然后进行光刻暨蚀刻工艺以图案化该等薄膜层。接着如图6所示，进行化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)工艺，在透明基板200上全面形成绝缘层，覆盖于透明基板200表面形成保护层250b，以及覆盖于光致抗蚀剂层241表面形成保护层250a。最后如图7所示，进行光致抗蚀剂层241的剥离工艺(lift-off process)，并同时移除保护层250a，以完成半导体岛的制作。之后，便可继续于半导体岛表面制作源极、漏极等元件而完成薄膜晶体管结构。
然而，由于一般光致抗蚀剂材料在50℃时就会有光致抗蚀剂溶剂挥发的情形产生，而当温度到达130℃时，光致抗蚀剂材料即会产生裂解。再者，在Wang等人所教导的工艺中，形成于光致抗蚀剂层241上的保护层250a以CVD工艺所制作，而一般CVD工艺的温度皆大于280℃，因此具有光致抗蚀剂层241的透明基板200在进入CVD反应室形成保护层250a、250b时，会发生裂解现象而污染CVD反应室。所以，Wang等人的专利在实际工艺中具有不可实施的问题，其所教导方法亦无法提供业界研发或量产显示面板的使用。
由上述可知，如何以较低成本且可具体实施的工艺来制作薄膜晶体管，又能有效避免光漏电流的问题，仍为业界亟待解决的问题。
发明内容
因此本发明的主要目的在于提供一种利用剥离工艺以及含金属的牺牲层制作薄膜晶体管的制作方法，以解决上述现有薄膜晶体管工艺高成本以及容易发生光漏电流的问题。
根据本发明的权利要求，揭露一种制造薄膜晶体管的方法。首先在基板表面连续形成四薄膜层，其中该四薄膜层由下至上依序为第一导电层、第一绝缘层、半导体层以及含金属的牺牲层。接着进行蚀刻工艺，以同时图案化该四薄膜层，并使该第一导电层形成栅极电极。然后在基板表面以及含金属的牺牲层表面形成第二绝缘层，对含金属的牺牲层进行剥离工艺，以同时移除含金属的牺牲层以及位于含金属的牺牲层上的第二绝缘层。再在基板表面形成第二导电层，覆盖于半导体层表面，最后图案化第二导电层，以在半导体层之上分别形成源极与漏极。
由于本发明方法同时蚀刻第一导电层、第一绝缘层、半导体层以及含金属的牺牲层，在大部分数据线(data line)下层无半导体层的存在，能有效避免光漏电流的产生，进而提高薄膜晶体管的质量。再者，本发明在半导体层上先形成含金属的牺牲层，再利用对含金属的牺牲层的剥离工艺而同时移除第二绝缘层的方法，可以减少光掩模的使用，能有效降低工艺成本。
附图说明
图1至图4为现有使用四道光掩模制作薄膜晶体管的工艺示意图。
图5至图7为美国专利第6,998,640号专利所揭露的薄膜晶体管工艺示意图。
图8至图14为本发明制作薄膜晶体管的工艺示意图。
图15为本发明制作薄膜晶体管的工艺示意图的另一实施例的示意图。
简单符号说明
10透明基板 12栅极电极
14导线图案 16绝缘层
18半导体层 20欧姆接触层
22第二导电层 24光致抗蚀剂层
26半透型光掩模 28源极
30漏极 32半导体岛
50透明基板 52第一导电层
54第一绝缘层 56半导体层
57半导体岛 58欧姆接触层
60含金属的牺牲层 60a 底牺牲层
60b顶牺牲层 62四薄膜层
64光致抗蚀剂层 64a 半导体岛图案
64b导线图案 66半透型光掩模
66a 半透区 68栅极电极
70导线结构 72a、72b 第二介电层
74a 源极 74b 漏极
76第三绝缘层 78接触孔
80像素电极 82薄膜晶体管
200透明基板 210第一导电层
220绝缘层 230半导体层
240欧姆接触层 241光致抗蚀剂层
250a保护层 250b保护层
具体实施方式
请参考图8至图14，图8至图14为本发明制作薄膜晶体管的工艺示意图。为便于说明，图8至图14仅显示薄膜晶体管的工艺。如图8所示，首先提供透明基板50，其中透明基板50可为玻璃基板、石英基板或塑料基板。接着，在透明基板50表面连续形成四薄膜层62，包含第一导电层52、第一绝缘层54、半导体层56以及含金属的牺牲层60。第一导电层52的材料可包含铝、钼(molybdenum，Mo)、铬(chromium，Cr)、钨、钽(tantalum，Ta)、铜或是上述金属的合金。第一绝缘层54可为氮化硅层或氧化硅层，半导体层56可为非晶硅或微晶硅层，而为了改善半导体层56与之后形成的源极、漏极间的电连接，可选择性在形成金属牺牲层60之前，先于半导体层56表面形成N+掺杂层作为欧姆接触层58，如图8所示。此外，含金属的牺牲层60可为单一层，其材料包括钼、镍(nickel，Ni)或铬。
接着请参考图9，使用半透型光掩模66而进行第一光刻暨蚀刻工艺，以于光致抗蚀剂层64定义出半导体岛图案64a以及导线图案64b，其中，半透型光掩模66的半透区66a对应于导线图案64b。接着利用图案化的光致抗蚀剂层64作为蚀刻屏蔽，对四薄膜层62进行蚀刻，以使半导体层56形成半导体岛57，并使第一导电层形成栅极电极68与导线结构70，如图10所示。其中，导线结构70可作为液晶显示面板的扫描线等导线结构，亦可与其它元件结合当作电容使用。
然后，请参考图11，移除光致抗蚀剂层64，再进行CVD工艺，在透明基板50表面沉积第二绝缘层，其中形成于含金属的牺牲层60上方的第二绝缘层以标号72a表示，而形成于透明基板50表面的第二绝缘层以标号72b表示。值得注意的是，由于之后要对含金属的牺牲层60进行剥离工艺，因此，为了保护栅极电极68，第二绝缘层72b必须完全覆盖栅极电极68的侧壁，以保护栅极电极68。接着，对含金属的牺牲层60进行剥离工艺，举例而言，若含金属的牺牲层60的材料为钼，则剥离工艺可使用铝酸作为剥离剂，例如磷酸、硝酸及醋酸，以通过剥离工艺同时移除含金属的牺牲层60以及设于其上的第二绝缘层72a，如图12所示。
接着请参考图13，在透明基板50表面沉积第二导电层与光致抗蚀剂层(图未示)，然后进行第二光刻暨蚀刻工艺，以在第二导电层上定义出源极74a、漏极74b以及薄膜晶体管的沟道图案。待移除光致抗蚀剂层后，可利用源极74a与漏极74b当作蚀刻屏蔽，对欧姆接触层58进行蚀刻直至半导体层56表面，以完成薄膜晶体管82的制作。
请参考图14，然后在透明基板50表面形成第三绝缘层76作为保护层，接着进行第三光刻暨蚀刻工艺，以在漏极74b上的第三绝缘层76处形成接触孔78。接着，再于透明基板50表面形成透明导电层(图未示)，使透明导电层透过接触孔78电连接于漏极74b，然后进行第四光刻暨蚀刻工艺，以在透明基板50表面形成像素电极80。
值得注意的是，本发明含金属的牺牲层并不限于上述实施例所叙述的材料或结构。在本发明其它实施例中，含金属的牺牲层亦可为复合层，且由不同的金属材料所构成。含金属的牺牲层包含金属氧化膜，例如：铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)、铟锌氧化物(Indium Zinc Oxide，IZO)、铝锌氧化物(Aluminum Zinc Oxide，AZO)、镓锌氧化物(Gallium Zinc Oxide，GZO)等。
请参考图15，图15为本发明另一实施例中制作薄膜晶体管的工艺示意图。在此实施例中，可在透明基板50表面连续形成四薄膜层62，或连续形成第一导电层52、第一绝缘层54、半导体层56、欧姆接触曾58以及含金属的牺牲层60，其中，含金属的牺牲层60可为复合层，包括底牺牲层60a与设于该底牺牲层60a之上的顶牺牲层60b，其中底牺牲层60a的材料包括钛、钼、铬、镍或钨，而顶牺牲层60b的材料包括铝。之后，如本发明第一实施例所述，进行第一光刻暨蚀刻工艺，定义出栅极结构后，在透明基板50表面沉积第二绝缘层(图未示)，并利用剥离工艺，同时移除底牺牲层60a、顶牺牲层60b以及第二绝缘层，便可继续进行薄膜晶体管的制作。
相较于现有技术，在半导体层上制作薄膜晶体管的本发明采用先形成含金属的牺牲层，再利用对含金属的牺牲层的剥离工艺而同时移除第二绝缘层的方法，可以减少光掩模的使用，能有效降低工艺成本，且能提供大部分数据线(data line)下层无半导体层存在的结构，能有效避免产生光漏电流，而使薄膜晶体管具有较稳定的质量。此外，由于本发明半透型光掩模的半透区用来定义导线图案，因此所使用的半透型光掩模不需像现有技术以半透区定义沟道图案时那么精密。再者，即使以半透区定义导线图案时发生图案转移瑕疵，对整体面板的影响也较小，所以本发明方法可大幅降低光掩模成本和提高薄膜晶体管质量，进而提供优选质量的液晶显示面板。此外，本发明制作薄膜晶体管的方法并不限应用于液晶显示面板，凡是具有薄膜晶体管的显示面板或装置(例如有机显示面板)皆可应用本发明精神，以较少次数的光刻工艺与较低成本制作出具有良好质量的薄膜晶体管阵列。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (14)
1、一种制造薄膜晶体管的方法，其包括：
在基板表面连续形成四薄膜层，所述四薄膜层由下至上依序为第一导电层、第一绝缘层、半导体层以及含金属的牺牲层；
进行蚀刻工艺，以同时图案化所述四薄膜层，并使所述第一导电层形成栅极电极；
在所述基板表面以及所述含金属的牺牲层表面形成第二绝缘层；
对所述含金属的牺牲层进行剥离工艺，以同时移除所述含金属的牺牲层以及位于所述含金属的牺牲层上的所述第二绝缘层；
在所述基板表面形成第二导电层，所述第二导电层覆盖于所述半导体层之上；以及
图案化所述第二导电层，以在所述半导体层之上分别形成源极与漏极。
2、如权利要求1所述的方法，其中所述第二绝缘层完全覆盖所述栅极电极的侧壁。
3、如权利要求1所述的方法，其中所述含金属的牺牲层为单一层，其材料包括钼、镍或铬。
4、如权利要求3所述的方法，其中当所述含金属的牺牲层的材料为钼时，所述剥离工艺使用铝酸作为剥离剂。
5、如权利要求4所述的方法，其中所述铝酸包括磷酸、硝酸及醋酸。
6、如权利要求1所述的方法，其中所述含金属的牺牲层为复合层，其包括底牺牲层与设于所述底牺牲层上的顶牺牲层。
7、如权利要求6所述的方法，其中所述底牺牲层的材料包括钛、钼、铬、镍或钨。
8、如权利要求6所述的方法，其中所述顶牺牲层的材料包括铝。
9、如权利要求1所述的方法，其中所述第二绝缘层利用化学气相沉积工艺形成。
10、如权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻工艺还在所述基板上的导线区形成导线结构，而所述导线结构包括所述第一导电层。
11、如权利要求10所述的方法，其中所述方法利用半透型光掩模定义出所述栅极电极与所述导线结构的图案，再进行所述蚀刻工艺。
12、如权利要求11所述的方法，其中所述半透型光掩模的半透区对应于所述导线结构。
13、如权利要求1所述的方法，其中所述含金属的牺牲层的材料包括铟锡氧化物、铟锌氧化物、铝锌氧化物或镓锌氧化物。
14、一种制造薄膜晶体管的方法，其包括：
在基板表面上由下至上连续形成第一导电层、第一绝缘层、半导体层、欧姆接触层以及含金属的牺牲层；
进行蚀刻工艺，以同时图案化所述第一导电层、第一绝缘层、半导体层、欧姆接触层以及含金属的牺牲层，并使所述第一导电层形成栅极电极；
在所述基板表面以及所述含金属的牺牲层表面形成第二绝缘层；
对所述含金属的牺牲层进行剥离工艺，以同时移除所述含金属的牺牲层以及位于所述含金属的牺牲层上的所述第二绝缘层；
在所述基板表面形成第二导电层，所述第二导电层覆盖于所述欧姆接触层之上；以及
图案化所述第二导电层和欧姆接触层，以在所述半导体层之上分别形成源极与漏极。
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