CN100499082C - 薄膜晶体管基板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种薄膜晶体管基板制造方法，其步骤包括：提供一绝缘基底；在第一道掩膜工艺中，在该绝缘基底上形成预定图案的像素电极与栅极；在第二道掩膜工艺中，形成一源极、一漏极和一沟槽；在该绝缘基底和像素电极上形成一与该漏极接触的金属接触层；在该源极、漏极、沟槽和金属接触层上沉积一钝化层；对钝化层和该金属接触层曝光及显影以形成一钝化层图案和一金属接触层图案。本发明的制造方法可以简化制程，降低成本。本发明还提供一薄膜晶体管基板。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种薄膜晶体管基板制造方法，还涉及一种采用该方法制造的薄膜晶体管基板。
【背景技术】
目前，液晶显示器逐渐取代用于计算器的传统阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)显示器，而且，由于液晶显示器具轻、薄、小等特点，使其非常适合应用于桌上型计算机、膝上型计算机、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、便携式电话、电视和多种办公自动化与视听设备中。液晶面板是其主要元件，其一般包括一薄膜晶体管基板、一彩色滤光片基板和夹在该薄膜晶体管基板与该彩色滤光片基板之间的液晶层。
请参阅图1，是一传统的薄膜晶体管基板100的结构示意图。该薄膜晶体管基板100包括一基底101、一位于基底101上的栅极102、一位于该栅极102和该基底101上的栅极绝缘层103、一位于该栅极绝缘层上103的半导体层104、一位于该半导体层104和该栅极绝缘层103上的源极105与漏极106、一位于该栅极绝缘层103、该源极105和该漏极106上的钝化层107以及一位于该钝化层107上的像素电极108。
请参照图2，是该薄膜晶体管基板100的传统制造方法流程图。该制造方法采用五道掩膜工艺，包括以下步骤：
一、第一道掩膜
(1)形成栅极金属层：提供一绝缘基底，在该绝缘基底上依序形成一栅极金属层和一第一光致抗蚀剂层；
(2)形成栅极图案：以第一道掩膜的图案对该第一光致抗蚀剂层进行曝光显影，从而形成一预定图案；对该栅极金属层进行蚀刻，进而形成一栅极102的图案，移除第一光致抗蚀剂层；
二、第二道掩膜
(3)形成栅极绝缘层、非晶硅层和掺杂非晶硅层：在具有该栅极的绝缘基底上形成一栅极绝缘层103、一非晶硅层、掺杂非晶硅层和一第二光致抗蚀剂层；
(4)形成半导体层图案：以第二道掩膜的图案对该第二光致抗蚀剂层进行曝光显影，从而形成一预定图案；对该掺杂非晶硅层和该非晶硅层进行蚀刻，进而形成具有一预定图案的半导体层104，移除第二光致抗蚀剂层；
三、第三道掩膜
(5)形成源极漏极金属层：在该基底和该半导体层图案上形成一源极漏极金属层和一第三光致抗蚀剂层；
(6)形成源极漏极金属层图案：以第三道掩膜的图案对该第三光致抗蚀剂层进行曝光显影，从而形成一预定图案；对该源极漏极金属层进行蚀刻，进而形成一源极105和一漏极106，移除第三光致抗蚀剂层；
四、第四道掩膜
(7)形成钝化层：在具有该栅极、源极和漏极的基底上沉积一钝化层和一第四光致抗蚀剂层；
(8)形成钝化层图案：以第四道掩膜的图案对该第四光致抗蚀剂层进行曝光显影，从而形成一预定图案；对该钝化层进行蚀刻，进而定义出一钝化层107的图案，移除第四光致抗蚀剂层；
五、第五道掩膜
(9)形成一导体层：在具有该栅极、源极、漏极和钝化层图案的基底上形成一导体层和一第五光致抗蚀剂层；
(10)形成像素电极图案：以第五道掩膜的图案对该第五光致抗蚀剂层进行曝光显影，从而形成一预定图案；对该导体层进行蚀刻，进而定义出一导体层图案，即像素电极图案108，移除第五光致抗蚀剂层。
但是，该方法需要较多掩膜工艺，而掩膜工艺通常较为复杂且成本较高，从而使得制造成本较高，另外，在每一次掩膜工艺的微影生产过程中，灰尘的污染以及曝光的好坏会直接影响整个产品的良率。
【发明内容】
为解决上述薄膜晶体管基板制程复杂和成本较高的问题，有必要提供一种制程简单且成本低的薄膜晶体管基板制造方法。
还提供一种采用上述方法制造的薄膜晶体管基板。
一种薄膜晶体管基板制造方法，其步骤包括：提供一绝缘基底；依次在该绝缘基底上沉积一透明导电金属层和一栅极金属层；在第一道掩膜工艺中，曝光及显影以形成预定图案的像素电极与栅极；在该绝缘基底、像素电极与栅极上依序形成一栅极绝缘层、一非晶硅层、一掺杂非晶硅层和一源极漏极金属层；在第二道掩膜工艺中，对该源极漏极金属层、掺杂非晶硅层和非晶硅层曝光及显影以形成一源极、漏极及一沟槽；在该绝缘基底和像素电极上形成一与该漏极接触的金属接触层；在该源极、漏极、沟槽和金属接触层上沉积一钝化层；对钝化层和该金属接触层曝光及显影以形成一钝化层图案和一金属接触层案。
一种薄膜晶体管基板，其包括一绝缘基底、一设置在该绝缘基底上的像素电极和透明导电金属层、一设置在该透明导电金属层上的栅极、一设置在该栅极上的栅极绝缘层、一设置在该栅极绝缘层上的非晶硅层、掺杂非晶硅层、一设置在该非晶硅层、掺杂非晶硅层上的源极、漏极和一设置在该漏极与像素电极之间的金属接触层，其中该非晶硅层的外轮廓、掺杂非晶硅层的外轮廓和该源极和漏极一起组成的外轮廓重合。
与现有技术相比，本发明之薄膜晶体管基板制造方法由一道掩膜工艺形成栅极图案和像素电极图案，另外，由一道掩膜工艺形成半导体层图案和源极漏极图案，从而节省二道掩膜工艺，制程简化，可有效降低成本。本发明的薄膜晶体管基板采用该方法制造，制程简单。
【附图说明】
图1是现有技术的薄膜晶体管基板结构示意图。
图2是现有技术的薄膜晶体管基板制造方法的流程图。
图3是本发明的薄膜晶体管基板结构示意图。
图4是本发明的薄膜晶体管基板制造方法的流程图。
图5是形成透明导电金属层与栅极金属层的示意图。
图6是形成栅极图案和像素电极图案的示意图。
图7是形成栅极绝缘层、非晶硅、掺杂非晶硅层和源极漏极金属层的示意图。
图8是狭缝光照之后所形成光致抗蚀剂层结构的示意图。
图9是形成栅极绝缘图案、非晶硅图案、掺杂非晶硅图案和源极漏极图案的示意图。
图10是光致抗蚀剂结构被多次侵蚀之后所形成结构的示意图。
图11是形成沟槽和源极漏极的示意图。
图12是形成表面平坦的光致抗蚀剂层的示意图。
图13是表面平坦的光致抗蚀剂层、源极漏极和像素电极上沉积金属接触层的示意图。
图14是移除表面平坦的光致抗蚀剂层形成金属接触层的示意图。
图15是形成钝化层的示意图。
图16是在该钝化层上形成光致抗蚀剂层图案的示意图。
图17是形成钝化层图案及金属接触层图案的示意图。
图18是本发明薄膜晶体管基板制造方法的改进，移除具有凹槽的光致抗蚀剂结构示意图。
图19是移除具有凹槽的光致抗蚀剂结构后在绝缘基底、源极漏极和像素电极上形成光致抗蚀剂层的示意图。
图20是以栅极金属和源极漏极金属为掩膜，从绝缘基底下方进行曝光的示意图。
【具体实施方式】
请参阅图3，是本发明薄膜晶体管基板的一较佳实施方式所揭示的结构示意图。该薄膜晶体管基板200包括一绝缘基底201、一设置在该绝缘基底201上的像素电极212和剩余透明导电金属层215、一设置在该剩余透明导电金属层215上的栅极213、一设置在该栅极213上的栅极绝缘层204、一依序设置在该栅极绝缘层204上的非晶硅层205、掺杂非晶硅层206、源极227和漏极228，一设置在该源极227或漏极228与像素电极212之间的金属接触层218，一设置在该源极227、漏极228和该金属接触层218上的钝化层209。
请参阅图4，是本发明薄膜晶体管基板制造方法一较佳实施方式的流程图。该薄膜晶体管基板200的制造方法包括三道掩膜工艺，其具体步骤如下：
一、第一道掩膜
(1)形成一透明导电金属层和一栅极金属层；
请参阅图5，提供一绝缘基底201，该绝缘基底201可以是玻璃、石英或者陶瓷等绝缘材质；在该绝缘基底201上沉积一透明导电金属层202，该透明导电金属层202可以是铟锡氧化物(Indium TinOxide，ITO)或铟锌氧化物(Indium Zinc Oxide，IZO)；在该透明导电金属层202上沉积一栅极金属层203，其材料可以是铝(Al)系金属、钼(Mo)、铜(Cu)、铬(Cr)或钽(Ta)；在该栅极金属层203上沉积一第一光致抗蚀剂层231。
(2)形成栅极图案和像素电极图案；
请一并参阅图6，以第一道掩膜工艺的图案对准该第一光致抗蚀剂层231上方，以高能光线平行照射该第一光致抗蚀剂层231，再对该第一光致抗蚀剂层231进行显影，从而可以在该第一光致抗蚀剂层231上形成一预定图案，对该栅极金属层203和该透明导电金属层202进行蚀刻以形成预定的栅极213和像素电极212的图案，部分剩余栅极金属层224位于该像素电极212上，部分剩余透明导电金属层215与该栅极213重叠。移除剩余的第一光致抗蚀剂层231，清洗后烘干基底201。
由于该栅极金属层203和该透明导电金属层202位于相邻层次，且栅极213和像素电极212在垂直于该基底201方向并无重叠，所以本步骤采用一道掩膜工艺即可同时形成栅极213和像素电极212的图案，相较于现有技术，可节省一道掩膜，简化制程，降低成本。
二、第二道掩膜
(3)依序形成栅极绝缘层、非晶硅、掺杂非晶硅层和源极漏极金属层；
请一并参阅图7，用化学气相沉积方法，反应气体为硅烷(SiH4)与氨气(NH3)，形成氮化硅(SiNx)构成的栅极绝缘层204；再用化学气相沉积(Chemical Phase Deposition，CVD)方法在该栅极绝缘层204上形成一非晶硅层；再进行一道掺杂工艺，对该非晶硅层进行掺杂，形成非晶硅层205和掺杂非晶硅层206；然后沉积一源极漏极金属层207。其中该源极漏极金属层207材料可以是铝合金、铝(Al)、钼(Mo)、钽(Ta)、或钼钨(Mo W)合金。
(4)狭缝掩膜；
请一并参阅图8及图9，在该源极漏极金属层207上沉积一第二光致抗蚀剂层，以狭缝掩膜(第二道掩膜)制程的图案对准该第二光致抗蚀剂层上方，由高能光线平行照射该第二光致抗蚀剂层，再对该第二光致抗蚀剂层进行显影，从而形成如图8所示的具有一凹槽233的光致抗蚀剂层结构232，显影后该凹槽233处的光致抗蚀剂层较其它剩余的光致抗蚀剂层结构232厚度较小。
具有一凹槽233的光致抗蚀剂层结构232也可以采用其它方式形成如绕射现象来控制不同区域的曝光能量，以控制光致抗蚀剂的厚度；或利用半透明的掩膜利用透过光的能量上的不同，以得到与半透光、不透光掩膜区域对应的不同的光致抗蚀剂厚度。
对该闸极绝缘层204、非晶硅层205、掺杂非晶硅层206及源极漏极金属层207蚀刻，移除闸极绝缘层204、非晶硅层205、掺杂非晶硅层206及源极漏极金属层207的未被光致抗蚀剂层结构232覆盖的部份，形成如图9所示的闸极绝缘图案214、非晶硅图案215、掺杂非晶硅图案216及源极漏极的图案217。
对该具有一凹槽233的光致抗蚀剂层结构232进行蚀刻，移除凹槽233处的光组层，至凹槽233处所对应的光致抗蚀剂层完全消失，使对应于该凹槽233处的源极漏极金属图案217部份暴露出来，形成如图10所示的光致抗蚀剂层结构232。
(6)形成金属接触层；
请一并参阅图12，将该光致抗蚀剂层结构232高温熔融，使部分光致抗蚀剂融入该凹槽233和沟槽243内，形成一表面平坦的光致抗蚀剂层242。
请一并参阅图13，在该暴露的绝缘基底201、像素电极212和光致抗蚀剂层242上沉积一金属层208。
请一并参阅图14，移除该光致抗蚀剂层242和该光致抗蚀剂层242上的金属层208，形成与该漏极228相接触的金属接触层218。
三、第三道掩膜
(7)形成钝化层；
请一并参阅图15，在该源极227、漏极228和该金属接触层218上沉积一层钝化层209。
(8)形成钝化层图案和金属接触层图案；
请一并参阅图16，在该钝化层209上沉积一第三光致抗蚀剂层，以第三道掩膜工艺的图案对准该第三光致抗蚀剂层上方，以高能光线平行照射该第三光致抗蚀剂层，从而可形成预定的光致抗蚀剂图案235；请一并参阅图17，对该钝化层209和金属接触层218依次进行蚀刻，移除该钝化层209和金属接触层218的未覆盖有光致抗蚀剂图案235的部分，再移除该光致抗蚀剂图案235，即可得到使像素电极212外露的薄膜晶体管基板200。
与现有技术相比，该制造方法由一道掩膜工艺形成栅极图案213和像素电极图案212，另外，由一道掩膜工艺形成半导体层图案216和源极227、漏极228图案，从而节省二道掩膜工艺，即本实施方式薄膜晶体管基板200制造方法采用三道掩膜工艺，掩膜次数减少，制程简化，可有效降低成本。
请一并参阅图11和图12，在上述实施方式中该表面平坦的光致抗蚀剂层242是将具有凹槽233的光致抗蚀剂层结构232高温熔融，使部分融入凹槽233和沟槽243而形成，形成该表面平坦的光致抗蚀剂层242的步骤也可以采用其它方式如：将该图11所示的具有凹槽233的光致抗蚀剂层结构232移除，使源极227和漏极228外露(如图18)。请一并参阅图19，在该外露的源极227、漏极228、像素电极212和外露的绝缘基板201上沉积一光致抗蚀剂层333。请一并参阅图20，以该源极327、漏极328与栅极313金属层为掩膜，从该绝缘基板301下方对该光致抗蚀剂层333进行曝光，然后对该光致抗蚀剂层333进行显影，得到如图12所示该源极227和漏极228上形成的一表面平坦的光致抗蚀剂层242。
Claims (10)
1.一种薄膜晶体管基板制造方法，其步骤包括：提供一绝缘基底；依次在该绝缘基底上沉积一透明导电金属层和一栅极金属层；在第一道掩膜工艺中，曝光和显影形成预定图案的像素电极与栅极；在该绝缘基底、像素电极与栅极上依序形成一栅极绝缘层、一非晶硅层、一掺杂非晶硅层和一源极漏极金属层；在第二道掩膜工艺中，对该源极漏极金属层、掺杂非晶硅层和非晶硅层曝光及显影以形成一源极、漏极和一沟槽；在该绝缘基底和像素电极上形成一与该漏极接触的金属接触层；在该源极、漏极、沟槽和该金属接触层上沉积一钝化层；对钝化层和该金属接触层曝光及显影以形成一钝化层图案和一金属接触层图案。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板制造方法，其特征在于：该第二道掩膜工艺包括在该源极漏极金属层上沉积一光致抗蚀剂层，并提供狭缝掩膜对该光致抗蚀剂层曝光及显影以形成一具有凹槽的光致抗蚀剂层结构。
3.如权利要求2所述的薄膜晶体管基板制造方法，其特征在于：该第二道掩膜工艺包括使该具有凹槽的光致抗蚀剂层结构变为表面平坦的光致抗蚀剂层的步骤。
4.如权利要求3所述的薄膜晶体管基板制造方法，其特征在于：该形成表面平坦的光致抗蚀剂层的步骤是将该具有凹槽的光致抗蚀剂层结构高温熔融，使部分光致抗蚀剂融入该凹槽而形成表面平坦的光致抗蚀剂层。
5.如权利要求3所述的薄膜晶体管基板制造方法，其特征在于：该形成表面平坦的光致抗蚀剂层的步骤是将该具有凹槽的光致抗蚀剂层移除，再沉积一层光致抗蚀剂层，以形成的栅极、源极和漏极为掩膜，从绝缘基底的与该栅极、源极和漏极相对的一侧对该沉积的光致抗蚀剂层进行曝光，形成表面平坦的光致抗蚀剂层。
6.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板制造方法，其特征在于：该第一道掩膜工艺包括在该栅极金属层上沉积一光致抗蚀剂层，以一预定图案的掩膜对该光致抗蚀剂层进行曝光及显影，形成预定图案的光致抗蚀剂层。
7.如权利要求6所述的薄膜晶体管基板制造方法，其特征在于：该第一道掩膜工艺包括对该透明导电金属层与栅极金属层进行蚀刻，形成预定图案的像素电极与栅极，去除剩余光致抗蚀剂的步骤。
8.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板制造方法，其特征在于：该源极漏极金属层是采用下列材料之一种：钽、铝合金、铝、钼及钼钨合金。
9.一种薄膜晶体管基板，其包括一绝缘基底、一栅极、一设置在该栅极上的栅极绝缘层、一设置在该栅极绝缘层上的非晶硅层、掺杂非晶硅层、一设置在该非晶硅层、掺杂非晶硅层上的源极和漏极，其特征在于：该非晶硅层的外轮廓、掺杂非晶硅层的外轮廓和与该源极和漏极一起组成的外轮廓重合，该薄膜晶体管基板还包括一设置在该绝缘基底上的像素电极、透明导电金属层和金属接触层，该金属接触层位于漏极与像素电极之间，该栅极绝缘层设置在该透明导电金属层上。
10.如权利要求9所述的薄膜晶体管基板，其特征在于：进一步包括一位于该源极、漏极和金属接触层上的钝化层。
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