CN100570896C - 薄膜晶体管、主动阵列基板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄膜晶体管、具有该薄膜晶体管的主动阵列基板及其制造方法。该薄膜晶体管包括：一基底，具有一凹槽；一栅极，位于该凹槽内，该栅极的上表面大体呈弧状；一栅绝缘层，位于该栅极上，其中至少部份该栅绝缘层位于该凹槽内；一通道层，位于该栅绝缘层上；以及一源极以及一漏极，位于该通道层上并分别对应该栅极的两侧。

Description

薄膜晶体管、主动阵列基板及其制造方法

技术领域

本发明是有关于一种主动阵列基板及其制造方法，特别是关于一种具有导线埋入基底的结构的主动阵列基板。

背景技术

针对多媒体社会的急速进步，多半受惠于半导体组件或显示装置的飞跃性进步。就显示器而言，具有高画质、空间利用效率佳、低消耗功率、无辐射等优越特性的薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，TFT-LCD)已逐渐成为市场的主流。

薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)主要由薄膜晶体管阵列、彩色滤光片和液晶层所构成，其中薄膜晶体管阵列是由多个阵列排列的薄膜晶体管以及与每一个薄膜晶体管对应配置的象素电极(pixel electrode)所组成。而薄膜晶体管用来作为液晶显示单元的开关组件。此外，为了控制个别的象素单元，通常会经由扫描配线(scan line)与数据配线(date line)以选取特定的象素，并藉由提供适当的操作电压，以显示对应此象素的显示数据。

随着将薄膜晶体管液晶显示器的尺寸设计成越来越大，阻容迟滞(RC delay)的问题便越来越严重，故低阻值的导线使用的研究便逐渐成为趋势。其中以铜导线的开发最为受重视，但是在使用铜导线的工艺会产生诸多问题，例如：(1)铜与玻璃间有附着性问题；(2)在对铜进行蚀刻工艺时，会有铜残留或边角度(taper)不佳等问题；(3)在进行铜导线上光阻的去光阻工艺时，铜导线易受去光阻剂的侵蚀；以及(4)铜的扩散问题，譬如是垂直方向穿刺或是平行方向延伸等问题。

此外，薄膜晶体管液晶显示器的主动阵列基板，由多层层体组成且目前如何薄型化薄膜晶体管液晶显示器也为另一趋势，故如何薄型化薄膜晶体管液晶显示器为另一个研讨的议题。

发明内容

本发明提供一种薄膜晶体管，具有一栅极，该栅极与基底之间具有较佳的附着性，其中该基底具有一凹槽以容纳该栅极。

本发明提供一种薄膜晶体管，具有一源极及漏极，源极及漏极的材质举例为铜、钼、钛、铬或上述组合，位于该源极及/或漏极上的一保护层具有开口，使得不连续的导体层经由该开口与该源极及/或漏极接触，该导体层的材质举例为铜、银、铝或上述组合。

本发明提供一种薄膜晶体管，包括：一基底，具有一凹槽；一栅极，位于该凹槽内，该栅极的上表面大体呈弧状；一栅绝缘层，位于该栅极上，其中至少部份该栅绝缘层位于该凹槽内；一通道层，位于该栅绝缘层上；以及一源极以及一漏极，位于该通道层上并分别对应该栅极的两侧。

本发明提供一种主动阵列基板，包括上述薄膜晶体管。

本发明提供一种制造薄膜晶体管的方法，包括：提供一基底；形成一图案化光阻层于该基底上，该图案化光阻层具有一开口；以该图案化光阻层为屏蔽，蚀刻该基底以形成一凹槽；全面形成一导体材料层于该图案化光阻层以及该基底上；去除位于该图案化光阻层上的该导体材料层；去除该图案化光阻层；形成一栅极于该凹槽内，该栅极的上表面大体呈弧状；形成一栅绝缘层于该栅极上，其中至少部份该栅绝缘层位于该凹槽内；形成一通道层于该栅绝缘层上；以及形成一源极以及一漏极，位于该通道层上并分别对应该栅极的两侧。

本发明提供一种制造主动阵列基板的方法，包括：提供一基底；形成一图案化光阻层于该基底上，该图案化光阻层；以该图案化光阻层为屏蔽，蚀刻该基底以形成一凹槽；全面形成一导体材料层于该图案化光阻层以及该基底上；去除位于该图案化光阻层上的该导体材料层；去除该图案化光阻层；形成至少一扫描线于该凹槽内；形成至少一数据线，与该扫描线垂直；形成至少一薄膜晶体管，与对应的该扫描线以及该数据线电性连接，该薄膜晶体管包括一栅绝缘层，其中至少部份该栅绝缘层位于该凹槽内；以及形成至少一象素电极，与该薄膜晶体管连接。

本发明的目的是提供一种较薄的薄膜晶体管。

本发明的目的是提供一种较薄的薄膜晶体管，薄膜晶体管的栅极与基底之间具有较佳的附着性。

本发明的目的是提供一种较薄的薄膜晶体管，该薄膜晶体管的漏极为多层结构，漏极不会穿刺至掺杂半导体层或通道层。

本发明的目的是提供一种薄膜晶体管的制作方法，避免去光阻工艺时，去光阻剂会蚀刻栅极、源极及/或漏极的问题。

本发明的目的是提供一种主动阵列基板的制作方法，避免去光阻工艺时，去光阻剂会蚀刻栅极、连接垫电极、连接电极、扫描线、源极、漏极及/或数据线之问题。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1A、2A、3A、4A、5A、6A、7A、8A、9A、10A及11A为本发明一实施例的主动阵列基板的制造方法步骤对应的上视图；

图1B及1C分别为图1A沿剖面线I-I’及II-II’的剖面图；

图2B及2C分别为图2A沿剖面线I-I’及II-II’的剖面图；

图3B及3C分别为图3A沿剖面线I-I’及II-II’的剖面图；

图4B及4C分别为图4A沿剖面线I-I’及II-II’的剖面图；

图5B及5C分别为图5A沿剖面线I-I’及II-II’的剖面图；

图6B及6C分别为图6A沿剖面线I-I’及II-II’的剖面图；

图7B、7C及7D分别为图7A沿剖面线I-I’、II-II’及III-III’的剖面图；

图8B、8C及8D分别为图8A沿剖面线I-I’、II-II’及III-III’的剖面图；

图9B、9C及9D分别为图9A沿剖面线I-I’、II-II’及III-III’的剖面图；

图10B、10C及10D分别为图10A沿剖面线I-I’、II-II’及III-III’的剖面图；

图11B、11C及11D分别为图11A沿剖面线I-I’、II-II’及III-III’的剖面图；以及

图12为本发明的液晶显示面板。

【主要组件符号说明】

1     液晶显示面板

10    主动组件阵列基板

100                基底

101                图案化光阻层

102                图案化光阻层

110、110a、110b    导体材料层

111a               扫描线

111b               共通线

112                栅绝缘层

113                通道层

114                掺杂半导体层

115                保护层

120                数据线

130                导体材料层

131                导体层

132                连接电极

133                导体层

140                象素电极

141                保护电极

142                保护电极

20                 对向基板

30                 液晶层

C1、C2             凹槽

C3、C4、C5         接触洞

D                  漏极

D1                 漏极层

G                  栅极

L                  连接垫电极

P1、P2             大气电浆蚀刻

S                  源极

S1                 源极层

s、s”             方向

具体实施方式

第1A、2A、3A、4A、5A、6A、7A、8A、9A、10A及11A为本发明一实施例主动阵列基板的制造方法的步骤对应上视图，为方便说明及理解，上视图选择性地以透视方式表现。

请参照图1A至图1C。图1B及1C分别为图1A沿剖面线I-I’及II-II’的剖面图。须特别注意的是，剖面线I-I’对应的位置为制造主动阵列基板薄膜晶体管处。如图1B及1C图所示，首先，提供基底100，然后于基底100上形成图案化光阻层101。

请参照图2A至图2C。图2B及2C分别为图2A沿剖面线I-I’及II-II’的剖面图。以该图案化光阻层101为屏蔽，蚀刻该基底100以形成凹槽C1及C2，凹槽C1对应后续形成栅极、数据线以及连接垫电极，而凹槽C2对应后续形成共通线。其中蚀刻该基底100以形成该凹槽C1、C2的步骤是利用干蚀刻或湿蚀刻，在本实施例中，该干蚀刻包括大气电浆蚀刻(atmospheric plasmaetching)P1沿着方向s或与方向s相反之方向s’对该基底100扫描而进行蚀刻，以大气电浆蚀刻的优点为成本低廉且简单。蚀刻该基底100以形成该凹槽C1、C2的蚀刻种类或蚀刻方向并不局限。凹槽C1、C2的深度大约为

(埃)至

(埃)。完成此步骤后的图案化光阻层101对应该凹槽C1、C2处的下表面为底切状(under-cut)。

请参照图3A至图3C。图3B及3C分别为图3A沿剖面线I-I’及II-II’的剖面图。全面形成一导体材料层110于该图案化光阻层101以及该基底上，导体材料层110的材料举例为铜、银、铝或上述组合，故对应图案化光阻层101以及凹槽C1、C2处会有不连续的导体材料层110，如图3B、3C所示，凹槽C1内会有导体材料层110a，图案化光阻层101上会有导体材料层110b，凹槽C2内会有导体材料层110c(如图4A所示)。此外导体材料层110也可为两层或三层结构，譬如第一层位于该基底上以及一第二层位于该第一层上或者是再加上第三层位于该第二层上，第一层及/或第三层材质举例为铜、钼、钛、铬或上述组合，第二层材质举例为铜、银、铝或上述组合。

请参照图4A至4C。图4B及4C分别为图4A沿剖面线I-I’及II-II’的剖面图。去除位于该图案化光阻层101上的该导体材料层110b，在本实施例中，去除位于该图案化光阻层101上的该导体材料层110b的步骤举例是利用气体-固态轰击工艺(gas-solid shooting)，利用气体-固态轰击工艺的优点为省略传统导线湿蚀刻工艺，且因为凹槽C1、C2存在的缘故，不会有导线残留在非导线区的问题。

请参照图5A至5C。图5B及5C分别为图5A沿剖面线I-I’及II-II’的剖面图。去除该图案化光阻层101，故栅极G、扫描线111a、连接垫电极L以及共通线111b便被形成，栅极G、扫描线111a、连接垫电极L以及共通线111b的上表面大体呈弧状，因为栅极G、扫描线111a、连接垫电极L以及共通线111b位于凹槽C1、C2中，故利用去光阻剂去除图案化光阻层101时，栅极G、扫描线111a、连接垫电极L以及共通线111b便不易受到侵蚀。如图5A所示，除了栅极G、扫描线111a、连接垫电极L以及共通线111b的部份，基底100被暴露出来。

请参照图6A至图6C。图6B及6C分别为图6A沿剖面线I4’及II-II’的剖面图。形成栅绝缘层112于栅极G、扫描线111a、连接垫电极L、共通线111b以及基底100上，至少部份栅绝缘层112位于凹槽C1、C2内；然后于对应薄膜晶体管处的栅绝缘层112上形成信道层113，信道层113的材料举例为半导体材料，例如为非晶硅。接下来，对应于栅极G的两侧选择性形成掺杂半导体层114，然后，源极层S1以及漏极层D1于掺杂半导体层114上，源极层S1以及漏极层D1位于该通道层113上并分别对应该栅极G的两侧，并同时形成数据线120以及数据连接垫电极(未标示)，源极层S1、漏极层D1以及数据线120的材料举例为铜、钼、钛、铬或上述组合。在完成此步骤后，薄膜晶体管便被完成，栅极G与对应的扫描线111a连接，源极层S1与对应的数据线120连接。

请参照图7A至图7D。图7B、7C及7D分别为图7A沿剖面线I-I’、II-II’及III-III’的剖面图。全面形成保护层115于数据线120、源极层S1、漏极层D1以与门绝缘层112上，然后于该保护层115上形成图案化光阻层102，依序如图7B至图7D所示，图案化光阻层102的多个开口对应后续的薄膜晶体管-象素电极140的接触洞C3、连接垫电极L上的接触洞C4以及数据线120上的接触洞C5而暴露至少部分保护层115。

请参照图8A至图8D。图8B、8C及8D分别为图8A沿剖面线I-I’、II-II’及III-III’的剖面图。接下来，利用类似上述形成凹槽C1、C2的概念，以该图案化光阻层102为屏蔽，蚀刻该保护层115以形成接触洞C3及C5以分别暴露出漏极层D1以及数据线120，以及同时蚀刻该保护层115以与门绝缘层112以形成接触洞C4来暴露出连接垫电极L，形成接触洞C3、C4以及C5的步骤是利用干蚀刻或湿蚀刻，在本实施例中，该干蚀刻包括大气电浆蚀刻(atmospheric plasma etching)P2沿着方向s或与方向s相反的方向s’扫描而进行蚀刻，以大气电浆蚀刻的优点为成本低廉且简单，蚀刻种类或蚀刻方向并不局限，完成此步骤后的图案化光阻层102对应接触洞C3、C4以及C5处的下表面为底切状(under-cut)。

请参照图9A至图9D。图9B、9C及9D分别为图9A沿剖面线I-I’、II-II’及III-III’的剖面图。全面形成导体材料层130于图案化光阻层102、漏极层D1、连接垫电极L以及数据线120上，其中漏极层D1以及位于漏极层D1上的导体层131定义为薄膜晶体管的漏极D，连接垫电极L上的导体材料层为连接电极132，数据线120上为导体层133。导体材料层130的材料举例为铜、银、铝或上述组合。选择性地，也可在源极层S1上形成导体材料层使其成为多层结构的源极S。，当然，导体材料层130也可为双层结构，方法为依序形成第一层以及第二层即可，第一层举例为铜、银、铝或上述组合，第二层举例为铜、钼、钛、铬或上述组合。因为导体材料层130与掺杂半导体层114或通道层113之间具有源极层S1或漏极层D1，故导体材料层130向下穿刺而影响掺杂半导体层114或通道层113的问题可被避免或是降低发生机率。

请参照图10A至图10D。图10B、10C图及10D图分别为图10A沿剖面线I-I’、II-II’及III-III’的剖面图。去除位于该图案化光阻层102上的该导体材料层130，在本实施例中，去除位于该图案化光阻层102上的该导体材料层130的步骤举例是利用气体-固态轰击工艺(gas-solid shooting)，利用气体-固态轰击工艺的优点为省略传统导线湿蚀刻工艺，且因为接触洞C3、C4及C5存在的缘故，不会有导线残留在非导线区的问题。

请参照图11A至图11D。图11B、11C及11D分别为图11A沿剖面线I-I’、II-II’及III-III’的剖面图。利用去光阻剂去除该图案化光阻层102后，如图11B、11C及11D所示，形成象素电极140、保护电极141以及142。象素电极140、保护电极141以及142的形成方式举例可为全面形成透明导电层，举例为氧化铟锡、氧化铟锌或上述组合，然后利用光阻曝光显影蚀刻工艺来形成。象素电极140是藉由接触洞C3与漏极D接触以电性连接，保护电极141以及142分别位于连接电极132以及导体层133上。

如此，主动组件阵列基板10便完成。因为主动组件阵列基板10具有凹槽C1、C2来容纳导线，故可薄化主动组件阵列基板10，此外导体材料残留在非导线区的问题也可解决。

如图12所示，液晶显示面板1包括上述主动组件阵列基板10、对向基板20以及夹设于其间的液晶层30。对向基板20举例为彩色滤光片基板。

对于制造主动组件阵列基板10的方法来说，除了上述实施例说明的各个步骤外，可以选择性地将形成栅绝缘层112的步骤前的步骤，以现有方式制作，而不形成凹槽C1、C2，而仅仅使用如上述实施例说明中的形成栅绝缘层112的步骤后的步骤(对应图6A至图11D)；或者是，将形成栅绝缘层112的步骤后的步骤，以现有方式制作，而仅仅使用如上述实施例说明中的形成栅绝缘层112的步骤后的步骤(对应图1A至图5C)，保留凹槽C1、C2的形成方式。

虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (26)

1.一种薄膜晶体管，其特征在于，包括：

一基底，具有一凹槽；

一栅极，位于该凹槽内，该栅极的上表面大体呈弧状；

一栅绝缘层，位于该栅极上，其中至少部份该栅绝缘层位于该凹槽内；

一通道层，位于该栅绝缘层上；以及

一源极以及一漏极，位于该通道层上并分别对应该栅极的两侧。

2.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，该栅极的材质包括铜、银、铝或上述组合，其中该源极以及该漏极的材质包括铜、钼、钛、铬、银、铝或上述组合，其中该凹槽的深度为2000

至7000

3.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，该栅极包括一第一层位于该基底上以及一第二层位于该第一层上，其中该第二层的材质包括铜、银、铝或上述组合，其中该第一层的材质包括铜、钼、钛、铬或上述组合。

4.如权利要求3所述的薄膜晶体管，其特征在于，更包括一第三层位于该第二层上，其中该第三层的材质包括铜、钼、钛、铬或上述组合。

5.一种主动阵列基板，包括：

一基底，具有至少一凹槽；

至少一扫描线，位于该凹槽内；

至少一数据线，与该扫描线垂直；

至少一薄膜晶体管，与对应的该扫描线以及该数据线电性连接，该薄膜晶体管包括：

一栅极，位于该凹槽内，该栅极的上表面大体呈弧状；

一栅绝缘层，其中至少部份该栅绝缘层位于该凹槽内；以及

一源极以及一漏极，该源极以及该漏极的材质包括铜、钼、钛、铬、银、铝或上述组合；以及

至少一象素电极，与该薄膜晶体管连接。

6.如权利要求述的主动阵列基板，其特征在于，其中该凹槽深度为2000至7000

，其中该扫描线的材质包括铜、银、铝或上述组合。

7.如权利要求5所述的主动阵列基板，其特征在于，该扫描线包括一第一层位于该基底上以及一第二层位于该第一层上，其中该第二层的材质包括铜、银、铝或上述组合，其中该第一层的材质包括钼、钛、铬或其组合。

8.如权利要求7所述的主动阵列基板，其特征在于，该扫描线还包括一第三层位于该第二层上，该第三层的材质包括钼、钛、铬或其组合。

9.如权利要求5所述的主动阵列基板，其特征在于，该基底更具有一另一凹槽，该主动阵列基板更包括一共通线位于该另一凹槽内。

10.如权利要求5所述的主动阵列基板，其特征在于，还包括：

一连接垫电极与该扫描线电性连接，位于该凹槽内；

一连接电极位于该连接垫电极上；以及

一保护电极位于该连接电极上。

11.如权利要求5所述的主动阵列基板，其特征在于，还包括一保护层，位于该数据线上，该保护层具有一开口以暴露出该数据线；以及

一导体层位于该保护层上并藉由该开口与该数据线电性连接，其中该导体层的材质包括铜、银、铝或其组合。

12.一种制造薄膜晶体管的方法，包括：

提供一基底，该基底具有一凹槽；

形成一栅极于该凹槽内，该栅极的上表面大体呈弧状；

形成一栅绝缘层于该栅极上，其中至少部份该栅绝缘层位于该凹槽内；

形成一通道层于该栅绝缘层上；以及

形成一源极以及一漏极，位于该通道层上并分别对应该栅极的两侧。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括形成一掺杂半导体层，位于该源极以及该通道层之间，以及该漏极以及该通道层之间。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在形成该栅极的步骤前，还包括：

形成一图案化光阻层于该基底上，该图案化光阻层具有一开口；

以该图案化光阻层为屏蔽，蚀刻该基底以形成该凹槽；

全面形成一导体材料层于该图案化光阻层以及该基底上；

去除位于该图案化光阻层上的该导体材料层；以及

去除该图案化光阻层。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，蚀刻该基底以形成该凹槽的步骤是利用干蚀刻或湿蚀刻，其中该干蚀刻包括大气电浆蚀刻。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，去除位于该图案化光阻层上的该导体材料层的步骤是利用气体-固态轰击工艺。

17.如权利要求12所述的方法，其特征在于，该栅极的材质包括铜、银、铝或上述组合，其中该凹槽的深度为2000

至7000该图案化光阻层对应该凹槽处的下表面为底切状。

18.一种制造主动阵列基板的方法，其特征在于，包括：

提供一基底，该基底具有一凹槽；

形成一栅极于该凹槽内，该栅极的上表面大体呈弧状；

形成至少一扫描线于该凹槽内；

形成至少一数据线，与该扫描线垂直；

形成至少一薄膜晶体管，与对应的该扫描线以及该数据线电性连接，该薄膜晶体管包括一栅绝缘层，其中至少部份该栅绝缘层位于该凹槽内；以及

形成至少一象素电极，与该薄膜晶体管连接。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，该基底还具有一另一凹槽，该方法还包括形成一共通线位于该另一凹槽内。

20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，更包括：

形成一连接垫电极于该凹槽内，该连接垫电极与对应的该扫描线电性连接；

形成一连接电极于该连接垫电极上；以及

形成一保护电极于该连接垫电极上，其中该保护电极与该象素电极为同时形成。

21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，于形成该至少一扫描线的步骤前，更包括：

形成一图案化光阻层于该基底上；

以该图案化光阻层为屏蔽，蚀刻该基底以形成该凹槽，该图案化光阻层对应该凹槽处的下表面为底切状；

全面形成一导体材料层于该图案化光阻层以及该基底上；

去除位于该图案化光阻层上的该导体材料层；以及

去除该图案化光阻层。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，蚀刻该基底以形成该凹槽的步骤是利用干蚀刻或湿蚀刻，其中该干蚀刻包括大气电浆蚀刻，其中去除位于该图案化光阻层上的该导体材料层的步骤是利用气体固态轰击工艺。

23.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括：

形成一保护层于该数据线上；

于该保护层上形成一图案化光阻层；

以该图案化光阻层为屏蔽，蚀刻该保护层以形成一开口暴露出该数据线；

形成一导体材料层于该图案化光阻层上并藉由该开口与该数据线电性连接；

去除位于该图案化光阻层上的该导体材料层以形成一导体层于该数据线上；以及

去除该图案化光阻层。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，蚀刻该保护层以形成该开口的步骤是利用大气电浆蚀刻，其中去除位于该图案化光阻层上的该导体材料层的步骤是利用气体固态轰击工艺。

25.如权利要求18所述的方法，其特征在于，在形成该象素电极的步骤前，还包括：

形成一保护层于该薄膜晶体管上；

形成一图案化光阻层于该保护层上；

利用该图案化光阻层为屏蔽，蚀刻该保护层以形成一接触洞以暴露出该薄膜晶体管的一漏极；以及

去除该图案化光阻层。

26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，该象素电极藉由该接触洞与该漏极电性连接，且其中蚀刻该保护层以形成该接触洞是利用大气电浆蚀刻。

Images