CN103247532A

CN103247532A - 薄膜晶体管及其制作方法及显示器

Info

Publication number: CN103247532A
Application number: CN2012100327847A
Authority: CN
Inventors: 李冠锋
Original assignee: Innolux Shenzhen Co Ltd; Chi Mei Optoelectronics Corp
Current assignee: Innocom Technology Shenzhen Co Ltd; Innolux Shenzhen Co Ltd; Chi Mei Optoelectronics Corp
Priority date: 2012-02-14
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2032-02-14
Also published as: CN103247532B

Abstract

本发明公开了一种薄膜晶体管的制作方法包括：提供一基板；在基板上依序形成一栅极、一栅绝缘层覆盖栅极、一主动层；在主动层上形成一导电层包括一源极、一漏极以及一位于源极与漏极之间的分隔部；在导电层上形成一第一光阻层，第一光阻层覆盖源极与漏极，并暴露出分隔部；使分隔部氧化而形成一绝缘金属氧化物层，以电性隔离源极与漏极；以及移除第一光阻层。本发明通过在刻蚀(连接源极与漏极的)分隔部时保留分隔部，然后再氧化分隔部的方式电性隔离源极与漏极，以避免刻蚀工艺损害分隔部下的主动层。

Description

薄膜晶体管及其制作方法及显示器

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管，且特别是有关于一种底栅极薄膜晶体管。

背景技术

随着显示科技的日益进步，人们借着显示器的辅助可使生活更加便利，为求显示器轻、薄的特性，促使平面显示器(flat panel display，FPD)成为目前的主流。在诸多平面显示器中，液晶显示器(liquid crystal display，LCD)具有高空间利用效率、低消耗功率、无辐射以及低电磁干扰等优越特性，因此，液晶显示器深受消费者欢迎。

液晶显示器主要是由主动阵列基板、彩色滤光基板与位于两基板之间的液晶层所构成。主动阵列基板具有主动区以及周边电路区。主动阵列位于主动区内，而具有多个底栅极薄膜晶体管的驱动电路则位于周边电路区内。

在现有技术中，底栅极薄膜晶体管的工艺会遭遇到一些问题，例如在形成源极与漏极时，容易损伤位于其下的主动层，以致于背通道受损。

发明内容

本发明一实施例提供一种薄膜晶体管的制作方法包括：提供一基板；在基板上形成一栅极；在基板上形成一栅绝缘层覆盖栅极；在栅绝缘层上形成一主动层，其中主动层位于栅极上方；在主动层上形成一导电层，导电层包括一源极、一漏极以及一位于源极与漏极之间的分隔部；在导电层上形成一第一光阻层，第一光阻层覆盖源极与漏极，并暴露出分隔部；使分隔部氧化而形成一绝缘金属氧化物层，以电性隔离源极与漏极；以及移除第一光阻层。

本发明另一实施例提供一种薄膜晶体管包括：一基板；一栅极，配置于基板上；一栅绝缘层，配置于基板上并覆盖栅极；一主动层，配置于栅绝缘层上并位于栅极上方；一源极与一漏极，配置于主动层上且位于栅极的相对两侧，其中源极与漏极以一沟槽分隔；以及一绝缘金属氧化物层，配置于主动层上，并填入沟槽中，且源极与漏极包括绝缘金属氧化物层所对应的金属。

本发明一实施例提供一种显示器，包括：一薄膜晶体管基板，设有多个前述实施例的薄膜晶体管；一基板，与薄膜晶体管基板相对设置；以及一显示介质，形成于薄膜晶体管基板与基板之间。

本发明通过在刻蚀(连接源极与漏极的)分隔部时保留分隔部，然后再氧化分隔部的方式电性隔离源极与漏极，以避免刻蚀工艺损害分隔部下的主动层。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1A至图1H绘示本发明一实施例的薄膜晶体管的工艺剖面图。

图2绘示本发明另一实施例的薄膜晶体管的工艺剖面图。

图3A至图3F绘示本发明一实施例的薄膜晶体管的工艺剖面图。

图4绘示本发明另一实施例的薄膜晶体管的工艺剖面图。

图5绘示本发明一实施例的显示器的剖面图。

附图标号：

100～薄膜晶体管；

110～基板；

120～栅极；

130～栅绝缘层；

140～主动层；

150～导电材料层；

150a～导电层；

152～源极；

154～漏极；

156～分隔部；

156a～薄分隔部；

160、160a～氧化硅层；

170～含氧光阻材料层；

170a～含氧光阻盖层；

170b～含氧光阻层；

172～沟槽；

180～绝缘金属氧化物层；

190～绝缘保护层；

192～开口；

310～光阻层；

500～显示器；

510～薄膜晶体管基板；

520～基板；

530～显示介质；

A1～不透光区；

A2～半透光区；

A3～全透光区；

C～导电层；

M～半调式掩膜；

T1、T2、T3～厚度。

具体实施方式

以下将详细说明本发明实施例的制作与使用方式。然应注意的是，本发明提供许多可供应用的发明概念，其可以多种特定型式实施。文中所举例讨论的特定实施例仅为制造与使用本发明的特定方式，非用以限制本发明的范围。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关连性。再者，当述及一第一材料层位于一第二材料层上或之上时，包括第一材料层与第二材料层直接接触或间隔有一或更多其他材料层的情形。在图式中，实施例的形状或是厚度可扩大，以简化或是方便标示。再者，图中未绘示或描述的元件，为本领域技术人员所知的形式。

图1A至图1H绘示本发明一实施例的薄膜晶体管的工艺剖面图。请参照图1A，提供一基板110，例如一玻璃基板。接着，在基板110上形成一栅极120以及一覆盖栅极120的栅绝缘层130。在一实施例中，栅极120的材质可包括铝(Al)与钼(Mo)、或是其他适合的导电材料。栅绝缘层130的材质例如为二氧化硅或是其他具有高介电常数的介电材料。

然后，在栅绝缘层130上形成一主动层140，其中主动层140位于栅极120上方。主动层140的材质例如为铟镓锌氧化物(IGZO，indium-gallium-zinc-oxide)、或是其他适于作为主动层的半导体材料。

接着，在栅绝缘层130上形成一覆盖主动层140的导电材料层150。导电材料层150的材质可包括铝、钼、钛、铜、或是其他适合的导电材料。在本实施例中，导电材料层150的材质包括铝。在一实施例中，可选择性地以物理气相沉积法或是化学气相沉积法在导电材料层150上形成一氧化硅层160。

然后，可在氧化硅层160上形成一含氧光阻材料层170。含氧光阻材料层170的材质例如包括一感光性的有机无机混成材料，且其中的无机材料包括硅氧烷(siloxane)，有机材料包括压克力树脂。

之后，请同时参照图1A与图1B，利用一半调式掩膜M对含氧光阻材料层170进行一光刻工艺，以图案化含氧光阻材料层170而形成一含氧光阻盖层170a。半调式掩膜M具有不透光区A1、半透光区A2(透光率可为1％～99％)、全透光区A3。经过光刻工艺所形成的含氧光阻盖层170a位于栅极120上方且具有未贯穿含氧光阻盖层170a的一沟槽172，含氧光阻盖层170a暴露出氧化硅层160与导电材料层150的位于主动层140外围的部份。

然后，请参照图1C，以含氧光阻盖层170a为刻蚀掩膜图案化导电材料层150与氧化硅层160，以形成导电层150a与氧化硅层160a。导电层150a包括一源极152、一漏极154以及一位于源极152与漏极154之间的分隔部156，其中沟槽172位于分隔部156正上方。

接着，请参照图1D，例如对含氧光阻盖层170a进行一电浆灰化工艺以移除沟槽172底部的含氧光阻盖层170a，以形成含氧光阻层(oxygen-containingphotoresist layer)170b，其中沟槽172暴露出部分氧化硅层160a与分隔部156。在此，氧化硅层160a可作为电浆灰化工艺中的刻蚀停止层。

然后，请参照图1E，以含氧光阻层170b为掩膜对分隔部156进行一氧电浆刻蚀工艺，以将分隔部156薄化成一薄分隔部156a。在一实施例中，薄分隔部156a的厚度T1约为100埃至500埃。

接着，请参照图1F，使薄分隔部156a氧化而形成一绝缘金属氧化物层180，以电性隔离源极152与漏极154。在一实施例中，使薄分隔部156a氧化的方法例如为将薄分隔部156a置于大气环境中(放置时间约一天)、将薄分隔部156a置于一含氧的环境中并加热薄分隔部156a(加热温度约为200℃至500℃，工艺时间可少于1天)、将薄分隔部156a置于一含水气的环境中、或是其他适于将薄分隔部156a完全氧化的方法。

值得注意的是，本实施例是通过氧电浆刻蚀工艺将分隔部156薄化成薄分隔部156a，之后再将薄分隔部156a氧化成绝缘金属氧化物层180的方式电性隔离源极152与漏极154。也就是说，本实施例在刻蚀分隔部156a的步骤中留下了薄分隔部156a，以避免刻蚀工艺损害分隔部156a下的主动层140，之后，再通过氧化薄分隔部156a的方式电性隔离源极152与漏极154。因此，本实施例可有效避免现有因直接刻蚀掉分隔部以致于损害其下的主动层的问题。

本实施例利用高含氧的含氧光阻层170b、氧化硅层160a、氧电浆刻蚀工艺来使薄分隔部156a处于一高含氧的环境中，而有助于使薄分隔部156a完全氧化成一性质稳定的绝缘金属氧化物层180。此外，绝缘金属氧化物层180可保护其下的主动层140免于受到外界环境中的水气与污染物的影响。

在本实施例中，导电层150a(包括源极152、漏极154、分隔部156)的材质包括铝，因此，绝缘金属氧化物层180的材质可为氧化铝。在其他实施例中，导电层150a的材质包括钛或铜，因此，绝缘金属氧化物层180的材质可为氧化钛或氧化铜。

绝缘金属氧化物层180的厚度T2可大于源极152或漏极154的厚度T3的三分之一。在一实施例中，绝缘金属氧化物层180的厚度T2可大于源极152或是漏极154的厚度T3。绝缘金属氧化物层180的厚度T2例如约为0.1微米至1微米。

然后，请参照图1G，移除含氧光阻层170b，此时，已初步完成本实施例的薄膜晶体管100。之后，请参照图1H，可在栅绝缘层130上全面形成一绝缘保护层190，且一开口192贯穿绝缘保护层190与氧化硅层160a而暴露出漏极154。然后，可在绝缘保护层190上形成一导电层C延伸入开口192中以连接漏极154。在另一未绘示的实施例中，开口192可暴露出源极152，且导电层C可延伸入开口192中以连接源极152。

图2绘示本发明另一实施例的薄膜晶体管的工艺剖面图。如图2所示，在另一实施例中，在形成绝缘保护层190之前，可先移除绝缘金属氧化物层180。

图3A至图3F绘示本发明一实施例的薄膜晶体管的工艺剖面图。值得注意的是，本实施例的元件材质相似于图1A至图1G的实施例的元件材质，因此，于此不再赘述。

请参照图3A，提供一基板110。接着，在基板110上形成一栅极120以及一覆盖栅极120的栅绝缘层130。然后，在栅绝缘层130上形成一主动层140，其中主动层140位于栅极120上方。接着，在栅绝缘层130上形成一覆盖主动层140的导电材料层150。在本实施例中，导电材料层150的材质包括铝。接着，在导电材料层150上形成一光阻层310，光阻层310位于主动层140上并暴露出部分位于主动层140外围的导电材料层150。

然后，请参照图3B，以光阻层310为刻蚀掩膜移除光阻层310所暴露出的导电材料层150，以形成导电层150a。导电层150a包括一源极152、一漏极154以及一位于源极152与漏极154之间的分隔部156。之后，移除光阻层310。

接着，请参照图3C，可选择性地在导电层150a上全面形成一氧化硅层160。之后，在氧化硅层160上形成一含氧光阻层170b，含氧光阻层170b覆盖源极152与漏极154，并暴露出分隔部156。然后，请参照图3D，以含氧光阻层170b为掩膜对分隔部156进行一氧电浆刻蚀工艺，以将分隔部156薄化成一薄分隔部156a。在一实施例中，氧电浆刻蚀工艺亦移除含氧光阻层170b暴露出的氧化硅层160，以形成一氧化硅层160a。

之后，请参照图3E，使薄分隔部156a氧化而形成一绝缘金属氧化物层180，以电性隔离源极152与漏极154。在一实施例中，使薄分隔部156a氧化的方法例如为将薄分隔部156a置于大气环境中、将薄分隔部156a置于一含氧的环境中并加热薄分隔部156a、将薄分隔部156a置于一含水气的环境中、或是其他适于将薄分隔部156a完全氧化的方法。

接着，请参照图3F，移除含氧光阻层170b。之后，可在栅绝缘层130上全面形成一绝缘保护层190，绝缘保护层190具有一开口192暴露出漏极154。然后，可在绝缘保护层190上形成一导电层C延伸入开口192中以连接漏极154。在另一未绘示的实施例中，开口192可暴露出源极152，且导电层C可延伸入开口192中以连接源极152。

图4绘示本发明另一实施例的薄膜晶体管的工艺剖面图。如图4所示，在另一实施例中，在形成绝缘保护层190之前，可先移除绝缘金属氧化物层180。

值得注意的是，虽然前述多个实施例是以具有底栅极结构的薄膜晶体管为例作说明，但本发明不限于此，举例来说，本发明的薄膜晶体管结构与制作方法亦可应用在具有顶栅极结构的薄膜晶体管上。

图5绘示本发明一实施例的显示器的剖面图。请参照图5，本实施例的显示器500包括一薄膜晶体管基板510、一基板520以及一夹于薄膜晶体管基板510与基板520之间的显示介质530。薄膜晶体管基板510可为前述图1H、图2、图3F与图4所示的薄膜晶体管基板，显示介质530可为液晶层或有机发光层。基板520例如为彩色滤光基板或是透明基板。

综上所述，本发明通过在刻蚀(连接源极与漏极的)分隔部时保留分隔部，然后再氧化分隔部的方式电性隔离源极与漏极，以避免刻蚀工艺损害分隔部下的主动层。

本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求范围所界定者为准。

Claims

1.一种薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，包括：

提供一基板；

在所述基板上形成一栅极；

在所述基板上形成一栅绝缘层覆盖所述栅极；

在所述栅绝缘层上形成一主动层，其中所述主动层位于所述栅极上方；

在所述主动层上形成一导电层，所述导电层包括一源极、一漏极以及一位于所述源极与所述漏极之间的分隔部；

在所述导电层上形成一第一光阻层，所述第一光阻层覆盖所述源极与所述漏极，并暴露出所述分隔部；

使所述分隔部氧化而形成一绝缘金属氧化物层，以电性隔离所述源极与所述漏极；以及

移除所述第一光阻层。

2.如权利要求1所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，使所述分隔部氧化的步骤包括：

以所述第一光阻层为掩膜对所述分隔部进行一氧电浆刻蚀工艺，以将所述分隔部薄化成一薄分隔部；以及

使所述薄分隔部氧化。

3.如权利要求2所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，使所述薄分隔部氧化的步骤包括将所述薄分隔部置于大气环境中、将所述薄分隔部置于一含氧的环境中并加热所述薄分隔部、或是将所述薄分隔部置于一含水气的环境中。

4.如权利要求2所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述薄分隔部156a的厚度为200埃至500埃。

5.如权利要求1所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，更包括：

移除所述绝缘金属氧化物层。

6.如权利要求1所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述第一光阻层的材质包括一感光性的有机无机混成材料。

7.如权利要求6所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述感光性的有机无机混成材料中的无机材料包括硅氧烷。

8.如权利要求1所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，形成所述导电层以及所述第一光阻层的步骤包括：

在所述栅绝缘层上形成一覆盖所述主动层的导电材料层；

在所述导电材料层上形成一含氧光阻材料层；

利用一半调式掩膜对所述含氧光阻材料层进行一光刻工艺，以图案化所述含氧光阻材料层而形成一含氧光阻盖层，所述含氧光阻盖层位于所述栅极上方且具有未贯穿所述含氧光阻盖层的一沟槽；

以所述含氧光阻盖层为刻蚀掩膜图案化所述导电材料层，以形成所述导电层；以及

移除所述沟槽底部的所述含氧光阻盖层，以形成所述第一光阻层，其中所述沟槽暴露出所述分隔部。

9.如权利要求8所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，移除所述沟槽底部的所述含氧光阻盖层的步骤包括：

对所述含氧光阻盖层进行一电浆灰化工艺。

10.如权利要求1所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，在形成所述第一光阻层之前，所述制作方法更包括：

在所述导电层上形成一氧化硅层，并且在形成所述第一光阻层之后，所述第一光阻层暴露出部分所述氧化硅层。

11.如权利要求1所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，形成所述导电层的步骤包括：

在所述栅绝缘层上形成一覆盖所述主动层的导电材料层；

在所述导电材料层上形成一第二光阻层，所述第二光阻层位于所述主动层上并暴露出部分位于所述主动层外围的所述导电材料层；

以所述第二光阻层为刻蚀掩膜移除所述第二光阻层暴露出的所述导电材料层，以形成所述导电层；以及

移除所述第二光阻层。

12.如权利要求1所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述第一光阻层为一含氧光阻层。

13.一种薄膜晶体管，其特征在于，包括：

一基板；

一栅极，配置于所述基板上；

一栅绝缘层，配置于所述基板上并覆盖所述栅极；

一主动层，配置于所述栅绝缘层上并位于所述栅极上方；

一源极与一漏极，配置于所述主动层上且位于所述栅极的相对两侧，其中所述源极与所述漏极以一沟槽分隔；以及

一绝缘金属氧化物层，配置于所述主动层上，并填入所述沟槽中，且所述源极与所述漏极包括所述绝缘金属氧化物层所对应的金属。

14.如权利要求13所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述主动层的材质包括铟镓锌氧化物。

15.如权利要求13所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述绝缘金属氧化物层的厚度为0.1微米至1微米。

16.如权利要求13所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述金属为铝，且所述绝缘金属氧化物层为一氧化铝层。

17.如权利要求13所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述绝缘金属氧化物层的厚度大于所述源极或是所述漏极的厚度的三分之一。

18.如权利要求13所述的薄膜晶体管，其特征在于，更包括：

一氧化硅层，覆盖所述源极与所述漏极。

19.一种显示器，其特征在于，包括：

一薄膜晶体管基板，设有多个如权利要求13所述的薄膜晶体管；

一基板，与所述薄膜晶体管基板相对设置；以及

一显示介质，形成于所述薄膜晶体管基板与所述基板之间。

20.如权利要求19所述的显示器，其特征在于，所述显示介质为一液晶层。

21.如权利要求19所述的显示器，其特征在于，所述显示介质为一有机发光层。