CN1173219C - 薄膜晶体管平面显示器面板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄膜晶体管平面显示器面板及其制造方法，其包含一透光基板、一缓冲层、一顶部栅极薄膜晶体管结构以及一遮光结构，该方法包含下列步骤：提供一透光基板；于该透光基板上方依序形成一缓冲层及一顶部栅极薄膜晶体管结构；以及于该透光基板上方形成一遮光结构，使该缓冲层介于该遮光结构与该顶部栅极薄膜晶体管结构之间，且该遮光结构的部分区域形成于该顶部栅极薄膜晶体管结构的沟道区的下方区域，以避免该沟道区受该平面显示器面板的一背光光源照射。
Description
技术领域
本发明涉及一种平面显示器面板及其制造方法，特别是涉及一种薄膜晶体管平面显示器面板及其制造方法。
背景技术
随着制造技术的进展，液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)已取代传统显象管显示器成为未来显示器主流的趋势，其中又以薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)为主。请参见图1，其为一薄膜晶体管液晶显示器中一象素单元的电路示意图，其主要由一薄膜晶体管11所完成的切换单元，一液晶显示单元12与一储存电容13(Storage Capacitor)所构成。而其中储存电容13并联至该液晶显示单元12(其也为一电容)，用以增强液晶显示单元12原本不足的电荷储存能力，进而改善薄膜晶体管11关闭时，液晶显示单元12的电压值下降过快的现象。
请参见图2，其为一低温多晶硅薄膜晶体管(Low Temperature PolySilicon Thin Film Transistor，LTPS-TFT)成长于一玻璃基板上的制造工艺步骤示意图。图2(a)表示出于该玻璃基板20上形成一缓冲区21(butter layer，通常以二氧化硅完成)以及一本质非晶硅(i-a-Si)层后，再利用一激光结晶(laser crystallization)制造工艺，将本质非晶硅(i-a-Si)层转换成一本质多晶硅(i-poly-Si)层22，然后利用一光罩微影制造工艺于该本质多晶硅(i-poly-Si)层22上方形成一光阻罩幕结构23后，对露出的部分进行一N型掺质的植入制造工艺(以As或是P离子完成)，进而形成N沟道薄膜晶体管的源/漏极构造221。
请参见图2(b)，其为于去除光阻罩幕结构23后，在整个基板上方覆盖上一层绝缘材质(通常以二氧化硅完成)，用以形成一栅极绝缘层24，接着于栅极绝缘层24上溅镀(sputtering)上一层栅极导体层后，再以另一光罩微影蚀刻制造工艺来形成所需的栅极导体结构221，然后利用该栅极导体结构221做罩幕，进行一微量N型掺质的植入制造工艺，进而于N沟道薄膜晶体管中形成一轻掺杂漏极结构(Lightly Doped Drain)222。
而上述构造再经后续制造工艺，便形成如图2(c)所示的构造，其中于整个基板上方形成一内层介电材料层(inter-layer dielectrics layer)26后，于适当位置定义出所需的接触孔(contact hole)，最后再以溅镀(sputtering)方式形成一层金属导体层并定义出所需的源/漏极接线构造27。
由于上述的低温多晶硅薄膜晶体管结构由传统的底部栅极构造(bottomgate structure)改为顶部栅极结构(top gate structure)，因此会具有较佳的元件特性，但是当低温多晶硅薄膜晶体管处于关闭(OFF)的状态时，薄膜晶体管的沟道(channel)仍会受到背光光源的照射而产生大量的光电流(如图2(c)所示)，使元件的漏电流大幅上升，这将会使液晶的灰阶变化容易产生误差，而严重影响显示器的品质。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种薄膜晶体管平面显示器面板，以克服上述公知技术的缺陷。
本发明的上述目的是这样实现的：一种薄膜晶体管平面显示器面板，其包含：一透光基板；一缓冲层，形成于该透光基板上；一顶部栅极薄膜晶体管结构，形成于该缓冲层上，其包含一沟道区；以及一遮光结构，该遮光结构的部分区域形成于该沟道区的下方区域，以避免该沟道区受该平面显示器面板的一背光光源照射，且该缓冲层介于该遮光结构与该顶部栅极薄膜晶体管结构之间。
根据上述构想，该透光基板为一玻璃基板。
根据上述构想，该缓冲层选自氮化硅、氧化硅或是其组合所完成。
根据上述构想，该遮光结构以选自铬、钼、钨等熔点高且不透光物质所完成。
根据上述构想，该顶部栅极薄膜晶体管结构包含：一半导体层，形成于该缓冲层上，其包含该沟道层及一源/漏极结构；一栅极绝缘结构，形成于该半导体层上；一栅极导体结构，形成于该栅极绝缘结构上，且覆盖于该沟道区的上方区域；一介电层，形成于该栅极导体结构及该栅极绝缘结构上；一导体接线结构，形成于该介电层上，且穿越部分该绝缘层与该栅极绝缘结构而与该源/漏极接触。
根据上述构想，该半导体层还包含一轻掺杂漏极结构，其形成于该沟道区的外围区域，且该源/漏极结构形成于该轻掺杂漏极结构的外围区域。
根据上述构想，该半导体层为一多晶硅层。
根据上述构想，该栅极导体结构以选自铬、钼化钨、钽、铝或铜等材质中之一来完成。
根据上述构想，该栅极绝缘结构以氧化硅所完成。
本发明的另一目的在于提供一种薄膜晶体管平面显示器面板的制造方法，其包含下列步骤：提供一透光基板；于该透光基板上方依序形成一缓冲层及一顶部栅极薄膜晶体管结构；于该透光基板上方形成一遮光结构，使该缓冲层介于该遮光结构与该顶部栅极薄膜晶体管结构之间，且该遮光结构的部分区域形成于该顶部栅极薄膜晶体管结构的沟道区的下方区域，以避免该沟道区受该平而显示器面板的一背光光源照射。
根据上述构想，本发明制造方法中该透光基板为一玻璃基板。
根据上述构想，本发明制造方法中该缓冲层选自氮化硅、氧化硅或是其组合所完成。
根据上述构想，本发明制造方法中该遮光结构以选自铬、钼、钨等熔点高且不透光物质所完成。
根据上述构想，本发明制造方法中该顶部栅极薄膜晶体管结构的制造方法，包含下列步骤：于该缓冲层上依序形成一半导体层及一光阻层，利用该遮光结构为光罩由下而上透过该透光基板对该光阻层进行曝光并去除曝过光的该光阻层；以未曝光的该光阻层为罩幕，对该半导体层进行一重掺杂离子布植制造工艺而形成一薄膜晶体管的源/漏极结构；于该半导体层上依序形成一栅极绝缘层及一第一导体层后，以一第二道光罩微影蚀刻制造工艺对该第一导体层定义出一薄膜晶体管的栅极导体结构；于具有该栅极导体结构的该栅极绝缘层上方形成一介电层，以一第三道光罩微影蚀刻制造工艺对该栅极绝缘层及该介电层定义出一接触孔；以及于具有该接触孔的该介电层上形成一第二导体层并以一第四光罩微影蚀刻制造工艺定义出一源/漏极接线结构。
根据上述构想，本发明制造方法中该顶部栅极薄膜晶体管结构的制造方法进一步包含下列步骤：以该栅极导体结构为罩幕，对该栅极绝缘层进行一轻掺杂离子布植制造工艺而形成一轻掺杂漏极结构(Lightly Doped Drain)。
根据上述构想，本发明制造方法中该半导体层为一多晶硅层。
根据上述构想，本发明制造方法中该栅极导体结构以选白铬、钼化钨、钽、铝或铜等材质中之一来完成。
根据上述构想，本发明制造方法中该栅极绝缘结构以氧化硅所完成。
根据上述构想，本发明制造方法中该遮光结构的部分区域作为一黑色矩阵(black matrix)。
根据上述构想，本发明制造方法中该顶部栅极晶体管为一低温多晶硅薄膜晶体管。
下面，结合具体实施例及其附图，对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为一薄膜晶体管液晶显示器中一象素单元的电路示意图；
图2(a)、图2(b)和图2(c)分别为一低温多晶硅薄膜晶体管成长于一玻璃基板上的制造工艺步骤示意图；
图3(a)～图3(f)分别为本发明薄膜晶体管平面显示器面板制造方法的第一较佳实施例步骤示意图；
图4(a)～图4(f)分别为本发明薄膜晶体管平面显示器面板制造方法的第二较佳实施例步骤示意图。
具体实施方式
本发明是为改善低温多晶硅薄膜晶体管的沟道区受背光光源的照射而使漏电流大幅上升的公知技术所发展出来的薄膜晶体管平面显示器面板及其制造方法，主要由一透光基板、一缓冲层、一顶部栅极薄膜晶体管结构以及一遮光结构所构成，将该遮光结构的部分区域形成于该沟道区的下方区域，可利用该遮光结构来遮住该平面显示器面板的背光光源照射，以改善低温多晶硅薄膜晶体管处于关闭状态时漏电流过大的问题。
请参见图3(a)～图3(f)，其分别为本发明薄膜晶体管平面显示器面板制造方法的第一较佳实施例步骤示意图，其中图3(a)表示出在透光基板300上形成一遮光层后，以第一道光罩微影蚀刻制造工艺来定义出遮光结构301，接着如图3(b)所示，于具有遮光结构301的透光基板300的上方依序形成一缓冲层302以及一非晶硅层(a-Si：H)，之后用激光结晶制造工艺将非晶硅(a-Si)层转换成一多晶硅(poly-Si)层，然后于该多晶硅层304上形成一光阻层并利用该遮光结构301为光罩由下而上透过该透光基板300对该光阻层进行曝光并去除曝过光的该光阻层(如图3(c)所示)，接着以末曝光的该光阻罩幕结构305为罩幕对该多晶硅层304进行一重掺杂离子布植制造工艺而形成一薄膜晶体管的源/漏极结构306(如图3(d)所示)，图3(e)所示则是去除该光阻罩幕结构305后，于该多晶硅层301上依序形成一栅极绝缘层307及以一导体层，然后以第二道光罩微影蚀刻制造工艺对该导体层定义出一栅极导体结构308，接着利用该栅极导体结构308做罩幕，进行一微量N型掺质的植入制造工艺，进而于N沟道薄膜晶体管中形成一轻掺杂漏极结构(Lightly Doped Drain)309，图3(f)所示则是于具有该栅极导体结构308的该栅极绝缘层307上方形成一内层介电材料层(inter-layerdielectrics layer)3 10后，以第三道光罩微影蚀刻制造工艺于适当位置定义出所需的接触孔，最后于具有该接触孔的该内层介电材料层上形成一层金属导体层并以第四光罩微影蚀刻制造工艺定义出一源/漏极导体接线结构311而完成制造。
请参见图4(a)～图4(f)，其分别为本发明薄膜晶体管平面显示器面板制造方法的第二较佳实施例步骤示意图，其中图4(a)表示出在透光基板400上依序形成一第一缓冲层4021及一遮光层后，以第一道光罩微影蚀刻制造工艺来定义出遮光结构401，接着如图4(b)所示，于具有遮光结构401的第一缓冲层4021的上方依序形成一第二缓冲层4022以及一非晶硅层(a-Si：H)，然后用激光结晶制造工艺将非晶硅(a-Si)层转换成一多晶硅(poly-Si)层，然后于该多晶硅层404上形成一光阻层并利用该遮光结构401为光罩由下而上透过该透光基板400对该光阻层进行曝光并去除曝过光的该光阻层(如图4(c)所示)，接着以未曝光的该光阻罩幕结构405为罩幕对该多晶硅层404进行一重掺杂离子布值制造工艺而形成一薄膜晶体管的源/漏极结构406(如图4(d)所示)，图4(e)所示则是去除该光阻罩幕结构405后，于该多晶硅层401上依序形成一栅极绝缘层407及一导体层，然后以第二道光罩微影蚀刻制造工艺对该导体层定义出一栅极导体结构408，接着利用该栅极导体结构408做罩幕，进行一微量N型掺质的植入制造工艺，进而于N沟道薄膜晶体管中形成一轻掺杂漏极结构(Lightly Doped Drain)409，图4(f)所示则是于具有该栅极导体结构408的该栅极绝缘层407上方形成一内层介电材料层(inter-layer dielectrics layer)410后，以第三道光罩微影蚀刻制造工艺于适当位置定义出所需的接触孔，最后于具有该接触孔的该内层介电材料层上形成一层金属导体层并以第四光罩微影蚀刻制造工艺定义出一源/漏极导体接线结构411而完成制造。
而上述各较佳实施例中的透光基板可用透光玻璃所完成，而导体层(厚度约200nm)可使用溅镀方式形成，其选自铬、钼化钨、钽、铝或铜等材料中之一来完成。缓冲层(厚度约600nm)用等离子体化学气相沉积法(PECVD)形成，可以选自氮化硅、氧化硅或是两者的组合所完成。遮光层(厚度约100nm)可使用溅镀方式形成，至于其材料可选自铬、钼、钨等熔点高且不透光物质所完成。其中非晶硅层(厚度约100nm)于使用激光结晶制造工艺的前需先使用高温炉于400度返火去氢30分钟，且激光结晶制造工艺的能量需在300mJ/cm2下进行100次射击(shots)。该重掺杂离子布植制造工艺可以As或是P离子进行掺杂且其掺杂浓度(doping concentration)约为5×1015cm-2，该微量N型掺质的植入制造工艺的掺杂浓度约为1×1013cm-2。栅极绝缘层(厚度约100nm)是用等离子体化学气相沉积法(PECVD)形成，通常以氧化硅所完成。
另外，该遮光结构除了可用来遮住背光光源的照射，还可以将其它区域用来作为一黑色矩阵(black matrix)，可省去后续制造工艺中另行制作黑色矩阵的困扰与对准问题。
综上所述，本发明利用该遮光结构来遮住该平面显示器面板的背光光源照射，以降低光电流而改善元件的漏电流问题。且本发明也提出背面曝光的方式，并在不增加光罩数的前提下完成此低温多晶硅薄膜晶体管平面显示器面板。故本发明可以由熟悉此技术的人员任施匠思而进行诸般修饰，但是均不脱离权利要求所希望保护的范围。
Claims (10)
1、一种薄膜晶体管平面显示器面板，其特征在于，包含：
一透光基板；
一缓冲层，形成于该透光基板上；
一顶部栅极薄膜晶体管结构，形成于该缓冲层上，其包含一沟道区；以及
一遮光结构，该遮光结构的部分区域形成于该沟道区的下方区域，以避免该沟道区受该平面显示器面板的一背光光源照射，且该缓冲层介于该遮光结构与该顶部栅极薄膜晶体管结构之间。
2、如权利要求1所述的薄膜晶体管平面显示器面板，其特征在于，该透光基板为一玻璃基板。
3、如权利要求1所述的薄膜晶体管平面显示器面板，其特征在于，该缓冲层选自氮化硅、氧化硅或是其组合所完成。
4、如权利要求1所述的薄膜晶体管平面显示器面板，其特征在于，该遮光结构以选自铬、钼、钨等熔点高且不透光物质所完成。
5、如权利要求1所述的薄膜晶体管平面显示器面板，其特征在于，该顶部栅极薄膜晶体管结构包含：
一半导体层，形成于该缓冲层上，其包含该沟道层及一源/漏极结构；
一栅极绝缘结构，形成于该半导体层上；
一栅极导体结构，形成于该栅极绝缘结构上，且覆盖于该沟道区的上方区域；
一介电层，形成于该栅极导体结构及该栅极绝缘结构上；
一导体接线结构，形成于该介电层上，且穿越部分该绝缘层与该栅极绝缘结构而与该源/漏极接触；
其中该半导体层还包含一轻掺杂漏极结构，其形成于该沟道区的外围区域，且该源/漏极结构形成于该轻掺杂漏极结构的外围区域。
6、如权利要求5所述的薄膜晶体管平面显示器面板，其特征在于，该半导体层为一多晶硅层。
7、一种薄膜晶体管平面显示器面板的制造方法，其特征在于，包含下列步骤：
提供一透光基板；
于该透光基板上方依序形成一缓冲层及一顶部栅极薄膜晶体管结构；
于该透光基板上方形成一遮光结构，使该缓冲层介于该遮光结构与该顶部栅极薄膜晶体管结构之间，且该遮光结构的部分区域形成于该顶部栅极薄膜晶体管结构的沟道区的下方区域，以避免该沟道区受该平面显示器面板的一背光光源照射。
8、如权利要求7所述的薄膜晶体管平面显示器面板的制造方法，其特征在于，该顶部栅极薄膜晶体管结构的制造方法，包含下列步骤：
于该缓冲层上依序形成一半导体层及一光阻层，利用该遮光结构为光罩由下而上透过该透光基板对该光阻层进行曝光并去除曝过光的该光阻层；
以未曝光的该光阻层为罩幕，对该半导体层进行一重掺杂离子布植制造工艺而形成一薄膜晶体管的源/漏极结构；
于该半导体层上依序形成一栅极绝缘层及一第一导体层后，以一第二道光罩微影蚀刻制造工艺对该第一导体层定义出一薄膜晶体管的栅极导体结构；
于具有该栅极导体结构的该栅极绝缘层上方形成一介电层，以一第三道光罩微影蚀刻制造工艺对该栅极绝缘层及该介电层定义出一接触孔；以及
于具有该接触孔的该介电层上形成一第二导体层并以一第四光罩微影蚀刻制造工艺定义出一源/漏极接线结构。
9、如权利要求8所述的薄膜晶体管平面显示器面板的制造方法，其特征在于，该顶部栅极薄膜晶体管结构的制造方法进一步包含下列步骤：
以该栅极导体结构为罩幕，对该栅极绝缘层进行一轻掺杂离子布植制造工艺而形成一轻掺杂漏极结构。
10、如权利要求7所述的薄膜晶体管平面显示器面板的制造方法，其特征在于，该遮光结构的部分区域作为一黑色矩阵。
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