CN1174480C - 薄膜晶体管平面显示器的制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种薄膜晶体管平面显示器的制作方法，在玻璃基板表面上形成第一金属层并进行第一光刻蚀刻工艺，形成栅极电极与垫电极。在玻璃基板上依序形成绝缘层、半导体层及掺杂硅导电层并进行第二光刻蚀刻工艺，限定出有源区域及焊盘开口。在玻璃基板上形成透明导电层及第二金属层并进行第三光刻蚀刻工艺，在晶体管区形成源极及漏极。在玻璃基板上形成保护层并进行第四光刻蚀刻工艺，最后再进行一氧化反应。

Description

薄膜晶体管平面显示器 的制作方法
本发明涉及一种薄膜晶体管平面显示器的制作方法，特别是涉及一种使用四次光刻蚀刻工艺(photo-etching-process，PEP)的薄膜晶体管液晶显示器的制作方法。
薄膜晶体管液晶显示器((Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，以下简称TFT-LCD)主要是利用成矩阵状排列的薄膜晶体管，配合适当的电容、焊盘等电子元件来驱动液晶像素，以产生丰富亮丽的图形。TFT-LCD的电子元件基本上包括有一透明基板(transparent substrate)，其上具有一阵列式排列的薄膜晶体管、像素电极(pixel electrode)、互相垂直交错(orthogonal)的扫描线(scan line)以及信号线(signalline)、一滤光片(color filter)以及介于透明基板以及滤光片之间的液晶材料。
请参考图1至图5，图1至图5为现有制作一TFT-LCD电子元件的方法示意图。如图1所示，现有的TFT-LCD是制作在一透明基板10上，透明基板10为一由高纯化二氧化硅(high-purified SiO2)所构成的透明玻璃基板，其表面上至少设有一晶体管(transistor)区A以及一焊盘(pad)区B，以分别用来形成晶体管20以及焊盘30。
现有方法先于透明基板10表面形成一第一金属层11，并进行一第一光刻蚀刻工艺(PEP)，以分别于晶体管区A的透明基板10表面形成一栅极电极12，并在焊盘区B的透明基板10表面形成一垫电极14。
如图2所示，接着进行一化学气相沉积制作工艺(chemical vapordeposition process，CVD)，在透明基板10表面均匀沉积一由氮化硅(siliconnitride)形成的绝缘层(isolation layer)16，厚度约为4000埃(angstrom)，并在绝缘层16表面依序形成一由非晶硅(amorphous silicon，a-Si)构成的半导体层18以及掺杂硅(doped silicon)导电层22。
如图3所示，进行一第二光刻蚀刻工艺，在晶体管区A内形成掺杂硅导电层22与半导体层18的图案，以限定一有源区域23。然后于焊盘区B内进行一第三光刻蚀刻工艺，去除垫电极14上方的掺杂硅导电层22、半导体层18、与绝缘层16，以形成焊盘区B的开口24，使垫电极14暴露在开口24中。
如图4所示，进行另一CVD制作工艺以依序于透明基板10表面全面沉积一透明导电层25以及一第二金属层26。透明导电层25由氧化铟锡(indium tin oxide，ITO)组成，作为像素电极(pixel electrode)。接着于晶体管区A进行一第四光刻蚀刻工艺，以形成一通达至栅极电极12上方的半导体层18表面的通道27。通道27将第二金属层26、透明导电层25与掺杂硅导电层22分隔成两区，以分别形成一源极26a以及一漏极26b。
如图5所示，最后于晶体管20与焊盘30表面均匀沉积一保护层(passivation layer)28，保护层28会填入通道27中。接着，进行一第五光刻蚀刻工艺，去除基板10上部分保护层28以及第二金属层26，使晶体管区A以外的透明导电层25暴露出来，且完成薄膜晶体管液晶显示器内电子元件的制作。
现有方法分别使用五道光刻蚀刻工艺来依序限定栅极与垫电极、有源区域、焊盘区开口、源极与漏极以及像素电极的图案，整个薄膜晶体管液晶显示器的制作过程仍然相当冗长与复杂，而且显示器的成像品质也不十分理想，有待进一步的改善。
本发明的目的在于提供一种可简化薄膜晶体管液晶显示器制作工艺，并且可改善显示器成像品质的制作方法。
本发明的目的是这样实现的，即提供一种薄膜晶体管平面显示器的制作方法，该显示器制作在一基板(substrate)上，该基板包括有至少一晶体管(transistor)区以及至少一焊盘(pad)区，分别用来形成一晶体管以及一焊盘，该制作方法包括有下列步骤：(1)在该基板表面上形成一第一金属层；(2)进行一第一光刻蚀刻工艺(photo-etching-process，PEP)来限定该第一金属层的图案(pattern)，以在该晶体管区与该焊盘区内分别形成一栅极电极与一垫电极；(3)在该基板上依序形成一绝缘层、一半导体层以及一掺杂硅(dopedsilicon)导电层；(4)进行一第二光刻蚀刻工艺来限定该掺杂硅导电层、该半导体层以及该绝缘层的图案，在该焊盘区上限定一开口区域，同时去除(a)该晶体管区之外以及(b)该焊盘区外与该开口区域内的该绝缘层、该半导体层、与该掺杂硅导电层，如此使该晶体管区以外与该焊盘区以外的基板暴露出来，并于该焊盘区形成一开口，使该垫电极暴露于该开口中；(5)在该基板上依序形成一透明导电层以及一第二金属层，并使该透明导电层以及该第二金属层填入该开口内；(6)进行一第三光刻蚀刻工艺来限定该第二金属层的图案，先在该晶体管区内限定一通道区，去除该通道区内的该第二金属层，之后以该第二金属层为掩模，去除该通道区的该透明导电层与该掺杂硅导电层，使该半导体层暴露于该通道中；(7)在该基板上形成一保护层(passivation layer)，并使其完全覆盖该通道；以及(8)进行一第四光刻蚀刻工艺，限定该保护层与该第二金属层的图案，去除(a)该晶体管区外与(b)该焊盘区外及该开口内的该保护层与该第二金属层，如此使该透明导电层暴露于该开口内、该晶体管区外、与该焊盘区外的区域。
最后进行一热处理(thermal process)步骤，使保护层软熔并覆盖住晶体管区与焊盘区中的第二金属层的侧壁。最后利用一热处理保护第二金属层，使其不致于污染液晶，因此可达到减少制作工艺步骤次数与改善成像品质的目的。
下面结合附图，详细说明本发明的实施例，其中：
图1至图5为现有薄膜晶体管平面显示器的电子元件的制作方法示意图；
图6至图12为本发明薄膜晶体管平面显示器的电子元件的制作方法示意图。
请参考图6至图12，图6至图12为本发明薄膜晶体管平面显示器的制作方法示意图。如图6所示，薄膜晶体管平面显示器制作在一透明基板40上，透明基板40为一由高纯化二氧化硅所构成的透明玻璃基板，其表面至少设有一晶体管区C以及一焊盘区D，以分别用来形成晶体管50以及焊盘60。
本发明先在透明基板40表面形成一第一金属层41，通常为铬或钛金属。接着进行一第一光刻蚀刻工艺，利用一光致抗蚀剂限定及一蚀刻制作工艺，分别于晶体管区C的透明基板40表面形成一栅极电极42，以及在焊盘区D的透明基板40表面形成一垫电极44。
如图7所示，接着进行一成膜制作工艺，例如是化学气相沉积(CVD)制作工艺，在整个透明基板40表面均匀沉积一绝缘层46，厚度约为4000埃，并在绝缘层46表面依序形成一半导体层48以及掺杂硅导电层52。半导体层48可以由非晶硅(a-Si)或多晶硅组成。
如图8所示，进行一光致抗蚀剂限定与一蚀刻制作工艺组合的第二光刻蚀刻工艺，形成掺杂硅导电层52、半导体层48以及绝缘层46的图案，以同时在晶体管区C形成一有源区域53以及在焊盘区D内形成一开口54。在此步骤中，先在焊盘区D上限定一开口区域，同时去除(a)晶体管区C之外以及(b)焊盘区D外与开口区域内的绝缘层46、半导体层48、与掺杂硅导电层52，如此使晶体管区C以外与该焊盘区D以外的基板暴露出来，并于焊盘区D形成开口54，使垫电极44暴露于开口54中。
如图9所示，进行一成膜制作工艺于透明基板40表面依序沉积一透明导电层56及一第二金属层58。透明导电层56通常由氧化铟锡(ITO)组成，作为像素电极。接着于晶体管区C进行一第三光刻蚀刻工艺，利用一光致抗蚀剂限定与一蚀刻制作工艺，先于晶体管区C内限定一通道区，去除通道区内的第二金属层58。之后，再以第二金属层58为掩模，去除通道区的透明导电层56与掺杂硅导电层52，使半导体层48暴露于通道62中。通道62将金属层58、透明导电层56以及掺杂硅导电层52分隔成两区，以分别形成一源极58a以及一漏极58b。
如图10所示，在晶体管50与焊盘60表面均匀沉积一保护层64，并进行一第四光刻蚀刻工艺，利用一光致抗蚀剂限定与一蚀刻制作工艺来限定保护层64与第二金属层58的图案。在此步骤中，去除(a)晶体管区C外(b)与焊盘区D外与开口54内的保护层64与第二金属层58，如此使透明导电层56暴露于开口54内，且晶体管区C外与焊盘区D外的透明导电层56也暴露出来，开口54两侧的保护层64与金属层58相隔一宽度约为35mm。
通常，保护层64由硅化物构成，可以是氮化硅或氧化硅。此时，在第四光刻蚀刻工艺之后可进行一高温氧化制作工艺(thermal oxidationprocess)。如图11所示，在第二金属层58的表面进行一氧化反应，使第二金属层58侧壁表面形成一氧化层65，用来保护第二金属层58，使金属表面不致与液晶接触而影响其电性表现。
保护层64也可以由有机材料组成，并以相同制作工艺形成如图10所示的结构。接着，如图12所示，最后于整个透明基板进行一热处理，加热使保护层64软熔(reflow)并覆盖住第二金属层58侧壁，因此也可避免后续填充于透明基板40之上的液晶与第二金属层58接触。使用有机材料为保护层的另一好处在于，该有机材料是以旋涂(spin-coat)的方式形成在玻璃基板上，所以该有机保护层的表面会比非有机保护层更平坦。
由于保护层64的沉积厚度仅约为2mm，而开口54的宽度达35mm，即使将保护层64加热融化，也不致于将开口54填满，因此不会有增加垫电极44电阻值的问题产生。
与现有薄膜晶体管液晶显示器的制作方法相比，本发明方法可提供一简化制作工艺，将光刻蚀刻工艺的使用次数由五次减少为四次，以降低生产成本。同时，本发明利用一热处理或一氧化反应保护住金属层，避免其污染液晶，因此可以增进显示器的影像品质，对提高产品的竞争力有很大的帮助。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种薄膜晶体管平面显示器的制作方法，该显示器制作在一基板上，该基板包括有至少一晶体管区以及至少一焊盘区，分别用来形成一晶体管以及一焊盘，该制作方法包括有下列步骤：
(1)在该基板表面上形成一第一金属层；
(2)进行一第一光刻蚀刻工艺来限定该第一金属层的图案，以在该晶体管区与该焊盘区内分别形成一栅极电极与一垫电极；
(3)在该基板上依序形成一绝缘层、一半导体层以及一掺杂硅导电层；
(4)进行一第二光刻蚀刻工艺来限定该掺杂硅导电层、该半导体层以及该绝缘层的图案，在该焊盘区上限定一开口区域，同时去除(a)该晶体管区之外以及(b)该焊盘区外与该开口区域内的该绝缘层、该半导体层、与该掺杂硅导电层，如此使该晶体管区以外与该焊盘区以外的基板暴露出来，并于该焊盘区形成一开口，使该垫电极暴露于该开口中；
(5)在该基板上依序形成一透明导电层以及一第二金属层，并使该透明导电层以及该第二金属层填入该开口内；
(6)进行一第三光刻蚀刻工艺来限定该第二金属层的图案，先在该晶体管区内限定一通道区，去除该通道区内的该第二金属层，之后以该第二金属层为掩模，去除该通道区的该透明导电层与该掺杂硅导电层，使该半导体层暴露于该通道中；
(7)在该基板上形成一保护层，并使其完全覆盖该通道；以及
(8)进行一第四光刻蚀刻工艺，限定该保护层与该第二金属层的图案，去除(a)该晶体管区外与(b)该焊盘区外及该开口内的该保护层与该第二金属层，如此使该透明导电层暴露于该开口内、该晶体管区外、与该焊盘区外的区域；
其中，该步骤(8)中已使该第二金属层的侧壁暴露在该晶体管区以及该焊盘区中，且该方法在该步骤(8)之后还包括一热处理步骤，使该保护层软熔并完全覆盖住该晶体管区与该焊盘区中的第二金属层的侧壁。
2.如权利要求1所述的方法，其中该保护层由一有机材料所形成。
3.如权利要求1所述的方法，其中在完成该第四光刻蚀刻工艺之后，该方法也包括一氧化反应，以使该第二金属层侧壁形成一氧化层，用来保护该第二金属层。
4.如权利要求3所述的方法，其中该保护层由一无机材料所形成。
5.如权利要求1所述的方法，其中该第二光刻蚀刻工艺将该掺杂硅导电层、该半导体层以及该绝缘层的边缘切齐，以使后续沉积的透明导电层有一部分能直接沉积在该基板上。
6.如权利要求1所述的方法，其中该步骤(6)限定该透明导电层与该掺杂硅导电层的图案时，在该晶体管区内形成一源极电极与一漏极电极，且该源极电极与该漏极电极被该通道区所间隔。
7.如权利要求1所述的方法，其中该基板还包括一电容区，以用于形成一电容。
8.如权利要求1所述的方法，其中该半导体层为一非晶硅层或多晶硅层。
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