CN1932599A - 液晶显示器用基板的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种液晶显示器用基板的制作方法，其主要是形成一具有低阻抗的导线结构来改善传统面板设计中阻值不易匹配的问题。本发明方法所制作的薄膜晶体管液晶显示器用基板可有效降低面板内的导线阻值，以提升薄膜晶体管驱动信号的传输速度。因此，本发明不仅可提升产品良率以降低制作成本，且可满足薄膜晶体管液晶显示器日趋大型化、高画质化的需求。

Description

液晶显示器用基板的制作方法

技术领域

本发明是关于一种液晶显示器用基板的制作方法，尤指一种适用于薄膜晶体管液晶显示器用基板的制作方法。

背景技术

由于集成电路制作成本与组件操作速度的考虑，集成电路制程技术已迈入ULSI(ultralarge scale integration)阶段，使得后段金属联机制程朝向多层化及微细化发展。然而，伴随金属联机微细化制程所产生的问题，首先面临的是，金属导线间介电层产生的电容效应而造成信号传递速度下降的问题。

电路信号传递的快慢是决定于电阻(R)与电容(C)乘积，RC乘积值越小，则传递速度越快。因此，传统解决内连金属导线信号延迟的方法常用的有使用较低电阻系数的金属作为金属导线，或者使用较低介电常数的材料作为金属层间的介电材料，以提升导线的信号传输速度。

液晶显示装置相较于传统的映像管监视器，具有低耗电量、小体积及无辐射的优点。随着薄膜晶体管液晶显示器日趋大型化、高分辨率的需求，金属导线信号传输的延迟现象(RC Delay)将变为严重。为了提升薄膜晶体管驱动信号的传输速度，目前亟需采用低电阻率的金属，例如：铜、银、或金等，作为平面显示基板的金属导线或门电极，以解决驱动信号延迟的问题。

发明内容

本发明主要是形成一具有低阻抗的导线结构来改善传统面板设计中阻值不易匹配的问题，并且可有效地提升薄膜晶体管驱动信号的传输速度，以符合目前彩色平面显示器日趋大型化、高画质化的需求。

本发明是提供一种液晶显示器用基板的制作方法，其包含有以下步骤：(a)提供一基板；(b)形成一图案化的第一绝缘层于基板表面，其中图案化的第一绝缘层具有多个凹槽；(c)形成一缓冲层于第一绝缘层表面与凹槽表面；(d)利用微影蚀刻对缓冲层图案化，使凹槽表面具有缓冲层；(e)填充一第一金属层于第一绝缘层的凹槽内，以形成一源极与一漏极；(f)形成一图案化的半导体层于第一绝缘层表面，且半导体层与源极与漏极相接触；以及(g)形成一第二绝缘层与一图案化的第二金属层于半导体层表面。

为了保护基板表面形成的薄膜晶体管不受环境氧化或后续制程影响，本发明液晶显示器用基板的制作方法可更包含一步骤(h)，形成一图案化的保护层于第二金属层表面，以覆盖第二金属层。

本发明中所提及的第一金属层材料可为一具有低电阻系数的金属材料，较佳可为铜、银、金、或其组合，更佳可为铜，以提供一具有低阻抗的金属导线。藉此，本发明制作的薄膜晶体管可解决传统薄膜晶体管驱动信号延迟的问题，以符合大型化、高画质化彩色平面显示器的需求。

在本发明所制作的薄膜晶体管中，本发明的缓冲层主要可避免基材中的碱金属离子扩散至本发明薄膜晶体管的源极与漏极中，并且可避免本发明源极与漏极的金属铜离子扩散至底层基板或第一绝缘层。且，本发明缓冲层材料无限制，较佳可为氧化硅(SiO_x)、氮化硅(SiN_x)、氮化钛(TiN_x)、氮化钽(TaN)、或其组合。其中，本发明缓冲层可配合后续层间的制程需求而选用适当的材料。此外，本发明的缓冲层还可有效控制第一金属层的片电阻，使本发明铜材的源极与漏极的片电阻可控制在理想范围内。再者，本发明缓冲层的厚度无限制，较佳可介于500至1000。

在本发明液晶显示器用基板的制作方法中，本发明在步骤(e)形成一源极与一漏极后，可选择性地在源极表面与漏极表面进行退火，以于源极表面与漏极表面形成一阻障层。在此本发明所述的阻障层的材料无限制，较佳可为一铜硅化物，以降低源极表面与漏极表面的接触电阻。且本发明阻障层所形成的厚度无限制，较佳可介于150至600。

一较佳具体实施例中，本发明阻障层形成方法是利用离子增长型化学气相沉积(Plasma enhanced Chemical Vapor Deposition)在350℃温度下通入SiH₄气体以进行退火，使得本发明铜材的第一金属层表面可反应生成一铜硅(CuSix)化合物，以作为本发明的阻障层。

在本发明方法中，本发明所制作的半导体层可选择性地植入离子掺杂物，以形成一N型或P型半导体层。因此，本发明方法可选择性在步骤(g)之后更包括一步骤(g1)：将离子掺杂物植入于半导体层，以形成一N型或P型半导体层。且，本发明方法所使用的离子掺杂物无限制，故本发明所制作的薄膜晶体管可视产品需求于半导体层中植入N型或P型离子。一较佳具体实施例中，本发明离子掺杂物为一含有硼离子的掺杂物，以形成P型半导体层。另一较佳具体实施例中，本发明离子掺杂物为一含有磷离子的掺杂物，以形成N型半导体层。

另外，本发明所适用的半导体层材料可为现有半导体层材料，较佳可为非晶硅材料、或多晶硅材料。本发明半导体层的厚度无限制，较佳可介于500至4000。且，本发明半导体层结构可为单层或多层结构。

在本发明另一较佳具体实施例中，步骤(f)中图案化半导体层的形成是先沉积一非晶形硅层于第一绝缘层表面，再将非晶形硅层进行结晶以转变成一多晶形硅层，最后则利用微影蚀刻对多晶形硅层图案化。藉此，本发明制作的具有多晶硅半导体层的薄膜晶体管不仅可提升产品的可靠性，并且可增加组件开关时的电性质量。

上述本发明将非晶形硅层结晶转变成多晶形硅层的步骤可为现有任何非晶形硅层结晶形成多晶形硅层的制程，较佳可利用一准分子激光结晶(excimer lasercrystallization)、或一金属诱发横向结晶(metal induced lateral crystallization)，以使非晶形硅层结晶转变成多晶形硅层。

为了形成一画素区于本发明液晶显示器用基板上，本发明方法可在步骤(e)之后且步骤(f)之前更包括一步骤(e1)：形成一图案化的透明导电层于第一绝缘层表面，且透明导电层是与漏极相接触。如此，本发明的第二绝缘层可为一图案化的第二绝缘层，以暴露出透明导电层，即可作为本发明液晶显示器用基板的画素区。

另外，本发明方法的步骤(e)中，所形成的源极与漏极的表面较佳可与第一绝缘层表面具有相同高度。一较佳具体例中，本发明步骤(e)是利用电镀沉积第一金属层于第一绝缘层表面与凹槽内；并且利用化学机械研磨或湿法蚀刻以平坦化第一绝缘层与第一金属层，以形成源极与漏极。

上述本发明电镀沉积第一金属层的步骤是利用一有电电镀或一无电电镀制程，较佳可为一无电电镀，更佳可为化学镀(chemical plating)、或自身催化电镀(auto catalytic plating)。当然，本发明电镀沉积第一金属层之前，可视制程需求先沉积一晶种层，且该晶种层的厚度无限制。且，本发明第一金属层的厚度无限制，较佳可介于1500至4000。

再者，本发明中第一绝缘层所适用的材料无限制，较佳为一可绝缘且可透光材料。且，本发明第一绝缘层的厚度无限制，较佳可介于500至2000。

本发明液晶显示器用基板的制作方法除了可于基板表面制作顶栅极型(top-gate)薄膜晶体管之外，还可视制程需求于基板表面制作端子区、电容区、扫瞄线区、数据线区、以及画素区，以提供一完整的薄膜晶体管液晶显示器用基板。

本发明形成薄膜晶体管各层间的步骤可为现有于基板上形成薄膜晶体管各层间的制程，较佳可利用一物理气相沉积，例如离子化金属等离子体的物理气相沉积(IMP-PVD)；化学气相沉积，例如离子增长型化学气相沉积及热化学气相沉积；蒸发，例如金属蒸发；溅射，例如长抛溅射及准直溅射；或电镀，例如湿法制程的无电电镀、有电电镀。

此外，本发明液晶显示器用基板制作方法所适用的平面显示基板无限制，较佳可为一硅基板、一玻璃基板、或一塑料基板，更佳可为一适用于主动矩阵驱动型的平面显示基板，举例可如但不限于：未掺杂的硅玻璃、磷掺杂玻璃、硼-磷掺杂玻璃、钠钙玻璃、硼硅酸盐玻璃、硼硅酸钠盐玻璃、碱金属的硼硅酸盐玻璃、硅酸铝盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、碱土金属的铝硼硅酸盐玻璃、或其组合。

在本发明所制作的薄膜晶体管中，本发明第二绝缘层与保护层所适用的材料为任一种可绝缘材料，较佳可为有机材质、无机材质、或其组合，更佳可为氮化硅(SiN_x)、氧化硅(SiO_x)、氮氧化硅(SiO_xN_y)、或其组合。其中，本发明第二绝缘层的厚度无限制，较佳可介于1500至4000。

本发明透明电极层材料可为任一种透明且可导电材料，较佳可为氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)或氧化铟锡锌(ITZO)。且，本发明透明电极层的厚度无限制，较佳可介于500至3000。

在本发明所制作的薄膜晶体管中，本发明第二金属层所使用的材料无限制，较佳可为铝、钨、铬、铜、银、金、钛、氮化钛、铝合金、铬合金、钼金属、或其组合，以作为薄膜晶体管的栅极用。本发明作为栅极用的第二金属层厚度无限制，较佳可介于1000至3000。且，本发明第二金属层可为单层或多层结构。一较佳具体例中，本发明第二金属层为一TiN/Al-Cu合金/Ti或TiN/Al-Si-Cu合金/Ti的多层结构。

故此，本发明制作方法所制成的液晶显示器用基板可有效降低面板内的导线阻值，不仅可提升产品良率以降低制作成本，且可满足薄膜晶体管液晶显示器大型化及高画质化的需求。

附图说明

图1(a)至图1(l)为本发明实施例一的液晶显示器用基板的制作流程图。

图2(a)至图2(g)为本发明实施例二的液晶显示器用基板的制作流程图。

图3(a)至图3(h)为本发明实施例三的液晶显示器用基板的制作流程图。

图4(a)至图4(h)为本发明实施例四的液晶显示器用基板的制作流程图。

附图标号：

121    基板

122    第一绝缘层

123    第一光罩

124    缓冲层

125，131，136，137，331，461    负型光阻

128，431    正型光阻

126    第一金属层

127    透明导电层

129    第二光罩

130、340、430    半导体层

133    第二绝缘层

134    第二金属层

135    第三光罩

138、438    保护层

250    阻障层

330、430a、430b    非晶形硅层

341、440    源极/漏极奥姆接触区

具体实施方式

实施例一

请参阅图1(a)至图1(l)所示，为本发明一较佳实施例的液晶显示器用基板的制作流程图，且本实施例所制作的基板是具有顶栅极型薄膜晶体管。此外，在不同步骤搭配使用正型光阻或负型光阻，可使光罩数量减少，更可达降低成本的目的。

如图1(a)所示，首先提供一透明玻璃基板121，并且在基板121表面沉积一第一绝缘层122，以及一正型光阻(图未示)。再利用第一光罩123，对第一绝缘层122进行图案化，以蚀刻出每一源极(Source)/漏极(Drain)欲镶嵌的凹槽，即获得一如图1(b)的基板结构。其中，本例第一绝缘层122为一可透光层，且其厚度约为500至2000。

接着，如图1(c)所示，沉积一氮化钛(TiN)材料于第一绝缘层122表面，以作为一缓冲层124。随后，如图1(d)所示，形成一负型光阻125于缓冲层124表面，再利用同样的第一光罩123对该缓冲层124进行图案化，以使缓冲层只形成于每一源极/漏极欲镶嵌的凹槽表面。最后，移除凹槽内的负型光阻125。其中，本例所形成的图案化缓冲层124具有一约500至1000的厚度。

然后，将上述所制作的基板浸在一铜晶种溶液内，以形成一铜晶种层(图未示)。接着再浸入一含有硫酸铜、盐酸、硫酸、光泽剂、及平整剂等的溶液中。通入电流，以进行自身催化电镀(auto catalytic plating)反应，使铜离子还原于铜晶种层(图未示)表面，而沉积形成一第一金属层126于每一凹槽内。即获得一如图1(e)所示的基板结构。其中，形成晶种层所使用的铜晶种溶液成份，主要为金属盐类、PH值调整剂、表面活性剂、湿润剂、酸性触媒等成份。而在本例中所形成的晶种层可增加第一金属层126与缓冲层124之间的附着强度及均匀性。

为了平坦化第一金属层126，而使第一金属层126所形成的每一源极与漏极表面是与第一绝缘层122表面具有相同高度。本发明可采用化学机械研磨或湿法蚀刻，以平坦化第一绝缘层122与第一金属层126。

本实施例是利用湿法蚀刻以去除表面的铜金属，并且将硫酸双氧水作为蚀刻液，以适用于各种尺寸的玻璃基板。此外，本例蚀刻液组成主要为双氧水、10％至15％浓度的硫酸、乙酰苯胺(acetanilide)、酚磺酸钠(sodium phenolsulfonate)、及硫代硫酸钠等，且操作温度在40℃至50℃范围。

如图1(f)所示，本实施例于凹槽所形成的第一金属层126是作为本例薄膜晶体管的源极/漏极用，且源极与漏极彼此不电性连接。其中，本例的缓冲层124主要可避免源极与漏极的金属铜离子扩散至底层基板121或第一绝缘层122中，且同时可避免基材中的碱金属离子扩散至薄膜晶体管的源极与漏极。

故，本实施例源极/漏极的结构是采用镶嵌式设计，且被一缓冲层124所包覆。当然，本发明第一金属层126的形成方法不限于此实施例所述的内容，其它半导体层形成的制程，如物理气相沉积，也可将第一金属层126填充于第一绝缘层122的凹槽内。

随即，如图1(g)所示，沉积一氧化铟锡、氧化铟锌、或氧化铟锡锌的透明导电层127于整个基板表面，以覆盖第一金属层126与第一绝缘层122，并且再形成一正型光阻128于该透明导电层127表面。其中，本例形成的透明电极层127的厚度约为500至3000。

接着利用一第二光罩129将透明导电层127图案化，以形成一画素区于本发明液晶显示器用基板上。其中，本例图案化的透明导电层127是与薄膜晶体管的漏极相接触，以传递晶体管的电性信号。

如图1(h)所示，沉积一非晶形硅(a-Si:H)的半导体层130于整个基板表面，以覆盖第一绝缘层122、透明导电层127，并且形成一负型光阻131于半导体层130表面。接着，利用同一第二光罩129对半导体层130图案化，以形成薄膜晶体管的通道区。其中，本例图案化的半导体层130是与薄膜晶体管的源极/漏极相接触。

如图1(i)所示，在图案化的透明导电层127，以及图案化半导体层130的表面，依序沉积一第二绝缘层133、第二金属层134、及一负型光阻136，并且利用一第三光罩135对第二金属层134进行图案化。在去除负型光阻136，并进行蚀刻后，可获得一如图1(j)的基板结构。其中，本例第二绝缘层133为一厚度为1500至4000的氮化硅材料，第二金属层134为一厚度为1000至3000的TiN/Al-Cu合金/Ti的多层结构。

接着，如图1(k)所示，沉积一氧化硅保护层138于第二金属层134、以及第二绝缘层133表面，以覆盖该第二金属层134，如此可保护第二金属层134不受环境氧化或后续制程影响。

最后，沉积一负型光阻137，并再次利用第二光罩129对保护层138与第二绝缘层133图案化，以于除去光阻并蚀刻后，暴露出基板表面的透明导电层127，如此即获得一如图1(l)所示的薄膜晶体管液晶显示器用基板。

实施例二

本实施例薄膜晶体管液晶显示器用基板的制作方法皆相同于实施例一所示的内容，除了在薄膜晶体管的源极表面与漏极表面形成一阻障层，且缓冲层材料为氮化硅(SiN)之外，其它制程条件与步骤皆相同于实施例一。

图2(a)至图2(g)为本发明一较佳实施例的液晶显示器用基板的制作流程图。

图2(a)所示，首先提供一基板121，而在基板121表面已先形成源极/漏极用的第一金属层126，其方法步骤是根据实施例一所示的图1(a)至图1(f)流程。

随后，利用离子增长型化学气相沉积在350℃温度下通入SiH₄气体，以在第一金属层126表面进行退火。故，本实施例铜材的第一金属层126表面会生成一铜硅化合物，以作为本例中源极/漏极表面的阻障层250。藉此，本实施例的阻障层250可用以降低源极表面与漏极表面的接触电阻。

图2(b)至图2(g)为本实施例薄膜晶体管液晶显示器用基板之后续各层间制程，其皆相同于实施例一所述的制作流程。

实施例三

本实施例薄膜晶体管液晶显示器用基板的制作方法皆相同于实施例一与实施例二所示的内容，除了半导体层为多晶硅材料且植入离子掺杂物于多晶硅半导体层之外，其它制程条件与步骤皆相同于实施例一与实施例二。

图3(a)至图3(h)为本发明一较佳实施例的液晶显示器用基板的制作流程图。

如图3(a)所示，首先提供一已形成有源极/漏极用的第一金属层126的基板121，其制备方法步骤是根据实施例一所示的图1(a)至图1(f)流程，且如实施例二图2(a)所述，在第一金属层126表面生成一铜硅化合物，以作为阻障层250。接着，在基板121上形成一图案化的透明导电层127。

随后，如图3(a)所示，沉积一非晶形硅(a-Si:H)层330于第一绝缘层122，以及透明导电层127表面后，将非晶形硅层330以350℃进行退火(anneal)动作，并且利用铜硅化物的阻障层250使非晶形硅层330诱发侧向转变成一多晶形硅的半导体层340。即获得一如图3(b)所示的基板结构。

接着，如图3(c)所示，形成一负型光阻331于半导体层340与非晶硅层330表面，并且利用一第二光罩129对半导体层340图案化，以形成薄膜晶体管的通道区。图3(d)至图3(e)是相同于前述各实施例第二绝缘层133、第二金属层134的形成步骤，是利用第三光罩135对第二金属层134图案化。其中，第二金属层134可为一铜铝合金、或一铜硅铝合金材料，且本例是采用铜铝合金材。

如图3(f)所示，利用离子布植方式，将B⁺离子或P⁺离子以35至60斜角度植入多晶形硅的半导体层340，使部分半导体层340通道区形成掺杂离子的半导体层，为源极/漏极奥姆接触区341。其中，本实施例是植入一含有硼离子的掺杂物，以形成P型通道半导体层。

如图3(g)至图3(h)所示的后续步骤，是相同于前述各实施例以制作出完整的薄膜晶体管液晶显示器用基板，并且在薄膜晶体管表面覆有一保护层138。

实施例四

本实施例薄膜晶体管液晶显示器用基板的制作方法皆相同于实施例一所示的内容，除了半导体层为多晶硅材料且植入离子掺杂物在多晶硅半导体层之外，其它制程条件与步骤皆相同于实施例一。

图4(a)至图4(h)为本发明一较佳实施例的液晶显示器用基板的制作流程图。如图4(a)所示，首先提供一已形成有源极/漏极用的第一金属层126的基板121，其制备方法步骤是根据实施例一所示的图1(a)至图1(f)流程。接着，在基板121上形成一图案化的透明导电层127。

随即，如图4(a)所示，依序沉积SiN的非晶形硅层430a、a-Si:H非晶形硅层430b于整个基板121表面，以覆盖第一绝缘层122、透明导电层127，并且形成一正型光阻431于非晶形硅层430b表面。接着，利用第二光罩129对正型光阻431图案化，且之后通过蚀刻方法暴露出部分非晶形硅层430b表面。

如图4(b)所示，因基板121表面沉积有SiN非晶形硅层430a，故利用准分子激光以诱发暴露的非晶形硅层430b转变成多晶形硅的半导体层430。随后移除正型光阻431。

如图4(c)所示，沉积另一负型光阻461于整个基板表面，以覆盖一多晶形硅的半导体层430与一非晶形硅层430b。并且，再次利用第二光罩129以定义出薄膜晶体管的半导体层430通道区。因此，本例薄膜晶体管的半导体通道区为一含有SiN非晶形硅层430a，与多晶形硅半导体层430的多层结构。

在本例中，图4(d)至图4(h)所示的后续步骤，是相同于实施例三图3(d)至图3(h)的实施步骤，以制作出完整的薄膜晶体管液晶显示器用基板。其中，本例是植入一含有磷离子的掺杂物，以形成N型通道半导体层430。且，本例的薄膜晶体管表面覆有一保护层438。

综上所述，本发明液晶显示器用基板的制作方法除了可提供一具有低阻抗的导线结构以外，还可提供一多晶形硅半导体层的薄膜晶体管液晶显示器用基板，以提升产品的可靠性，并且可增加组件开关时的电性质量。

上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (12)

1.液晶显示器用基板的制作方法，包括：

(a)提供一基板；

(b)形成一图案化的第一绝缘层于该基板表面，其中该图案化的第一绝缘层具有多个凹槽；

(c)形成一缓冲层于该第一绝缘层表面与所述的凹槽表面；

(d)图案化该缓冲层，使所述的凹槽表面具有该缓冲层；

(e)填充一第一金属层于所述的第一绝缘层的所述的凹槽内，以形成一源极与一漏极；

(f)形成一图案化的半导体层于所述的第一绝缘层表面，且该半导体层与所述的源极及所述的漏极相接触；以及

(g)形成一第二绝缘层与一图案化的第二金属层于所述的半导体层表面；

(h)形成一图案化的保护层于所述的第二金属层表面，以覆盖该第二金属层。

2.如权利要求1所述的方法，在步骤(e)之后且步骤(f)之前更包括一步骤(e1)：形成一图案化的透明导电层于所述的第一绝缘层表面，且该透明导电层与所述的漏极相接触。

3.如权利要求1所述的方法，在所述的步骤(e)形成一源极与一漏极后，在该源极表面与该漏极表面进行退火，以形成一阻障层于该源极表面与该漏极表面。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述的阻障层为一金属硅化物。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述的半导体层为一非晶形硅层或多晶形硅层。

6.如权利要求1所述的方法，在所述的步骤(f)中所述的图案化半导体层的形成是沉积一非晶形硅层于所述的第一绝缘层表面、将该非晶形硅层进行结晶以转变成一多晶形硅层、以及图案化该多晶形硅层。

7.如权利要求1或5所述的方法，其中所述的半导体层具有一单层结构或多层结构。

8.如权利要求1所述的方法，在步骤(g)之后更包括一步骤(g1)：将离子掺杂物植入于所述的半导体层，以形成一N型或P型半导体层。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述的缓冲层为氧化硅、氮化硅、氮化钛、氮化钽或其组合。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述的第一金属层为铜、银、金或其组合。

11.如权利要求1所述的方法，在所述的步骤(e)中，形成的所述的源极与所述的漏极的表面以及所述的第一绝缘层表面具有相同高度。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述的步骤(e)是利用电镀沉积所述的第一金属层于所述的第一绝缘层表面与所述的凹槽内；以及利用化学机械研磨或湿法蚀刻以平坦化该第一绝缘层与该第一金属层，以形成所述的源极与所述的漏极。

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