TW200814332A - Thin film transistor array substrate, manufacturing method thereof and display device - Google Patents
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200814332 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於薄膜電晶體陣列array)基 板、其製造方法以及顯示裝置。 【先前技術】 有機電致發光(EL)顯示裝置或液晶顯示裝置係形成於 _ 玻璃(glass)基板等絕緣基板上。此種顯示裝置係藉由低溫 多晶矽(polysilicorOaTPS)薄膜電晶體(TFT)的活用,而 飛躍的進行咼性能化。於顯示裝置周邊的電路形成使用低 溫多晶矽薄膜電晶體時,可以減少積體電路及積體電路安 裝基板的使用。為此,不僅可以簡化顯示裝置的周邊,也 可以在狹隘之晝框下實現高可靠性的顯示裝置。還有,在 液晶顯示裝置中,不止每一畫素的切(電 晶體)的容量變小,也可以縮小連接於汲極“以^側之儲 • 存電容器(storagecaPacit〇r)的面積。由此,得以在高解 析度之情形下實現高開口率的液晶顯示裝置。為此,在攜 帶電話用程度的小型面板(panel)之4倍視頻圖形陣列 (QVGA)(畫素數:240x320)或視頻圖形陣列(VGA)(畫素數: 480x640)的高解析液晶顯示裝置内,低溫多晶矽薄膜電晶 體係主導完成任務。 第4圖係繪示習知低溫多晶矽薄膜電晶體結構的剖面 圖第4圖(a)係為沿著形成源極(s〇urce) ·沒極區域的方 向截斷的剖面圖。第4圖(b)係為在第4圖(&)垂直方向上 2185-8985-PF;Ahddub 5 200814332 截斷的d面圖。如第4圖(a)所示,習知的薄膜電晶體在絕 緣基板1上係形成有多晶⑪層2,前述多晶石夕層2持有源 極區域21及極區域22及通道(_⑽μ)區域&更甚之, 在夕曰曰矽層2上形成閘極(gate)絕緣膜3。而且,於閘極 絕緣膜3上覆蓋通道區域23的部分,形成閘極電極〇
在低溫多晶矽薄膜電晶體中,為了於攝氏5〇〇度以下 的低溫製程(PTOCess)中將矽層多結晶化,係利用以雷射 (laser)進行表面加熱的方式(亦即雷射退火(1⑽叶 anneal ing))。於多結晶化後多晶矽層2表面上,會形成如 第4圖所示之凹凸。此凹凸可能是起因於多結晶石夕(多晶石夕) 的結晶粒子邊界。依據照射的雷射波長、照射面的表面狀 匕、…、射蛉的氣氛氣等的不同,通常在低溫多晶矽薄膜電 晶體中,多晶矽層2表面凹凸的峰谷(peak t〇 vaUey)值 係為10奈米至40奈米左右。形成於多晶矽層2上的閘極 絕緣膜3膜厚約為1〇〇奈米,此係成為與多晶矽層2表面 凹凸相近的標準(1eve 1)。亦即,如第4圖所示,多晶石夕層 2突起部導致閘極絕緣膜3膜厚變薄。在薄膜電晶體驅動 時,此閘極絕緣膜3會朝較薄部分集中電荷,而引起閘極 耐電壓不良。其中多晶矽層2表面突起也是導致低溫多晶 石夕薄膜電晶體產率及可靠性大幅降低的主要原因。 夕晶石夕層2的結晶粒子的大小係由所照射雷射的波長 及能ϊ (energy)的大小而決定。多晶矽層2内的結晶粒子 變大時’會得到較高的載體(carrier)移動度,而提升薄膜 電晶體的性能。然而,結晶粒子變大時,也會使多晶矽層 2185-8985-PF;Ahddub 6 200814332 2表面凹凸變激烈。為了進一 % ^ ^ ^ B 乂钕升溥膜電晶體性能,而 進订矽、纟口日日粒徑的擴大或閘極 多m主* 巴缘膜3的薄膜化。藉此, 夕曰曰夕層2表面突起在今後會成為更大的問題。 為了解決此問題,以下技術係 ^ ^ ^ 糸破揭不。習知低溫多晶 夕4膜電晶體中,係藉由使間極 一 巴緣膜3膜厚更厚,而提 咼絕緣膜耐電壓的絕對值。然 合道岛售^ 間極1巴緣膜3的厚膜化 s V致薄膜電晶體特性劣化。亦 勝冤晶體的閥值電 i (Vth)i增加,而減少開啟 lL uon)。還有,即使閘極 絕緣膜3膜厚較厚時,仍會因為 q你夕日日石夕層2突起部的閘 極絕緣膜膜厚較薄’而致薄膜電晶體驅動時電荷集中於 口此藉此仍無法解決導致閘極絕緣膜耐電壓不 根本原因。 ’在專⑺文獻1中,係揭示藉由包含平坦化絕緣 膜的夕们閘極絕緣膜以提高閘極耐電壓的技術。然而,在 =中,由於並未除去會於薄膜電晶體驅動時集中電荷的 :^層大起部,故仍無法根本解決閘極耐電壓不良的問 題疋有平坦化絕緣膜係在多晶矽層上使用旋轉機 少^ )去等所形成。藉此,塗佈材料的氧化膜會形成於 夕曰曰夕層與閘極絕緣膜間的界面。因此,在此界面上,捕 捉(trap)準位密度的控制會變困難,進而使薄膜電晶體特 性不穩定。 另方面’專利文獻2係藉由對多結晶化後的多晶矽 、行化學機械研磨(CMp ·· chemical Mechanical P°llShlng)的方^ ’去除突起。通常多晶石夕層膜厚約為50 2185>8985-PF;Ahdclub 7 200814332 奈米左右。對此多晶石夕層表面所具有約ι〇奈米 左右的突起進行直接化學機械研磨處理時,40奈米 控制較困難。因而,多晶矽層膜厚偏差時,二晶矽層膜厚 vth也會偏差。 4膜電晶體的 在此,薄膜電晶體閥值電壓vth係如式 利文獻1) )所示(非專
Vth = VFB+2 φ B+qNAtsi/C〇x = V〇 + qNAtsi/C〇x ( 1 )
Vfb ··平能帶(f lat band)電壓 0Β·以真性費米(fermi)標準為基準而得 (Fermi potential) 、費米位能 Q :電荷 接收器(3“6的0〇的舉動捕捉密度 tsi :多晶矽膜厚
Cox :閘極絕緣膜容量 藉由式⑴,可以判斷出薄膜電晶體閥值 著多晶矽膜厚tSi而變化。 係1^ 薄膜電晶體多晶石夕;立^ 7層剖面中,從下部到上部係為宮库 ㈣窄的平台形狀’且側壁面係為錐形(㈣⑻狀。此是為 了解決關於閉極電極叙刻「 ' 蚀到(etching)殘渣或斷線等不適合 情形而得之結構,婢同眛旅 口 、$表生其他問題。亦即在通道區域 兩端會形成膜厚較薄的鏟彡 # 叼錐形邛。猎此,通常膜厚部分的薄 膜電晶體特性會因膜i如雀 、予叙4之錐形部的薄膜電晶體特性而 呈現重疊。 2185-8985-PF;Ahddub 8 200814332 、 錐形部伙式(1)可知會使薄膜電晶體的Vth變低。因 而,比起主要(main)之通常膜厚部,較低的閘極電壓會先 變成開啟狀態。為此,在第5圖所示之汲極電流(對數)— 間極電壓特性⑽對數)— Vg肖性:以下係表示次臨限 (subthreshoH)特性)中,在Vg較低的區域也會因錐形部 的影響而致汲極電流起來。但是因為錐形部的通道寬度較 小,在飽和區域中流經錐形部的汲極電流會比通常膜厚部 Μ小。因此,在飽和區域中,定受通常膜厚部薄膜電晶體 特性所支配。其中次臨限特性在汲極電流(對數)上昇部呈 現肩部。接著,薄膜電晶體特性會呈不穩定狀態。 [專利文獻1]日本專利特開2〇〇1_27441〇號公報 [專利文獻2]曰本專利特開平8 — 25591 6號公報 [非專利文獻1 ]半導體厚度在多晶矽薄膜電晶體的效 果(Effects of Semiconductor Thickness on Poly Crystalline Silicon Thin Film Transistors) ^ Jpn. • J. App1· Phys· Vo1· 35 d996) pp· 923-929,M· Miyasaka, T. Komatsu, W. It〇h, A. Yamaguchi and H. Ohshima 【發明内容】 [發明所欲解決的課題] 為了解決上述問題,本發明之目的是提供一種在高可 靠性下性能穩定的薄膜電晶體陣列基板、其製造方法以及 顯示裝置。 [用以解決課題的手段] 2185-8985-PF;Ahddub 9 200814332 本發明薄膜電晶體陣列基板係具有多晶矽層(p〇iy silicon)、第1閘極(gate)絕緣膜及第2閘極絕緣膜。前 述多晶矽層係形成於基板上且持有既定圖案前 述第1閘極絕緣膜係設於前述基板及前述多晶石夕層表面, 且具有與前述多晶石夕層表面同一研磨面的表面。前述第2 閘極絕緣膜係形成覆蓋前❹晶⑪層及前述第丨閘極 膜。 、 本發明薄膜電晶體陣列基板係具有多晶矽層、第i閘 極絕緣膜及第2閘極絕緣膜。前述多_層係形成於基板 上j持有既定圖案。前述第!閘極絕緣膜係設於前述基板 及前述多晶石夕層表面,且表面不僅與前述多晶石夕層表面大 ,等高,且在前述多晶石夕層圖案端部及圖案周邊部的前述 弟—1閘極絕緣膜表面也與前述多晶石夕層表面大致等高。前 述第2閘極絶緣膜係形成覆蓋前述多晶石夕層及前述第1閘 極絕緣膜。 [發明效果] 依據本發明,即可提供一種在高可靠性下性能穩定的 4膜電晶體陣列基板、其製造方法以及顯示裝置。 【實施方式】 '^ 〇使用第1圖對適用本發明薄膜電晶體陣列基 板的顯不裝置進行說明。第1圖料示液晶顯示袭置所使 用之薄膜f晶體陣列基板結構的正面圖。本發明顯示裝置 係以液晶顯示裝置為例進行說明,然此僅為例示的結構, 2185-8985-PF;Ahddub 10 200814332 也可以使用有機電致發光顯示裝置等平面型 板顯示器(flat-panei display))等。 顯示裝 置(平
如^^液晶顯示裝置具有絕緣基板^絕緣基板Η列 ^薄^晶體陣列基板等陣列基板。在絕緣基板1上設 有..肩不區域41以及設置圍繞顯示區域41的晝框區域I :!示區域41中係形成有多條間極導線(掃晦信號線)43 二夕個源極導線(顯示信號線)4 4。多條閘極導線4 3係平行 設置。同樣的多條源極導線44亦平行設置。閘極導線“ 與源極導線44係形成相互交錯的形式。閘極導線43與源 極導線44係垂直相交。相互鄰接的閘極導線43與源極導 線44所圍繞而得的區域係作為畫素47。因而,在絕緣基 板1上,畫素47係呈矩陣(matrix)狀排列。 G、土 進-步在絕緣基板i的畫框區域42中,設置掃猫信號 驅動電路45與顯示信號驅動電路46。閘極導線43係從顯 示區域41延伸設置至晝框區域42。而且,閘極導線“係 在絕緣基板1端部與掃瞄信號驅動電路45連接。源極導線 44也同樣從顯示區域41延伸設置至晝框區域42/而且, 源極導、線44係在絕緣基板丨端部與顯示信號驅動電路46 連接。在掃瞄信號驅動電路45附近係連接有外部導線48。 還有,在顯示信號驅動電路46附近係連接有外部導線49。 外部導線48、49例如是可撓性印刷電路(Fpc (Flexible Printed Circuit))等導線基板。 掃瞒信號驅動電路45與顯示信號驅動電路46經由外 部導線48、49被提供來自外部的各種信號。掃瞄信號驅動 2185-8985-PF/Ahddub 11 200814332 電路45基於來自外部的控制信號,供給閘極信號(掃晦信 5虎)給閘極導線43。依據此閘極信號,閘極導線被依序 選擇。顯示信號驅動電路46基於來自外部的控制信號或顯 示資料(data)’供給顯示信號給源極導線44。依據此信號, 即可供給對應顯示資料的顯示電壓給各畫素4 7。 在晝素47内,係形成有至少一個薄膜電晶體5〇。薄 膜電晶體50係被配置於源極導線44與閘極導線“交錯點 附近。例如薄膜電晶體5〇係供給顯示電壓給晝素電極。亦 即,依據來自閘極導線43的閘極信號,開啟作為切換元件 的薄膜電晶體50。藉此,從源極導線44施加顯示電壓至 與薄膜電晶體50汲極電極連接的畫素電極。然後,在書素 電極與對向電極之間,產生對應顯示電㈣電場。還^在 絕緣基板1表面可以形成定向膜(未圖示)。 進一步於絕緣基板丨上對向配置對向基板。對向基板 例如是濾光片(Color filter)基板,被配置於視覺辨認 側。對向基板中可以形成濾光片、黑矩陣(Mack聊什“ (BM))、對向電極及定向膜等。還有,對向電極也可以為被 配置於絕緣基板1侧的情形。然後,在絕緣基板丨與對向 基板之間挾持液晶層。亦即在絕緣基i與對向基板之間 導入液晶。更甚之’在絕緣基板丨與對向基板的外侧面, 設置偏光板及相位差板等。還有,在液晶顯示面板的反視 覺辨認侧,可以配置背光單元(backlight unit)等。 液曰曰係依據晝素電極與對向電極之間的電場而被驅 動。亦即,改變基板間液晶的定向方向。藉此,改變通過 2185-8985-PF;Ahddub 12 200814332 液晶層之光的偏光狀態。亦即,通過偏光板被直線偏光的 光線經由液晶層而改變偏光狀態。具體而言,來自背光單 元的光經由陣列基板側的偏光板後被直線偏光。然後,此 直線偏光藉由通過液晶層而改變偏光狀態。 因而’依據偏光狀態,即可改變通過對向基板侧偏光
板的光量。亦即,改變來自背光單元並透過液晶顯示面板 的透過光中通過視覺辨認側偏光板之光線的光量。液晶的 疋向方向係依據所施加的顯示電壓而改變。所以藉由控制 顯不電壓’即可改變通過視覺辨認侧偏光板的光量。亦即, 藉由改變每一畫素的顯示電壓,即可顯示既定的晝像。 接著’使用第2圖對薄膜電晶體50的結構進行說明。 第2圖(a)係為模式顯示本發明薄膜電晶體5〇結構的平面 圖。第2圖(b)係為第2圖(a)a-A線的剖面圖。第2圖(c) 係為第2圖(a)B-B線的剖面圖。在此,係以上閘極 (top-gate)結構為例說明薄膜電晶體5〇。在主動式矩陣 (active matrix)型顯示裝置中,此薄膜電晶體5〇係被配 置於顯示區域41内的晝素47中。 在第2圖中’絕緣基板!上係形成有多晶矽層2。 晶矽層2係由第i導電型的源極區域21、汲極區域22 通道區域23戶斤構成。通道區域23係、配置於源極區域21 沒極區域22之間。然後,形成覆蓋多晶石夕層2的閉極絕 膜3°在夾著閘極絕緣膜3的通道區域23對面形成閘極 極4。層間絕緣層5係形成於間極絕緣膜3及間極電極 上。構成電路的導線層6係經由貫穿層間絕緣層5及閑 2185-8985-PF;Ahddub 13 200814332 絕緣膜3的接觸窗(contact hole),而與源極區域21、沒 極區域2 2及閘極電極4電連接。 多晶石夕層2係以雷射退火(laser annealing)方式將 40奈米至80奈米左右的非晶石夕(am〇rph〇us si 1」c〇n)膜結 晶化而形成。在多結晶後的多晶矽層2表面形成有起因於 多晶矽的結晶粒子邊界的凹凸。還有,多晶矽層2端部係 呈錐形形狀。前述不僅可以確保閘極電極4與多晶矽層2
間的耐電壓、亦即提升薄膜電晶體5〇的閘極耐電壓,還可 以防止閘極電極4的斷線。 本發明中,閘極絕緣膜3係以位於多晶矽層2側的第 11極絕緣膜31與在閘極電極4側的第2閘極絕緣膜32 等一層所形成。第1閘極絕緣膜31係於絕緣基板丨大致全 邛表面上形成覆盍多晶矽層2後,利用化學機械研磨等平 坦=處理將全面平坦的去除至多晶砍層2表面為某種程度 的路出為止。亦、即’在多晶矽層2上,將突起某種程度的 去除而成為多晶矽層2凹窪處埋有第1閘極絕緣膜31的形 式。因此’多晶㊉層2凹凸表面的凸部係露出,而凹部中 則:里5又於弟1閘極絕緣膜31下。然後,多晶矽層2的表面 與第1閘極絕緣膜31的表面-同作為研磨面。還有,包含 平坦化處理後第1閘極絕緣膜31的多晶矽層2表面係與形 成於錐形狀多晶_層2㈣以⑽㈣ 絕緣膜31大致箄☆ L ^ 1閘極 人蚁寺阿。因此,在絕緣基板i全面上, 極絕緣膜Μ本;^ γ i ^ 、表面係為大致平坦。然後,在含有此多晶石夕層 弟閘極絕緣膜31的平坦去除面上形成第2閘極絕緣 2185-8985^PF;Ahddub 14 200814332 膜32。 =’ 2圖案端料呈錐形形狀。因此 成錐形形狀之多晶石夕層2圖案端部,”“夕層 」籌 1閘極絕緣膜31露出。铁後 、,攸弟 笛〗曼在多晶矽層2圖案端部上之 間極絕緣膜31表㈣、與多晶_層2巾央部表面大致等 :面二之’乡晶石夕層2圖案端部上之第1閉極絕緣膜31 又 系,、位於多晶碎層2外侧圖安用、嘉 卜側圖木周邊部的第1閘極絕緣 膜表面大致等高。第2閘極絕緣膜心設計為與多晶 :層2表面接觸。在此,從絕緣基板i表面的距離成 度0 接著,使用第3圖對本發明薄膜電晶體5〇的製造製程 進行說明。第3圖係為本發明製造製程的薄膜電晶體的: 面圖二此剖面圖所顯示者為帛2圖(3)之Η線剖面結構。 首先,在例如是玻璃所形成之絕緣基板丨上,以化學 t相沈積法形成非晶石夕膜。所使用者是低壓化學氣相沈: (LPCVD: Low Pressure Chemical Vapor Deposition)^ ^ 電漿輔助化學氣相沈積(PECVD : piasma Enhanced
Vapor Deposition)法。一般而言,利用低壓化學氣相沈積 法雖然可以穩定地形成非晶矽膜,但生產性的觀點來看則 會比電漿輔助化學氣相沈積法還差。利用電漿輔助化學氣 相沈積法所形成之非晶矽膜因為含有較多的氫,故在雷射 退火時會有氫突沸而破壞膜的可能性。因此,為了減少氣 含量,係在雷射退火前進行攝氏35〇度以上的熱處理。之 218 5-8 9 8 5-PF;Ahddub 15 200814332 後’藉由雷射退火等將非晶矽膜多結晶化。 运射退火係以脈衝雷射(pulsed laser)多次照射使石夕 、、口日日化田射退火時,矽結晶的光吸收率會隨著雷射波長 的增長而減少。為此,使用準分子雷射(excimer laser)(波 長· 308奈米)時,在前述照射中被結晶化的矽會再溶融。 另一方面,使用釔鋁柘榴石%雷射(YAG2。laser)時,前 、厂“、、射中所生成之石夕結晶融解變遲,而以此結晶為核使已 融解之未結晶化(非晶)部結晶化。因而,為了得到較大粒 的、々日日車乂么疋使用紀鋁柘權石2 ω雷射(用於多晶石夕薄 膜電晶體製造之非晶石夕膜藉由脈衝纪銘柘權石2,綠雷射 的結晶化(crystallization of am〇rph〇us一Si fiims by
pulsed YAG2。 green laser for polycrystalline Si TFT fablication) > journal 〇f the SID 13/10 (2〇〇5) P. 823-827^ S. Yura, A. Sono, T. Okamoto, Y. Sato, T. Kojima,J· Nishimae,M. In〇ue,K· M〇t〇nami:以下簡 稱參考文獻1 )。還有,也可以使用脈衝雷射。 在前述多結晶化多晶矽層2表面,會形成有如第3圖 (a)所示的凹凸。特別是石夕結晶粒較大之情形下,結晶粒子 邊界部的凹凸會更明顯。此時,多晶石夕層2表面凹凸會變 大至與多晶石夕;I 2之膜厚相同程度為止。於雷射退火前, 利用氫氟酸去除非晶矽膜表面的自然氧化膜,以減輕形成 於多晶矽層2表面的凹凸。還有,在雷射照射時,藉由將 氮氣等惰性氣氛氣通至非晶石夕膜表面,也可以減輕多晶石夕 層2表面的凹凸。 2185-8985-PF;Ahddub 16 200814332
此外,絕緣基板1R 板1興夕晶矽層2之間,也可以為具有 以下所述之保護膜的纟士播 “ 、、°冓。車父佳是在絕緣基板1側形成防 止來自、&緣基板1之污染物質擴散的第1保護膜(未圖 不)以及在夕晶石夕層2側形成難以在多晶石夕層2界面發生 捕捉準位的第2保護膜(未圖示)。第丨保護膜例如是氣化 石夕膜’第2保護膜例如是氧化石夕(siiic〇n〇xide)膜。此時, 係於非晶梦膜形成前,形成前述保護膜。 接著’如第3圖(b)所示,藉由光蝕刻(ph〇t〇_etching) 特多晶⑪層2加玉成既定形狀。例如是制使用四氟化 石反(CFO等氟化合物氣體的電漿蝕刻或反應性離子蝕刻 ( actlve lQn Etchlns)進行。在此,調整#刻條件 以使多晶石夕層2端部形狀為如第3圖⑻所示之錐形形狀。 多晶石夕層2端部為錐形形狀時,可以使薄膜電晶體5q之閉 極耐電壓提升以及解決關於閘極電極斷線㈣適合情形。 之後’如第3圖U)所示’在形成有多晶石夕層2的絕緣 基板1上形成第i閘極絕緣膜31。此時,第i間極絕緣膜 31必須比多晶梦層2膜厚還厚。例如多晶石夕層2平均膜厚 約為60奈米時’第i閘極絕緣膜31膜厚約為8〇奈米。還 有’為了減少多晶矽層2界面捕捉準位密度,帛i閘極絕 緣膜31較佳是含氫較多的氧化膜。例如是使用利用四乙基 石夕酸鹽(™s (Tetra Ethyl 0rthc) SiUcate))與氧氣“ 漿化學氣相沈積,形成具有4莫爾百分率左右氫含量的氧 化石夕膜(化學氣相沈積四乙基石夕酸氧化物的純··沈積參 數、退火及氫濃度間的關連(Properties Qf叻㈣“Μ 2185-8985-PF/Ahddub 17 200814332 vapor deposited tetraethyl orthosi1icate oxides : Correlation with deposition parameters, annealing, and hydrogen concentration),J· Vac. Sci. Technol. B8 (1990) p.533-539 j A. M. Nguyen and S. P. Murarka : 以下簡稱參考文獻2)。其中第1閘極絕緣膜31係被埋設 於多晶矽層2的凹部。多晶矽層2被第1閘極絕緣膜31所 覆蓋。 然後,從第1閘極絕緣
化處理例如是使用化學機械研磨法。化學機械研磨法所使 用之泥漿(slurry)(研磨粒)必須選擇最適合第j閘極絕緣 膜31的材質。第1閘極絕緣膜31為氧化矽時,例如是使 用鈽氧(ceria)(氧化鈽(ceriumoxide))系泥漿。通常使用 轉盤(turntable)驅動馬達(motor)電流監控器 檢測化學機械研磨終點者,較佳是使用即時(insitu)光學 式膜厚監控器。第1閘極絕緣膜31表面粗糙度較佳是平坦 化處理至100平方微求區域中均方根⑽s (R〇〇U咖 =⑹值在Η)奈米以τ,然後多晶♦層2的平均膜厚為 50示米為止。藉此,露出多晶㈣2表面凸部,而得到如 第3圖(d)所示的結構。由 ^ 玄陈夕日日矽層2的凸部,以传 弟1閘極絕緣膜31上凹凸變平滑 始夕笙1日日 > 巴3十坦化處理 後之弟1閘極絕緣膜31的多晶㈣2表面 晶矽層2圖荦端邻上菸π二、 錐$狀夕 第i㈣料 ㈣邊部絕緣基板1上的 :閘極絕緣膜31大致等高。然後,多晶石夕層2凸部表面、 β又於多晶矽層2凹部^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 弟1閘極絕緣膜31表面、錐形狀多 2185-8985-PP;Ahddub 18 200814332 晶石夕層2圖案端部及位於圖案周邊部的第】間極絕緣膜Μ 表面㈣成同-高度的„面。亦即’在與絕緣基板i平 打之形狀下’第1閘極絕緣膜31表面全部係呈平坦。 第1閘極絕緣膜31平坦處理後,如第3圖⑷所示, 在包含多晶矽層2及第1閘極絕緣膜31的去除面上,形成 第2閑極絕緣膜32。第2間極絕緣膜32膜厚例如是1〇。 奈米左右’也可以從薄膜電晶體性能進行膜厚最佳化而 得°第2閘極絕緣膜32與第!閘極絕緣膜31相同,為了 減少多晶⑦層2界面捕捉準位密度,較佳是含氫較多的氧 化膜。例如是使用利用四乙基矽酸鹽(TE〇s Ortho Silicate))與氧氣的電漿化學氣相沈積,形成具有 4莫爾百分率左右氫含量的氧化石夕膜(參考文獻2)。上述係
形成閘極絕緣膜3,此閘極絕緣膜3係由帛}閘極絕緣膜 31與第2閘極絕緣膜32等二層所構成。力了露出多晶石夕 層2,第2閘極絕緣膜32係以與多晶矽層2連接方式所形 成0 在閘極'纟巴緣膜3上利用濺鍍(sputter)沈積作為閘極 電極的金屬材料,並如第3圖(f)所示,將閘極電極4光蝕 刻成既定形狀。閘極電極4例如是使用鉬(M〇)或鈦(Ti)等 咼融點材料。或者,也可以使用以鋁(A1)等低阻抗材料為 主’且上層持有前述高融點材料的層積膜作為閘極電極4。 餘刻可以從乾蝕刻或濕蝕刻中選擇適用閘極電極4的方 法。然後’在源極區域21與汲極區域22中導入不純物。 例如疋在n通道型薄膜電晶體中,所導入之不純物是石舞 2185-8985-PF;Ahddub 19 200814332 (Phosphorus (卩))等n型不純物。導入方法可以使用離子 :入法或離子摻雜(i〇n d〇ping)法。$ 了減少起因於閘極 电極4與源極區域21間重疊(〇verl H 王谷®,較佳 疋動對準(self-alignment)結構。以閘極電極$為罩幕 (mask),再經由閘極絕緣膜3導入不純物至多晶矽層2中暴 於通逼區域23中並未導入不純物。
+接耆,如第3圖(g)所示,在閘極電極4及第2閘極絕 緣膜32上形成層間絕緣層5。層間絕緣層5為了抑制氯的 擴散,較佳是使用例如是氮化石夕膜。形成層間絕緣層5後, 、仃攝氏350度至攝氏5〇〇度的熱處理。藉此熱處理 =絕緣膜3等氧化膜中氫擴散,並使之與存在於多晶石夕^ 内的矽原子懸鍵(dangling_bond)結合。藉此,可以減少 構=薄膜電晶體特性劣化原因的捕捉準位。亦~,前述可 、提回Vth或載體移動度等薄膜電晶體特性。 *進-步於閘極絕緣膜3及層間絕緣膜5中形成接觸 露出源極區域21及汲極區域22。然後,從層間絕 制=上成料軸Μ合金料„。利料常的照相 :/圖案化此導電膜,形成如第3圖⑻的導線層6。導 艮“ 6例如疋第j圖所示的源極導線44。經過以上製程, 即70成本發明薄膜電晶體5 0 〇 盘上述中,本發明閘極絕緣膜3為由第!閘極絕緣膜31 二弟2閘極絕緣膜32#二層所構成的結構。然 =膜31形成於覆蓋多晶之絕緣基板1Α致全面 斤 利用平坦化處理全面伞/ν ^ 处王面十坦化去除至多晶矽層2表面有 2185-8985-PF;Ahddub 20 200814332 某種私度藤出為止。葬發,夕 除而被平坦化。铁後即有 層2表面上因凸部被去 ^ 4即有可能形成閘極絕緣膜3膜厚幾 的結構。因此,可以提高閘極耐電壓、以及提高薄 膜電晶體產品的產率及可靠性。 。、
曰曰石夕層2錐形部的閘極絕緣耐電壓不良的問題。 更甚之,本發明中也可以不在多晶矽層2上進行直接 平坦化處理,而是進行從第1閘極絕緣膜31上至具有多晶 石夕層2表面有某種程度露出為止的平坦化處理。因此,多 晶石夕層2的膜厚控制變容易,並使膜厚偏差可被控制。然 後’如式(1)所示,Vth會穩定。 還有,平坦化處理後,絕緣基板1大致全面之第!間 極絕緣膜31表面係為幾乎平坦。亦即,形成於多晶石夕/2 錐形部的閘極絕㈣3卜係與多晶♦層2中央部大致等 南。然後’在含有多晶々層2及第1閘極絕緣膜31的去除 面上,形成第2閘極絕緣膜32。因此,形成於多晶矽層2 錐形部的閘極絕緣膜3係比通常膜厚部還厚。藉此,可曰以 抑制在式(1)中多晶矽膜厚tsi錐形部中的薄膜效果。麸 後,可以抑制次臨限特性"部的發生,而可以得到穩; 的薄膜電晶體閥值電壓Vth。還有,含有多晶石夕層2的閑 極絕緣膜31表面全部係為幾乎平坦,故在此閘極絕緣膜 31上所形成之第2閘極絕緣膜32係可使多晶碎層2錐形 部被閘極絕緣冑3所完全覆蓋。藉此’可以解決起因於多 另外’本發明中雖以使用化學機械研磨法對第1閘極 絕緣膜31及多晶矽層2進行平坦化處理為例進行說明,然 2185-8985-PF;Ahddub 21 200814332 也可以改以回蝕(etch back)進行平坦化。首先,在第i閘 極絕緣膜31上塗佈平坦性良好的平坦化膜。作為平坦化膜 了以使用複印成転中所用之光阻(ph〇t〇resist),而不需特 殊設備的導入。為了不要圖案化,也可以使用不含感光劑 的基底(base)樹脂作為平坦化膜。還有,用於多層導線之 絕緣膜材料可以是使用有機塗佈式氧化矽膜(s〇G)、有機旋 轉塗佈介電層(S0D)或無機塗佈式氧化矽膜。然後,關於回 蝕,係選擇被蝕刻材料的蝕刻速度幾乎相同的方法。例如 多晶矽層2、閘極絕緣膜31及平坦化膜之蝕刻速度相近的 方法,是使用八氟化三碳(C3F〇、$氣化二礙(C2F6)及三氣 ^碳氫⑽F3)氣體進行反應性離子姑刻。但是,由於使用 前述氣體時污染物的附著會變多,必須於回蝕後充分洗淨 閘極絕緣膜31表面。紘,1 k 曰,人化學機械研磨法相同,均 以將^有多晶⑪層2凸部的閘極絕緣膜31平坦化。 通有,在本發明中,雖然以抑制氣擴散之 :;…例進行說明,然也可以由含氫較多的膜2 = 可以形成覆蓋層間絕緣臈5及導線層6 : 層未圖示)作為抑制氣擴散的膜。然後 未: 示)形成後,進行摄庆ώ 巴缘層C未圖 度至攝氏5 0 0度的埶處理。蕻 可以得到與以抑制氫擴散之膜形成層間絕緣膜5之= 同的效果。亦即, $膜5之仏形相 本發明雖以自叙提升薄膜電晶體特性。 然也可以為含有間二結構薄膜電晶體為例進行說明, 雜没極α嶋構的薄摻雜汲極咖)結構之輕換 、電日日體。全都可以發揮與自動對準 2185-8985-PF;Ahddub 200814332 / 結構薄膜電晶體相同之效果。 【圖式簡單說明】 第1圖係繪示本發明液晶顯示裝置薄膜電晶體陣列基 板結構的不意圖。 第2圖(a)至第2圖(c)係繪示本發明薄膜電晶體平面 圖及剖面圖。 第3圖(a)至第3圖(h)係繪示本發明薄膜電晶體製造 β製程的剖面圖。 第4圖(3)至第4圖(!))係繪示習知薄膜電晶體平面圖 及剖面圖。 第 5圖係為顯示薄膜電晶體次臨限特性的圖形 (graph) 〇 【主要元件符號說明】 1〜 /絕緣基板; 2〜多晶石夕層·, 3〜 /閘極絕緣膜; 4〜閘極電極; 5〜 <層間絕緣層; 6〜 /導線層; 21 〜^原極區域, 22 〜沒極區域; 23 〜通道區域; 31 〜第1閘極絕緣膜; 32 〜第2閘極絕緣膜; 41 〜顯示區域; 42 〜晝框區域; 43 〜閘極導線; 44〜源極導線; 45 〜掃猫信號驅動電路; 46 〜顯示信號驅動電路; 47 〜晝素; 2185-8 985-PF;Ahddub 23 200814332 48、49〜外部導線; 50〜薄膜電晶體。
24 2185-8985-PF;Ahddub
Claims (1)
- 200814332 十、申請專利範圍: 1· 一種薄膜電晶體陣列(transistor array)基板,包 括: 夕日日石夕層(P〇 1 y S i 1 i c〇n ),形成於基板上且持有既 定圖案(pattern); 一第1閘極(gate)絕緣膜,設於前述基板及前述多晶 夕k表面且具有與前述多晶石夕層表面同一研磨面的表 面;以及 第2閘極絕緣膜,形成覆蓋前述多晶石夕層及前述第 1閘極絕緣膜。 2. 如申明專利範圍第1項所述的薄膜電晶體陣列基 板,其中位於前述多晶石夕層圖案周邊部的前述第1閘極絕 緣膜係與前述多晶矽層表面大致等高。 3. —種薄膜電晶體陣列基板,包括: 一多晶矽層,形成於基板上且持有既定圖案;一第1閘極絕緣膜,設於前述基板及前述多晶石夕 :’…述多晶石夕層圖案中央部、_案端部及圖㈣: =广i間極絕緣膜具有與前述多晶石夕 ; 尚的表面;以及 八双寺 形成覆蓋前述多晶矽層及前述第 一第2閘極絕緣膜 1閘極絕緣膜。 陣 膜 4·如申請專利範圍第W或3項所述的薄膜f 列基板’ #中W述第1閘極絕緣膜及前述第2門 包括氧切(sluc〇nc)xlde)。 “2間拐 2185-8985-PF;Ahddub 25 200814332 5. 如申請專利範圍第卜2或3項所述的薄膜電晶體陣 列基板’纟中前述第2間極絕緣膜包括】莫爾百分率以上 的氫。 6. 如申請專利範圍第卜2或3項所述的薄膜電晶體陣 列基板’ λ中前述多晶梦層之既㈣案形狀的端部係持有 錐形(taper)形狀。 7· 一種顯不裝置,具有如中請專利範圍第1、2或3項 所述的薄膜電晶體陣列基板。 8·一種薄臈電晶體陣列基板的製造方法,包括: 一多晶矽層形成製程’用以在基板上形成具有凹凸表 面的前述多晶矽層; 又 、 衣私用以將别述多晶矽層加工成既定圖案形 狀, 沈和衣私,用以沈積第1閘極絕緣膜,前述第1門 極、纟巴緣膜係覆蓋前述多晶石夕層; 一 + &㈣程’用以去除前述第i閘極絕緣膜及前述 多晶石夕層’以暴露出前述多晶梦層表面;以及 -第2閘極絕緣膜形成製程,用以在前述已被去除的 弟1閘極絕緣膜上形成覆蓋前述多晶♦層及前述第】閑極 絕緣膜的前述第2閘極絕緣膜。 9.如中請專利範㈣8項所述的薄膜電晶體陣列基板 的製造方法 ’ jBl 中 A JSL· j-o JU '_L' /γλ- /、宁在千i一化刚述弟丨間極絕緣膜及前述多 晶矽層的製程中,係使用化學機械研磨。 10·如申睛專利範圍第8項所述的薄膜電晶體陣列基 2l85-8985-PF;Ahddub 26 200814332 板的製造方法,JL中力承帕几乂、μ - ,、甲在十坦化別述弟1閘極絕緣膜及前述 多晶石夕層的製程中,係於前述第1間極絕緣膜上塗怖仲 化膜,再同時對前述平坦化膜、前述第1間極絕緣膜及前 述多晶矽臈蝕刻(etching)至暴露出前述多晶矽層表面為 止而完成平坦化。 11.如申請專利範圍第8項所述的薄膜電晶體陣列基 ,的製造方法4中前述第1閘極絕緣膜及前述第2間極 絕緣膜係使用氧化石夕所構成。 1 2 ·如申請專利範圍第 板的製造方法,其中前述第2=的溥膜電晶體陣列基 率以上的氫。 “2閑極絕緣膜包…爾百分 13.如申請專利範圍第u 列基板的製造方法,1中m、34的薄膜電晶體陣 閉極絕緣膜係使用四乙閘極絕'«及前述第2 積⑽)而形成。 〜鹽⑽)端藉由化學氣相沈2185-8985-PF;Ahddub 27
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