TW488024B - Metal contact structure for thin film transistor of liquid crystal display and the manufacturing method thereof - Google Patents

Description

488024 五、發明說明（1) 【發明領域】 本發明係有關一種薄膜電晶體液晶顯示器（Th i n F i 1 m Transistor Liquid Crystal Display; TFT-LCD)及其製 造方法，特別是關於一種液晶顯示器薄膜電晶體之金屬電 極接觸結構及其製造方法，用以避免在接觸窗（contact h ο 1 e )蝕刻製程中破壞源/汲極金屬層及於其上形成氧化物 絕緣層，使得該金屬電極與上層銦錫氧化物（ΐ ο P - I T 0 )導 電層之間具有良好的接觸電阻值（contact resistance)。 【發明背景 主動矩 由一組液晶 陣列則被用 而影響像素 液晶顯 視。不過， 較大，容易 低，因此， 器裝置的製 另一方 光罩的製程 晶體陣列的 開口率（〇 p e (I n2Sn05 ; 陣型（a c t i v 像素（P i x e 1 來作為像素 液晶的光學 示器具有薄 在中、大尺 因為薄膜電 製作性能良 造良率有著 面’為提南 來取代傳統 製程步驟， n ratio)， I T 0 )鋪設於 e m a t r i χ )液晶顯示器裝置典型地 )的矩陣所構組成，一薄膜電晶體 的開關元件，藉由控制薄膜電晶體 特性，以顯示影像。 且低耗電的特性，使其應用受到重 寸液晶顯示器裝置中，由於其面積 晶體陣列的局部缺陷而導致良率降 好的薄膜電晶體陣列對於液晶顯示 相當大的影響。 產能，習知技藝往往使用減少一道 的製程。並且，為縮減傳統薄膜電 且降低元件發生短路的機會及增加 往往採取形成钢錫氧化物導電層 整個薄膜電晶體結構的上表面，以

第4頁 488024 五、發明說明（2) 導通像素電極與源/沒極。 在習知的薄膜電晶體陣列五道光罩製程（5-mask process)中，因為接觸窗蝕刻製程對於薄膜電晶體陣列中 第一道金屬及第二道金屬的蝕刻深度（etchingdepth)不 同’造成接觸窗電漿蝕刻製程對第二道金屬電極產生嚴重 的電漿破壞（plasma damage)，在蝕刻過程中，並且可能 生成氧；ft物絕緣層殘留在金屬電極表面，導致將來的接觸 電阻值劣化。 第一圖顯示一個傳統的五道光罩薄膜電晶體的結構。 其製造方法係在透明的基板（substrate)lO上形成閘極電 極（gate electrode)ll ，然後覆蓋一層閘極絕緣層（gate insulator lay er)12，在閘極絕緣層12上方沉積本質半導 體層（intrinsic s emi conductor layer)13 及摻雜半導體 層（doped semiconductor 1 ay e r ) 1 4，定義及餘刻半導體 層1 3及1 4後，沉積源/汲極金屬層1 5，定義及蝕刻源/汲極 金屬層1 5，蝕刻摻雜半導體層1 4，沉積絕緣保護層 (insulative passivation 1 ayer ) 16，蝕刻保護層16 以形 成接觸窗18及19，沉積銦錫氧化物導電層17，定義及蝕刻 銦錫氧化物導電層1 7。 在蝕刻接觸窗時，上層金屬15及下層金屬11的蝕刻深 度不同，如圖中所示，形成接觸窗1 8必須蝕刻穿透保護層 1 6及絕緣層1 2，而形成接觸窗1 9僅須蝕刻保護層1 6，當接 觸窗1 8得到滿意的結果，上層金屬1 5便遭受電漿破壞，造 成銦錫氧化物導電層1 7與其接觸電阻值增大。而習知技藝

488024 五、發明說明（3) 為得到足夠的接觸窗蝕刻深度，往往採取過度蝕刻 (over-etching)，如此，更加劇金屬層1 5的破壞°此外， 在電漿蝕刻接觸窗的過程中，接觸窗1 9内金屬層1 5的表面: 會殘留氧化物絕緣層，更加使得銦錫氧化物導電層1 7與金 屬電極1 5的接觸電阻值增大。

解決這些問題的方法有許多種。例如，使用化學濕式 蝕刻製程來形成接觸窗，不過，此種製程的控制性較乾式 蝕刻製程差，且形成的接觸窗孔徑較大。另一種習知技 術，係在完成接觸窗電漿蝕刻製程後，增加至少一道物理 乾式或化學濕式處理之製程，以除去在第二^道金屬電極表 面之電漿破壞層及氧化物絕緣層，然而，如此一來，便增 加製程的複雜度，並且可能造成額外的破壞。

潘等人在中華民國專利公報公告編號第4 0 8 5 0 0號（申 請號第8 8 1 0 7 6 4 6號）中，針對具有金屬複合層源/汲極電極 的薄膜電晶體液晶顯示器之製造方法加以改良，其利用提 高絕緣保護層相對於金屬複合層之接觸層的蝕刻選擇比， 以降低形成接觸窗時對金屬複合層的蝕刻破壞。不過，在 該習知技術中，潘等人並不知道不同金屬層因為蝕刻深度 不同所造成對於源/汲極金屬層的破壞，亦未具體揭露該 具有高度蝕刻比的製程配方，其顯然係屬於化學濕式蝕刻 製程的一種，更未提及蝕刻製程中所可能生成的氧化物絕 緣層。 井上（Kazunor i )等人在日本專利公報特開平 11 - 283934中揭示，於姓刻接觸窗後，在露出的金屬接觸

第6頁 488024 五、發明說明（4) 部位表面進行表面處理的步驟，除去接觸表面上存在的包 含氧或碳的物質，以降低接觸電阻值。同樣地，井上等人 亦不瞭解不同金屬層因為蝕刻深度不同所造成對於源/汲 極金屬層的破壞，因此不能避免該金屬層於蝕刻接觸窗時 受到電漿破壞，僅是針對移除蝕刻製程中生成的絕緣物加 以改良。

這，些習知技術皆未能解決源/汲極金屬層因為蝕刻深 度不同所遭受電漿破壞的問題，因此，一種能夠避免在接 觸窗蝕刻製程中破壞源/汲極金屬層及於其上形成氧化物 絕緣層，使得該金屬電極與上層銦錫氧化物導電層之間具 有良好的接觸電阻值之液晶顯示器薄膜電晶體之金屬電極 接觸結構及其製造方法，乃為所冀。 【發明目的與概述】 本發明之主要目的，係在於提供一種液晶顯示器薄膜 電晶體之金屬電極接觸結構及其製造方法，用以避免在接 觸窗蝕刻製程中破壞源/汲極金屬層及於其上形成氧化物 絕緣層，使得該金屬電極與上層銦錫氧化物導電層之間具 有良好的接觸電阻值。

根據本發明，一種薄膜電晶體包括在一透明基板上形 成閘極電極，一閘極絕緣層覆蓋該閘極電極，該閘極絕緣 層上方依序形成本質及摻雜半導體層，一源/汲極金屬層 形成於該摻雜半導體層上方，一金屬氧化物導電膜覆蓋該 源/汲極金屬層，一絕緣保護層被覆該電晶體結構上方，

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第7頁 488024 五、發明說明（5) 一接觸窗穿過該保護層到達該金屬氧化物導電膜，一上層 銦錫氧化物透明導電層形成於該保護層上，並在該接觸窗 内與該金屬氧化物導電膜電性連接。換言之，本發明之特 點係在於，該源/汲極金屬電極具有一金屬氧化物導電膜 作為保護層，使得該金屬電極在後續製程中不直接曝露於 蝕刻製程的電漿下，因而免受電漿破壞。 形.成該薄膜電晶體的方法，包括在基板上形成閘極電 極，沉積閘極絕緣層覆蓋該閘極電極，沉積本質及摻雜半 導體層，定義及钱刻該半導體層，沉積源/汲極金屬層， 至此，仍如同在習知技藝中一般，接著為本發明之特別製 程，亦即，在該源/汲極金屬層上沉積一金屬氧化物導電 膜，該金屬氧化物導電膜在後續的接觸窗蝕刻製程中對該 源/汲極金屬層提供保護作用，以避免該電極金屬層遭受 電漿破壞，並且可避免在該電極金屬層上形成氧化物絕緣 層，在沉積該金屬氧化物導電膜後，定義及蝕刻該源/汲 極金屬層與金屬氧化物導電膜，蝕刻該摻雜半導體層，沉 積絕緣保護層，電漿蝕刻該絕緣保護層以形成接觸窗，沉 積銦錫氧化物導電層，同時該銦錫氧化物導電層填充至該 接觸窗内與該金屬氧化物導電膜形成電性連接，最後定義 及蝕刻該銦錫氧化物導電層。 本發明以電漿蝕刻絕緣保護層以形成接觸窗，其製程 控制性佳，且接觸窗的孔徑小，而源/汲極金屬層上方的 金屬氧化物導電膜，對該源/汲極金屬層提供保護作用， 以避免該電極金屬層遭受電漿破壞，並且可避免在該電極

488024 五、發明說明（6) 金屬層上形成氧化物絕緣層，在完成接觸窗蝕刻製程後， 毋須再對該金屬電極表面施予化學濕式處理製程，即可在 後續製程中獲得良好的接觸電阻值。 【詳細說明】

第二圖顯示本發明的一個實施例，其中，為凸顯本發 明的特點，圖中所示的薄膜電晶體採取與第一圖裝置相同 的結構、不過，其金屬接觸的結構與第一圖裝置不同。詳 言之，在透明的基板1 0上形成有閘極電極金屬層1 1 ，其上 覆蓋一層閘極絕緣層1 2，在閘極絕緣層1 2上方為本質半導 體層1 3及摻雜半導體層1 4，摻雜半導體層1 4上方為源/汲 極金屬層1 5，本發明重要特徵的金屬氧化物導電膜2 1則形 成在該源/汲極金屬層1 5上方，絕緣保護層1 6覆蓋整個薄 膜電晶體結構，接觸窗2 0穿過該保護層1 6到達該金屬氧化 物導電膜2 1 ，上層透明的銦錫氧化物導電層1 7沉積在保護 層16上方，並且填充至接觸窗20内，與金屬氧化物導電膜 2 1形成良好的電性連接。在此實施例中，雖然未特別說 明，但熟習該項技藝之人士當知，該源/汲極金屬層1 5可 以使用單層金屬或金屬複合層；並且，在不同的薄膜電晶 體結構或不同的應用場合中，只要不同的接觸窗對應的金 屬層具有不同的蝕刻深度，本發明皆可適用。

第三圖提供本發明製作第二圖裝置的一個實施例。如 (A)圖中所示，首先準備一透明的基板10，由玻璃、塑膠 或石英所製成，於其上製作閘極電極1 1 ，使用例如濺鍍法

第9頁 488024 五、發明說明（7) (sputtering)及光學微影製程（photolithography process)，選取鉻（Cr)、I呂（A1)、銅（Cu)、$目（Mo)、組 (Ta)、鈦（Ti)或其他低電阻值之金屬或金屬合金為電極材 料；接著，使用例如化學氣相沉積法（C h e m i c a 1 V a ρ 〇 r D e p o s i t i ο n ; C V D )或電漿強化化學氣相沉積法 (Plasma-Enhanced CVD; PECVD)沉積例如氮化石夕（siiicon n i t ]： i d e )或其他絕緣材料形成一閘極絕緣層l 2覆蓋在閘極 電極1 1及基板1 〇上；在閘極絕緣層1 2上方利用化學氣相沉 積法依序沉積非晶石夕（amorphous silicon; a-Si)材料構 成的本質半導體層13及低電阻值的N型摻雜半導體層14， 然後再以光學微影製程定義及飴刻半導體層丨4及丨3 ;於掺 雜半導體層1 4上方沉積源/汲極金屬層丨5，使用的材料及/ 製程與製作閘極電極金屬層丨丨相同。至此，仍與習知技藝 相同。 極金明的重要步驟。如⑻圖中所示，在源/汲 值的夺^ #上崧鍍一層金屬氧化物導電膜21，使用低電阻 (ΖηΟ) ^屬^仙化^物材料形成，例如銦錫氧化物、氧化鋅 刻金屬5氧化物類遵似當的材料；然後以光學微影製程定義及蝕 半導體声14Ϊ2 Γ1及源/没極金屬層15，使其從摻雜 化物導電丄ιΑ Λ閘極絕緣層12上方；再利用金屬氧 刻"摻電31導及:層 體層13。 曰14形成一缺口，露出下方的本質半導 如（C )圖中所示 利用例如旋塗法（spin c〇ating)或

第10頁 488024 五、發明說明（8) 化學氣相沉積法形成透明樹脂或其他絕緣物構成的絕緣保 護層1 6覆蓋整個薄膜電晶體結構；以電漿蝕刻（plasma etching)或反應性離子# 刻（Reactive Ιο η E t c h i n g :

R I E )等乾式蝕刻技術蝕刻該保護層1 6，以形成接躅窗1 8及 2 0 ;最後，再沉積上層銦錫氧化物導電層1 7於保護層1 6上 方且填充至接觸窗18及20内，並施予定義及蝕刻，成為第 二圖中所示的結構。在蝕刻接觸窗1 8及2 0的過程中，接觸 窗1 8的蝕刻深度較深，必須穿透保護層1 6及絕緣層1 2，而 接觸窗2 0的蝕刻深度則較淺，僅須除去保護層1 6，不過， 金屬氧化物導電膜2 1對其下方的電極金屬層1 5提供保護作 用，使其免受電漿破壞，且金屬氧化物導電膜21的表面不 易生成氧化物絕緣層，而其材質為氧化物，絕緣層1 2亦為 氧化物，對於電漿蝕刻而言，二者性質較為相近，具有補 償不同蝕刻深度的作用。在完成上層銦錫氧化物導電層1 7 後，如同習知技藝一般，可以再施予一道熱處理程序，使 電極表面與銦錫氧化物導電層17的接觸效果更好=

以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為Η明之 目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，基於以 上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能 的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技術者 以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘述，本 發明的技術思想意圖由以下的申請專利範圍及其均等來決 定0

第11頁 488024 圖式簡單說明 對於熟習本技藝之人士而言，從以下所作的詳細敘述 配合伴隨的圖式，本發明將能夠更清楚地被瞭解，其上述 及其他目的及優點將會變得更明顯，其中： 第一圖係習知之五道光罩薄膜電晶體的結構示意圖； 第二圖係本發明一個實施例的結構示意圖；及 第三圖係製造第二圖裝置的一個實施例的過程示意 圖，（A)圖係製作薄膜電晶體至沉積源/汲極金屬層的步 驟，（B )圖係沉積金屬氧化物導電膜至蝕刻摻雜半導體層 的步驟，（C)圖係完成沉積絕緣保護層及蝕刻接觸窗的步 驟。 圖號說明： 10 基 板 11 閘 極 金 屬 層 12 閘 極 絕 緣 層 13 本 質 半 導 體層 14 摻 雜 半 導 體層 15 源/汲極金屬層 16 絕 緣 保 護 層 17 銦 錫 氧 化 物導電層 1 8 - 2 0 接觸窗 21 金屬氧化物導電膜

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Claims (1)

1. 488024 六、申請專利範圍 1. 一種液晶顯示器薄膜電晶體之金屬電極接觸結構， 該薄膜電晶體之結構包括在一基板上供作閘極電極的第一 金屬層，其上依序形成的閘極絕緣層、本質及摻雜半導tt 層，以及供作源/汲極電極的第二金屬層，該接觸結構包 括： 一金屬氧化物導電膜形成於該第二金屬層上； 一；ί呆護層覆蓋該薄膜電晶結構上方； 一接觸窗穿過該保護層到達該金屬氧化物導電膜； 以及 一銦錫氧化物導電層形成於該保護層上方，並填充至 該接觸窗内，與該金屬氧化物導電膜電性連接。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之接觸結構，其中該金 屬氧化物導電膜係選自銦錫氧化物、氧化鋅及類似者。 3. —種具有低接觸電阻值之液晶顯示器薄膜電晶體， 包括： 一基板； 一閘極電極金屬層形成於該基板上； 一閘極絕緣層覆蓋該閘極電極金屬層及基板； 一堆疊的本質及摻雜半導體層形成於該閘極絕緣層 上； 一源/汲極電極金屬層形成於該摻雜半導體層上，並 延伸至該閘極絕緣層上； * 一金屬氧化物導電膜形成於該源/汲極電極金屬層

   488024 六、申請專利範圍 一保護層覆蓋該薄膜電晶結構上方； 一接觸窗穿過該保護層到達該金屬氧化物導電膜； 以及 一銦錫氧化物導電層形成於該保護層上方，並填充至 該接觸窗内，與該金屬氧化物導電膜電性連接。 4 ·如申請專利範圍第3項所述之薄膜電晶馥，其中該 金屬氧焊物導電膜係選自銦錫氧化物、氧化鋅及類似者。 5 · —種液晶顯示器薄膜電晶體之製造方法，包括下列 步驟： 形成閘極金屬層在一透明基板上； 形成一閘極絕緣層覆蓋該閘極金屬層及基板； 形成本質半導體層及摻雜半導體堆疊在對應該閘極金 屬層的該閘極絕緣層上方； 形成源/汲極金屬層在該摻雜半導體層上方，並延伸 至該閘極絕緣層上； 形成金屬氧化物導電膜在該源/汲極金屬層上； 定義及蝕刻該源/汲金屬層及金屬氧化物導電膜； 蝕刻該摻雜半導體層； 沉積保護層覆蓋該金屬氧化物導電膜及閘極絕緣層上 方； 蝕刻該保護層形成接觸窗到達該金屬氧化物導電膜； 以及 沉積銦錫氧化物導電層於該保護層上方，並填充至該 接觸窗内，與該金屬氧化物導電膜電性連接。

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