TW559685B - Thin film transistor and fabrication method of the same - Google Patents
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Description
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【發明背景】 1 ·發明領域 、 本發明係關於一種薄膜電晶體及其製造方法，尤其關 、 種用於主動陣列式的（active matrix type)液晶顯示 板（Uquid crystal display panel)的薄膜電晶體及其魁 造方法。 x 2 ·習知技術 近年來對主動陣列式的液晶顯示板及其製造方法有諸 夕要求’為了增強生產力，因此需要減少製造薄膜電晶體 的圖案化步驟，尤其需要減少製造薄膜電晶體的圖案化步 驟而不會降低最後生產之液晶顯示板的顯示品質。、^ 在習知普遍使用的薄膜電晶體（TFT)之生產方法中， 即使減少圖案化步驟，至少還需要五圖案化步驟，並使用 五種用來生產反向交錯式薄膜電晶體的光阻圖案，該 交錯式薄膜電晶體亦可稱為底閘式（b〇tt〇m gate ) ° 電晶體。五圖案化步驟的描述如下： 、 五圖案化步驟的第-步是在一種破璃基板± -種作為閘極配線的導電膜，再圖案化_個閘極配i成 第二圖案化步驛係在間極配線上依序圖案化 絕緣膜與-個半導體層’所以可以選擇性設置 體層與電阻接觸層，來構成一電晶體。 的牛等 第三圖案化步驟係圖案化一個源極與波極電極膜來設
$ 5頁 559685 五、發明說明（2) 置源極與沒極配線，在 極（source electrode 層。 * 第四圖案化步驟係 passivation film)在 連結一像素電極與沒極 第五圖案化步驟係 素電極膜來設置一透明 在上述步驟中，源 動的，其中源極電極連 極0 如上述所提，依習 要五圖案化步驟，此外 於浮動狀態，且該薄膜 時，會增加背後通道的 的不平整。 本步驟將餘刻掉部份暴露在源極電 )與沒極電極之間的歐姆式半導體 圖案化一層氮化保護膜（nitride 整個晶圓表面，並形成一接觸孔來 電極或源極電極其中之一。 在整個晶圓表面上圖案+ 一透明像 像素電極。 / 極與沒極電極兩者都是由交流電驅 結像素電極而汲極電極連結其他電 知薄膜電晶體的製造方法，至少需 ，當一個薄膜電晶體的背後通道處 電晶體已經經過-段長時間的操作 漏電流並導致液晶顯示板螢幕外觀 【發明概要】 ’其結構可減少 晶體之製造方 本發明之目的為提供一種薄膜電晶體 使用光阻的圖案化步驟，以及此種薄膜電 操作 之製造方法 本發明的S目的為，提供一種薄膜電 時，可減少背後诵、皆从m 其於連續 通、的漏電^，以.及此種薄膜電晶體 559685 五、發明說明（3) 徵為依ίϊ明’ 一種具有背後通道電極的薄膜電晶體之特 導i層的接t由一設置在部分用以構成該薄膜電晶體之半 銜w於姑域1孔，使背後通道電極至閉極電極短路，來平 德、i 4 獏電晶體之閘極配線侧的前通道電壓與置於背 後通道電極側的背後通道電壓。 /、置於是 如連：Πΐ;電極的特徵為：其係與形成像素電極，例 明電極的材料相同。 勺透 ^接觸孔最好位於離薄膜電晶體的主動區 未（5 microns )遠處。 ^5微 ::卜’本發明之特徵為：一保護膜及前述半導體声設 緣膜之間，該保護膜係被圖案：成 1文丹見度與忒♦後通道電極相同。 本發明另一特徵為：被圖案化成使其寬度與薄膜 二的源極與汲極電極相同的半導體層，設置在源極： 極電極以及閘極絕緣膜之間。 與汲 f半導體層之特徵為一側具有一電阻接觸層，盥 源極與沒極電極接觸。 术-、 此外’依本發明之薄膜電晶體 2上的閉極絕緣膜上的半導體：二=== 極以及一形成於該源極與汲極配線上： 保濩模上的责後通道電極，其特徵為··一 ίΓί極一的像素電極的材料與背後二道電極的材 枓相同，並與背後通道電極同時形成；被圖案化成使其圖才 559685
案與背後通道電極 通道與閘極絕緣臈 一穿透保護膜、半 結；並且，該半導 極絕緣膜之間，其 層的圖案相同。 相同的保護膜及半導體層係設置在背後· 之間；背後通道電極與閘極電極係經由 導體層與閘極絕緣膜的接觸孔相互連 體層係没置在源極與汲極配線層以及閉 係被圖案化使其圖案與源極與汲極配線 該薄膜電晶體之特徵為源極電極與汲極電極的一 面，連結像素電極，與像素電極接觸， 極的整個侧面與像素電極接觸。 乂說遠電 依 在基板 一半導 結於該 主動區 包含： 案化步 背後通口部， 及閘極 同時覆 膜，使 除的保 通道電 本發明 上形成 體層與 源極電 域的保 圖案化 驟後形 道電極 使閘極 絕緣膜 蓋在閘 該像素 護膜與 極以及 之製造上述的薄膜電晶 一閘極電極配線圖案； 源極與汲極電極；形成 極與汲極電極其中之一 遵膜上，形成一背後通 源極與汲極電極但不圖 成該保護膜；圖案化一 至該閘極電極；在該像 接觸孔與開口部穿透過 ;在像素電極上形成一 極接觸孔與開口部之上 電極與該背後通道電極 半導體層，將用未被移 源極與汲極電極作為光 體之製造方法包含： 在閘極絕緣膜上形成 一像素電極，使其連 ;以及在薄膜電晶體 道電極；其特徵為更 案化半導體層；在圖 閘極接觸孔以連結該 素電極上圖案化一^ 保護膜、半導體層以 導電膜，使該導電膜 ，以及圖案化該導電 不做改變，而未被移 除的像素電極、背後 罩，同時進行圖案
第8頁 559685 五、發明說明（5) 化。 在本製造方法中，開口部的設置係移除與像素 結之源極電極與汲極電極之一的一部份。 电極連 该接觸孔形成於遠離薄膜電晶體主動區域處。 另外在本製造方法中，形成一單側的開口部，所ρ 由開口部使源極電極與汲極電極之一的一側暴露，2經 素電極電性連結。 與像 另外半導體層具有一電阻接觸層，位於源極與及 極側’且在在源極與汲極電極的圖案化步驟中，同5電 動區域的歐姆接觸層圖案化。 、將主 特徵為 層配# 層 緣膜、 ，其圖 圖案化步 使部分第一 一種穿透第 一形成一透 用圖案化該 該透明電極 此外，依本發明之薄膜電晶體製造方法的 含：一第一圖案化步驟，其在基板上形成第一 案，一在基板與該第一層配線圖案上形成一疊 (lamination )的步驟，該疊層包含一第一絕 導體層以及一第二配線膜；一第二圖案化步驟 第二層配線膜來形成一種預先決定的配線圖案 (predetermined wiring pattern ); 一在疊 配線圖案上形成一第二絕緣膜的步驟；一第三 驟，其形成一穿透第二絕緣膜的閘極接觸孔， 配線圖案暴露出來’並同時在像素電極上形成 二層絕緣膜的開口部，使部分基板暴露出來； 明電極的步驟；以及一第四圖案化步驟，其利 透明電極以形成一種透明像素電極，並同時在 559685 五、發明說明（6) 與第二層配線圖案上，使用光罩作為抗蝕刻遮罩（an etching resist mask)選擇性蝕刻該半導體層，用以 定一半導體區域。 ^ 【較佳實施例之詳細說明】 本發明之較佳實施例將參考圖示作詳細說明； 圖1係依本發明實施例之薄膜電晶體的基板上，一個 像素區域的平面圖，而線A_A、B-B、c-c、D —D的橫 別表示於圖2、圖3、圖4與圖5。 刀 該薄膜電晶體的基板係作為一種液晶顯示板，其中包 含一透明絕緣基板1，如玻璃平板；一閘極電極2，形成在 透明基板1的表面，其電極材料如鉻（Chr〇mium)、鎢 (TUngsten)、鈕（Tantalum)、鋁（Aluminum); 一 極絕緣膜3，形成在閘極電極2上，其絕緣材料如氮化矽· 一半導體層4 ’形成在閘極絕緣膜3上，其材料如無添加非 晶矽（non-doped amorphous si licon ) (a — Si);以及一 電阻接觸層5，其材料為n+ a —Si，參雜如磷光劑 (Phosphor )的N型添加物，形成在半導體 如圖2所示’在-電晶體區域中I::4極上電極61與 汲極電極62間通道區域的部份電阻接觸層5被移除，用以 形成-電晶體的主動區域’另外一當作保護膜7的氣化矽 膜與一背後通道電極82，相繼地形成於閘極電極上，背 通道電極82以透明電極層為材料，如銦氧化錫（ιτ〇)， 因此可以在圖案化的像素電極81時，同時用姻氧化錫將之 Η 第10頁 559685 五、發明說明（7) 作圖案化。 在本發明中，背後通道電極8 2與閘極電極2透過閘極 接觸孔1 0作電性連結，如圖3、4所示，所以背後通道電極 82不會變成浮動狀態。 圖案化接觸孔1 〇，使其與通道主動區域層分開足夠距 離（至少5微米），並置於一閘極配線上；如圖3、4所 示^極^電極2暴露穿透保護膜7、半導體層4以及閘極絕 緣旗?母當閘極接觸孔1 〇形成，就經由韻刻保護膜7、半 導體層4以及閘極絕緣膜2 ,暴露出基板2，在像素電極81 開口部11，如圖7B，接著，同時形成背後通 與像素電極81，而本發明的薄膜電晶體基板係蝕 刻掉位於源極與汲極配線區域與背後通道電極間的半導體 層4，同時圖案化透明像素電極與背後通道電極所形成。 42 構造’在薄膜電晶體的操作過程中，前通道 於閘極配線側）與一背後通道44 (位於液晶對準 2所^⑽邮）侧）變成等電位（e叫iPotential)，如圖 區域通與該閘極電極間形成-個儲存電容 插入閘極絕緣膜素電極81與閘極電则 61與62的材料相、π ^電谷電極63與源極與沒極電極 81電性連結到儲；二時形成，所以能將透明像素電極 :到儲存電容電極63，形成一個儲存 極的源極電：I沒J ::二極81電性連結到連結像素電 T ^ 圃3、4中源極電極
第11頁 559685 五、發明說明（8) 6 1的侧面。為了增加透明像素電極8丨與源極電極侧面的接、 觸面積以減少電阻，將源極電極6丨圖案化成曲軸狀 (crank shape )，如圖1所示，所以源極電極61的每一侧 都與透明像素電極81接觸。如上述所言，製造源極或汲極 電極時’其侧面與像素電極連結，最好將側面作成曲軸 狀’讓整個侧面區域與像素電極接觸，以減少電阻。
在本範例中，當形成開口部丨丨時，源極電極61的一側 被蝕刻掉，而暴露出源極電極6丨該侧。然而假若在像素電 極側的源極電極侧面上的保護膜7可以被蝕刻掉，則不需 蝕刻掉源極電極6 1的一侧，就能將透明像素電極8丨與源極 電極61作電連接。 ' 以下將描述本發明之薄膜電晶體製造方法的每一圖案 化步驟。 μ 第一圖案化步驟包含在基板1上，用濺鍍法形成一層 金屬膜，厚約lOOnm〜30〇nm，材料為鉻、鎢、鈕或紹: 並用光刻法將金屬膜鍅刻掉，形成閘極配線圖案2，如圖 6A所示。 第二圖案化步驟包含依序用氮化矽形成厚 2 0 0nm〜6 0 0nm的閘極絕緣膜3、用無添加非晶矽形成厚 lOOnm〜400nm的半導體層5、以及用n+ a-Si形成厚i〇nm 〜lOOnm的電阻接觸層5，如CVD電漿（such as plasma CVD)，並用濺鍍法形成厚5〇nm〜lOOnm的金屬膜，材料 為鉻、鎢、鈕或鋁，而且將該金屬膜圖案化，形成源極配 線61與汲極配線62，如圖6A所示，並蝕刻掉背後通道區域
第12頁 559685 五、發明說明（9) 中、暴露在晶圓表面、電阻接觸層5上的歐姆式半導體 層，如圖2所示。 第二圖案化步驟包含在整個晶圓表面，用氮化矽形成 厚lOOnm〜30〇nm的保護膜7，如CV])電漿（如圖6B);蝕刻 部分位於閘極配線上的保護層7，最少離主動層5微米遠、 向下到閘極電極；I同時#刻像素部分向下到基板1，如 圖7A、、7B所不。在本階段，該半導體層的其他非接觸窗蝕 刻區域部分不作改變。 第四圖案化步驟包含在整個晶圓最上層的表面，將姻 二化？：濺鍍法形成一厚4〇nm〜"。⑽的透明電極層；圖 了化4、明電極層’形成透明像素電極81與透明電極82 ; 以及在圖案化透明φ_丄 μ ^ ^ ^ n月電極步驟中，利用一抗蝕劑遮罩，選擇 u AL β電極與配線電極上的保護膜7、電阻接觸層5 吵丰並且將該配線電極視為蝕刻遮罩，界定 5亥+導體的主動區域，如圖3所示。 同一 ί ^::ϊ化步驟中，必須要選擇-種金屬物質，對 4極電二。的二f擇性’作為透明電極、源極電極61以及 及極電極6 2的材料，仏丨t„ 材料，而透明電極可田5與汲極配線61與62可用鉻為 可以用氣化鐵族作田Λ ρ : /化種馆况下 刻，圖案化錮氧化錫，C:: =或漠化氫氣體作乾餘 的鉻。 用含虱氣體作乾蝕刻，才會蝕刻掉下層 圖1中所不的薄膜電晶體係完全按照上述四圖案化步 559685 五、發明說明（10) 驟的方法作出，因此在本發明中圖案化步驟減少，所以製. 造方法有實質上的簡化。 在四圖案化步驟中使用的蝕刻遮罩材料並不限定用特 殊材料’且可以為任意一種已知的有機光阻，閘極電極的 餘刻方法可以是濕钱刻’而用含氟氣體的乾银刻可能對電 阻接觸層、半導體層以及保護膜有效；電漿蝕刻較適用於 電阻接觸層’而半導體層與保護膜最好用反應式餘刻 (reactive etching ) 〇 圖8係習知五圖案化步驟所生產的薄膜電晶體之特 性，而圖9係用本發明的四圖案化步驟所生產的薄膜電晶 體之特性，當汲極配線上的電壓Vb = + 1〇v時，左侧縱座標 表示流經電晶體的電流I (安培），橫座標表示在閘極配 線上的電壓Va，其範圍在-20伏特至+ 20伏特之間，右側縱 座標Λ (安培）表示薄膜電晶體的電流線性特性。 該電流係由薄膜電晶體的背側表面，即有光照的背後 通道82的表面所測量；比較本發明中薄膜電晶體的特性與 習知薄膜電晶體的特性，可以清楚發現本、 體中’當Va的範圍在，至，時，其電流大二 X 1011 )，比得上習知的薄膜電晶體。如圖2所示， 内’當前通道42與後通道44經㈣極配線來控 背後通;U ? t減少。然而在本發明的薄膜電晶體中的 ，所以當進行測量時，不會因薄膜 電曰曰體者後通道侧的光照而減少電流。
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另外可以清楚發現在該薄膜電晶體中，當Va的範圍在·· + 5至+ 20V時，其電流約是習知薄膜電晶體的三倍。這種現 ^可能是因為在習知薄膜電晶體中，f子會流經前通道42 時，如圖2所示，但是在本發明電薄膜電晶體中，電子會 f時流經前通道42與後通道44，所以改良了電流的特性。 然而為何本發明的薄膜電晶體有如此大的電流，其真實原 因至今仍未明瞭。 特 了
就其本身而論，本發明的薄膜電晶體的i〇n/i〇ff 性，即電晶體開/關（transistor 0N) / ( OFF)特性，有本質上的改良，且比習知的製造方法少 一些光阻圖案化步驟。 雖然本發明只提及反向交錯式的薄膜電晶體，但是本 發明當然也涵蓋交錯式的薄膜雷曰# 1, ^ 膜雷曰舻“ 幻/寻膘電曰曰體，或稱為頂閘式的薄 腺电日日體（top gate type TFT )。 關於頂閘式薄膜電晶體的情況，如圖丨〇 ， 一 圖案化步驟包含在基板表面形成一配 2，以作、 膜，即是背後通道。 以作為遮光 第二圖案化步驟包含在形成保護膜之後， 電極膜，並且圖案化像素電極丨8丨 / 與162。 101以及源極與汲極電極161 第三圖案化步驟包含依序形成半導體層與 =，並形成開口部m，讓部分像素電極暴露出\才即邑是緣 素部分，並且在汲極電極上形成—遮光膜、— 11 0以及一接觸孔211。 才接觸孔
559685
五、發明說明（12)
第四圖案化步驟包含形成一金屬膜，作為前通 、 極配線；圖案化該金屬膜來形成汲極配線2 6 2與前通、曾與〉及 182 ;以及利用前通道182與汲極配線262作為 ， 刻半導體層。 ％旱，來蝕
以上有關頂閘式薄膜電晶體的描述，省略了形成電且 接觸層的部分，然而在銦氧化錫作成透明電極與其上的= 導，層之間，選擇性的只在一個介面上形成電阻接觸層的 技術，是熟悉該項技藝者所熟知的，所以在不需一新光罩 圖案的If况下，可以利用該熟知技術來形成電阻接觸層。
μ在本發明的薄膜電晶體中，雖然只描述了基板部分的 特徵，但是依照熟知的技術，在薄膜電晶體基板上，接觸 液晶的一側，當然設置一彩色濾波層與一對準膜。 根據本發明的特徵，利用位於背後通道或前通道的電 極作為光罩，蝕刻半導體層，具有下列優點： 根據本發明的特徵，利用位於背後通道或前通道的電 極作為光罩，蝕刻半導體層，具有下列優點： ja)可以用四個光阻圖案化步驟製造一薄膜電晶體。 (b)經由閘極配線的訊號可以讓前通道與背後通道作
ONed/OFFed作，因此在連續操作薄膜電晶體時，能減少背 後通道的漏電流。 (^)雖然在減 > 圖案化步驟時必須移除靜電保護電路，但 疋，為，路本身在形成接觸後，㉟用透明電極連結閘極與 汲極，變成與習知電路相似的電路。 (d )因為像素電極形成於最上層，戶斤以即使減少光阻圖案
559685 五、發明說明（13) 化步驟，亦不會減少開口率。 这，：=:中已就幾個特定實施例加以說明，，是上 明，進行上述實施例的各種改良。所以：：：考= 範圍應包含任何未脫離本發明精神之，附之u利 良或實施例。 559685 圖式簡單說明 圖1係本發明的薄膜電晶體中，一像素區域的平面圖； 圖2係圖1中，沿線A-A所取之橫剖面圖； 圖3係圖1中，沿線B-B所取之橫剖面圖； 圖4係圖1中，沿線C-C所取之橫剖面圖； 圖5係圖1中，沿線D-D所取之橫剖面圖； 圖6 A係顯示圖1所示薄膜電晶體之製造方法的一步驟之平 面圖； 圖6B係沿圖6A中線E-E所取之橫剖面圖； 圖7 A係顯示圖1所示薄膜電晶體之製造方法的另一步驟之 平面圖 圖7B係沿圖7A中線F-F所取之橫剖面圖； 圖8顯示依習知製造方法所製造之薄膜電晶體的特性； 圖9顯示依本發明的製造方法所製造之薄膜電晶體的特 性； 以及 圖1 0係本發明另一實施例的平面圖；
第18頁 559685 圖式簡單說明 1 〇閘極接觸孔； 11開口部； 42 前通道； 4 4後通道； 6 1 源極電極； 6 2 汲極電極； 63儲存電容電極； 81透明像素電極； 82透明像素電極； I 0 2 配線； II 0閘極接觸孔； 111開口部； 1 6 1 源極電極； 1 6 2 汲極電極； 1 8 1 像素電極； 2 11接觸孔； 2 6 2 汲極配線； I 流經電晶體的電流， V a 閘極配線上的電壓； _ 薄膜電晶體的電流線性特性；
第19頁
Claims (1)
- 559685^ 種薄膜電晶體，其具有一背後通道電極，ji利用一 设置於組成該薄膜電晶體之半導體層的一部分中的接觸 孔’讓該背後通道電極與為一閘極絕緣膜所覆蓋的一閘極 1極短路’俾使位於該薄膜電晶體上閘極配線的一側之一 别通道的電壓與該背後通道的電壓相等。 2、、如申請專利範圍第1項之薄膜電晶體，其令形成該背後 通道電極的材料，與連結該薄膜電晶體源極與汲極電極其 中之一的像素電極的材料相同。 3曰、如申請專利範圍第2項之薄膜電晶體，其中該像素電極 是一種透明電極。 二申明專利範圍第1項之薄膜電晶體，其中該接觸孔形 成於離該薄膜電晶體之主動區域至少5微米遠處。 ^、如申請專利範圍第丨項之薄膜電晶體，其&一 =導體層係設置在該背後通道與該間極絕緣膜^間，、該 ”濩膜係被圖案化成使其寬度與該背後通雷炻 ^ 6、如申請專利範圍第2項之薄膜電晶體，，和相同。 係設置在«極錢極電極以及該閘 2中該半導體層 導體層係被圖案化，俾使其寬度與該薄膜番膜之間’該半 與汲極電極相同。 、電晶體之該源極 中該半導體層 $及極電極相接 7、如申請專利範圍第2項之薄膜電晶體，其 之一側具有一電阻接觸層，其係與該源極邀 觸。 、 8、一種薄膜電晶體的製造方法 上形成一閘極電極配線圖案與一 閉極絕緣膜；在該閑第20頁 559685 六、申請專利範圍 緣膜上形成一半導體層與源極與汲極電極；形成一連結到 ，源極與汲極電極其中之一的像素電極；以及在該薄膜電 曰曰體的主動區域上，形成一保護膜與一背後通道電極； 該薄膜電晶體的製造方法更包含··在不圖案化該半 導體層的情況下，將該源極與汲極電極予以圖案化；在圖 案化V驟之後开》成該保護族；圖案化一用以連結該背後通 I電極與亥閘極電極的閘極接觸孔及該像素電極用之一開 =部，使該閘極接觸孔與該開口部穿透過該保護膜、該半 V體層與省閘極絕緣膜，·形成該像素電極用之一導電層， 使該導電膜同時覆蓋在該閘極接觸孔與該開口部；以^圖 案化該導電膜，而使該像素電極與該背後通道電極留存下 其中，利用留存的該像 源極與汲極電極作為光罩， 半導體層同時予以圖案化。 素電極、該背後通道電極及該 圖案化將留存的該保護膜及該 9^、如申請專利範圍第8項之薄膜電晶體之製造方法，其中 该開口部係以移除連結到該像素電極之該源極與汲極電極 的一部分之方式而形成。 10 :如申請專利範圍第8項之薄膜電晶體之製造方法，其 中4接觸孔係形成於在該薄膜電晶體的遠離該主動區域之 11 :如申請專利範圍第8項之薄膜電晶體之製造方法，其 中該開口部之一側係形成為使得該源極與汲極電極其中之 的一側經由該開口部而暴露，並與該像素電極電性連559685 六、申請專利範圍 結。 1 2、如申請專利範圍第8項之薄膜電晶體之製造方法，其 中該半導體層在該源極與汲極電極侧具有一種電阻接觸 層，並且在該源極與汲極電極圖案化步驟的同時，圖案化 該主動區域上之該電阻接觸層。第22頁
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