TW559685B - Thin film transistor and fabrication method of the same - Google Patents

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Hideto Motoshima
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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
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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)

  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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