TWI476934B - 薄膜電晶體基板、其顯示器及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明有關於一種顯示器，且特別是有關於包含銅及氧化物半導體之薄膜電晶體基板、其顯示器及其製造方法。
平面薄型的液晶顯示器或有機電激發光二極體(OLED)顯示器由於功率消耗低，因此被廣泛使用於電子設備上。主動式(Active)液晶顯示器或有機電激發光二極體顯示器上的基板上具有複數個薄膜電晶體(Thin-Film Transistor，TFT)，以控制每一個畫素(pixel)單元之出光效果，顯示畫面灰階。
薄膜電晶體之主動層如果使用氧化物半導體，例如為氧化銦鎵鋅(Indium Gallium Zinc Oxide，IGZO)，相較於一般常用的非晶矽(a-Si)半導體而言具有較大的電子遷移率、較低的功率消耗與較小的電晶體面積的優點，而相較於一般低溫多晶矽半導體(LTPS)而言則具有較低的製程成本與較易大型化的優點。故於大尺寸或高解析度的顯示器中，使用氧化物半導體薄膜電晶體是未來的趨勢。
如圖1所示的傳統顯示器其薄膜電晶體基板的剖面圖，薄膜電晶體基板1包括基板10及薄膜電晶體。薄膜電晶體包括閘極部11、閘極絕緣層12、中介金屬層13、氧化物半導體層14、源極部15a、汲極部15b、絕緣保護層
(passivation layer)16、接觸孔洞(via)19以及畫素電極(pixel electrode)17。其中，源極部15a與汲極部15b的材料為銅(Copper，Cu)。
閘極部11形成於基板10上。閘極絕緣層12為矽的氧化物或氮化物(例如SiOx或SiNx)，且整層覆蓋基板10與閘極部11。氧化物半導體層14形成於閘極絕緣層12上，且位於相對應之閘極11上方。
為了避免汲極部15a與源極部15b的銅離子擴散至閘極絕緣層12形成移動離子，影響薄膜電晶體的電特性及可靠度，因此一中介金屬層13會先形成於閘極絕緣層12上，且位於相對應之汲極部15a與源極部15b之下。除此之外，汲極部15a、源極部15b的銅金屬與閘極絕緣層12的附著性(adhesion)不佳，透過中介金屬層13的設置，可以增加附著性避免劈裂(peeling)。
絕緣保護層16為矽的氧化物或氮化物(例如SiOx或SiNx)，且整層覆蓋汲極部15a、源極部15b、氧化物半導體層14與閘極絕緣層12，以達到保護絕緣的效果。接著，於絕緣保護層16上方定義接觸孔洞19，並且形成於畫素電極17於絕緣保護層16上，其中接觸孔洞19用以使畫素電極17往下延伸而電性連接源極部15b。
另外，請參照圖2，圖2為另一種薄膜電晶體基板的剖面圖。相較於圖1，圖2的薄膜電晶體基板1’之薄膜電晶體更包括蝕刻停止層(Etch Stop Layer，ESL)18形成於
氧化物半導體層14之上，以防止蝕刻過程對氧化物半導體層14背通道(back channel)部分的傷害。
上述中介金屬層13例如為鉬(Molybdenum，Mo)或鈦(Titanium，Ti)。在閘極絕緣層12形成之後，鉬或鈦會整層連續沉積並覆蓋閘極絕緣層12，上方再覆蓋銅，接著透過蝕刻過程，將可以形成上述汲極部15a、源極部15b及中介金屬層13。然而，於蝕刻過程中，部分鉬或鈦可能未被蝕刻而殘留，因此造成薄膜電晶體電性異常甚至功能失效，影響其可靠性與良率。
本發明提供一種薄膜電晶體基板，此薄膜電晶體基板包括基板及複數個薄膜電晶體。薄膜電晶體包括第一電極層、第一絕緣層、氧化物半導體層、第二電極層以及第二絕緣層。第一電極層形成於基板上，其包括閘極部。第一絕緣層覆蓋第一電極層。氧化物半導體層形成於閘極絕緣層上。第二電極層形成於氧化物半導體上，其包括源極部及汲極部位於對應閘極部的兩端，源極部及汲極部之間具有第一間隔。第二絕緣層覆蓋氧化物半導體層與第二電極層。其中，第二電極層邊緣於氧化物半導體層邊緣之內，第二電極層包括銅。。
本發明提供一種顯示器，其包括顯示面板、驅動電路及外觀件。顯示面板包括薄膜電晶體基板。薄膜電晶體基
板包括基板、複數個薄膜電晶體、複數條相互平行的掃描線以及複數條相互平行的資料線。薄膜電晶體包括第一電極層、第一絕緣層、氧化物半導體層、第二電極層以及第二絕緣層。第一電極層形成於基板上，其包括閘極部。第一絕緣層覆蓋第一電極層。氧化物半導體層形成於閘極絕緣層上。第二電極層形成於氧化物半導體上，其包括源極部及汲極部位於對應間極部的兩端，源極部及汲極部之間具有第一間隔。第二絕緣層覆蓋氧化物半導體層與第二電極層。其中，第二電極層邊緣於氧化物半導體層邊緣之內，第二電極層包括銅。
本發明提供一種薄膜電晶體基板的製造方法。首先，提供基板。接著形成第一電極層於基板上，且第一電極層包括閘極部。之後，形成第一絕緣層覆蓋第一電極層。形成氧化物半導體層於第一絕緣層上。接著，形成第二電極層於氧化物半導體層上，第二電極層包括位於對應閘極部的兩端的源極部及汲極部，源極部及汲極部之間具有第一間隔。最後，形成第二絕緣層覆蓋氧化物半導體層與第二電極層。其中，第二電極層邊緣於氧化物半導體層邊緣之內，第二電極層包括銅。
綜上所述，本發明實施例提供一種薄膜電晶體基板、其顯示器與其製造方法，其中所述薄膜電晶體的第二電極層係形成於氧化物半導體層上，且所述第二電極層與氧化物半導體層之間具有良好的黏著性。相較於傳統薄膜電晶
體，本發明實施例的薄膜電晶體使用單純的銅作為第二電極層，省略了中介金屬層，故具有較低的成本、較為簡化的製程、較佳的良率與較好的穩定度。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
圖3是本發明實施例之薄膜電晶體基板之剖面圖，而圖4是本發明實施例之薄膜電晶體基板的平面圖，其中圖3的剖面圖係根據圖4的剖面線AA進行剖面而獲得。薄膜電晶體基板3係由位於基板30上的多個矩陣排列的薄膜電晶體39、相互平行而沿著第一軸向(例如X軸)排列的多條掃描線41與相互平行而沿著第二軸向(例如Y軸)向排列的多條資料線42所構成。掃描線41及資料線42交錯排列，並間隔形成複數畫素單元。薄膜電晶體39位於掃描線41及資料線42的交錯位置，藉由掃描線41及資料線42提供之驅動訊號，控制各畫素單元出光情況，以顯示灰階畫面。
薄膜電晶體基板3包括基板30、薄膜電晶體39及畫素電極層36。薄膜電晶體39包括第一電極層31、第一絕緣層32、氧化物半導體層33、第二電極層34及第二絕緣
層35。此實施例之薄膜電晶體39係為底閘極構造。
基板30之作用係為承載薄膜及元件，其表面必須具有足夠的平坦性，其材料可以是透光或是不透光之絕緣材料，例如是玻璃、塑膠、玻璃纖維或包覆絕緣表層的金屬薄板(metal foil)。
圖案化之第一電極層31位於基板30上，具有導線部及閘極部31a，其中導線部可以是掃描線41，而閘極部凸出於掃描線41或是屬於掃描線41其中一部分，預定形成薄膜電晶體39之閘極(gate)。閘極部31a與掃描線41係為電性相連。第一電極層31的材料可以是鋁、銅、鉬、鈦、銀、鎂等金屬，以單層、複數層疊或合金方式構成。
第一絕緣層32亦稱作閘極絕緣層，其位於第一電極層31及基板30的上方，且第一絕緣層32必須完整覆蓋第一電極層31以隔絕電極間的電性導通及產生適當的薄膜電晶體通道效應。第一絕緣層32可部分或完整覆蓋基板30。第一絕緣層32的材料可以是SiNx、SiOx或者是其複合層疊之組合。然而本發明不限定基板30、第一電極層31以及第一絕緣層32所使用的材料。
氧化物半導體層33位於第一絕緣層32的上方，並且部分覆蓋第一絕緣層32，其中部分氧化物半導體層33必須位於相對閘極部31a之上，以形成薄膜電晶體之通道。氧化物半導體層33的材料可以是以離子鍵鍵結的半導體材料，其本身具有較高的載子遷移率，以作為感應通道之
用，例如是氧化鋅(ZnO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦鎵鋅(IGZO)、氧化銦錫鋅(ITZO)、氧化鋁錫鋅(ATZO)、氧化鉿銦鋅(HIZO)或其組合。
圖案化之第二電極層34位於氧化物半導體層33的上方，其對應於閘極部31a相對之兩端具有源極部34b以及汲極部34a，源極部34b及汲極部34a之間具有第一間隔S1以電性分離，並產生適當之薄膜電晶體通道效應。第二電極層34另外具有導線部，其可以是資料線42。此實施例第二電極層34之源極部34b、汲極部34a與資料線42下方與第一絕緣層32之接觸面，皆具有氧化物半導體層33介於其中作為附著強化層，氧化物半導體層33面積至少大於第二電極層34面積，第二電極層34的圖形邊緣與氧化物半導體層33的圖形邊緣切齊或是第二電極層34的圖形邊緣在的氧化物半導體層33的圖形邊緣內。更佳的是，氧化物半導體層33的圖形邊緣之內，位於第二電極層34之資料線42下方的氧化物半導體層33圖形具有一個以上的第二間隔S2，用以電性隔離氧化物半導體層33可能的導電路徑，避免漏電產生影響顯示畫面。第二電極層34的材料可以是鋁、銅、鉬、鈦、銀、鎂等金屬，以單層、複數層疊或合金方式構成。此實施例之第二電極層34為單層銅金屬。
第二絕緣層35位於第二電極層34及氧化物半導體層33上，且必須完整覆蓋第二電極層34及氧化物半導體層
33以達到絕緣保護之功效。第二絕緣層35的材料可以是SiNx、SiOx或者是其複合層疊之組合。由第一電極層31至第二絕緣層35的結構即為一完整的薄膜電晶體39，可執行開關之功效。
值得說明的是，由於第一絕緣層32的材料是SiNx、SiOx等非導體材料，與第二電極層34的金屬材料附著力差，而氧化物半導體層33的材質是以離子鍵鍵結的半導體材料，對於第二電極層34的金屬材料及第一絕緣層32的非導體材料皆具有良好的附著性，因此介於其中可以增加第二電極層34與第一絕緣層32的附著性。此外，氧化物半導體層33還可以作為擴散阻擋層，以防止氧化物半導體層33上方第二電極層34的金屬離子進入氧化物半導體層33下方的第一絕緣層32，形成移動載子而降低第一絕緣層32之絕緣特性，進而影響半導體元件的可靠性。
除此之外，本實施例使用氧化物半導體層33取代一般薄膜電晶體基板使用之中介金屬層，可以解決傳統中介金屬層於蝕刻流程產生殘留物的問題。由於第二電極層34可以是單一層金屬銅，蝕刻液的選擇及蝕刻流程較為單純容易，且不容易產生殘留物的問題。因此，相較於先前技術，本實施例薄膜電晶體基板的良率較佳，且其製程得以簡化以減少成本。
另外，第二絕緣層35具有接觸孔洞38，且位在相對於源極部34b上方的位置(如圖4所示)。畫素電極層36
位於第二絕緣層35上方，且覆蓋部分之第二絕緣層35以及全部之接觸孔洞38，其中畫素電極層36藉由接觸孔洞38往下延伸而電性連接源極34b，接收驅動訊號。各畫素之畫素電極層36必須電性隔離，並以各薄膜電晶體39進行驅動操作顯示層(未繪示)以顯示灰階畫面。完成第一電極層31至畫素電極層36之結構即完成薄膜電晶體基板之主要部分(可增加其他層別以具有其他特性)。薄膜電晶體基板係為顯示面板的主體，搭配顯示層(例如液晶、有機電激發光材料、電泳粒子等)、彩色濾光片基板即成為一顯示面板。而顯示面板可搭配驅動電路及外觀件成為一顯示器。
在此請注意，氧化物半導體層33於本實施例中，其邊緣僅略凸出於(亦可切齊)第二電極層34之源極34b、汲極34a與資料線42的邊緣，此外，位於資料線42下方之氧化物半導體33可電性相連或具有第二間隔S2而電性不相連(如圖9所示)。需要說明的是，氧化物半導體層33於其他實施例中，將可以不被定義，而係為整層覆蓋第一絕緣層32。
請接著參照圖5，圖5是本發明另一實施例之液晶面板的薄膜電晶體基板3’之剖面圖。相較於圖4的實施例，圖5的薄膜電晶體39’更包括蝕刻停止層37形成於氧化物半導體層33之上，且對應於閘極部31a的位置及介於源極部34b與汲極部34a之間，用以封閉氧化物半導體層33未
被源極部34b與汲極部34a覆蓋之開口，以保護蝕刻過程中蝕刻液對氧化物半導層33背通道的傷害，從而提升薄膜電晶體的良率及導電特性。蝕刻停止層37的材料可以是SiNx、SiOx或者是其複合層疊之組合。
請參照圖6，圖6是本發明另一實施例之薄膜電晶體基板之剖面圖。相較於圖4的實施例，薄膜電晶體39”的氧化物半導體層33’係為整層覆蓋第一絕緣層32，而未被定義。
請參照圖7，圖7是本發明另一實施例之薄膜電晶體基板之剖面圖。相較於圖5的實施例，薄膜電晶體39'''的氧化物半導體層33’係為整層覆蓋第一絕緣層32，而未被定義。
請接著依序參照圖8至圖11與圖4，圖8至圖11為顯示器之薄膜電晶體基板的製造方法之部分步驟所形成之半成品的平面圖。然而，需要說明的是，下述的製造方法僅是本發明的其中一種實施例，其步驟與順序皆非用以限制本發明。
於圖8中，首先，提供基板30。然後，形成圖案化具有複數閘極部31a及複數掃描線41(導線部)之第一電極層31於基板30上，其中掃描線41沿著第一軸向排列，且每一掃描線41電性連接多個閘極部31a。接著，形成第一絕緣層32覆蓋基板30、掃描線41以及閘極部31a。
接著，請參照圖9，形成氧化物半導體層33於第一絕
緣層32上。然後，對氧化物半導體層33進行定義，於其他實施例中，亦可以增加複數第二間隔S2或不對氧化物半導體層33進行定義。
在此請注意，於其他實施例中，更可以包括形成蝕刻停止層37於對應於閘極部上方的氧化物半導體層33上。
然後，請參照圖10，形成圖案化之第二電極層34於氧化物半導體層33上，第二電極層34的邊緣於氧化物半導體層33的邊緣之內，第二電極層34包括複數條相互平行的資料線42、複數個汲極34a以及複數個相對應的源極34b，彼此具有第一間隔S1，其中資料線42沿著第二軸向排列，且每一資料線42電性連接多個汲極34a。接著，請參照圖11，形成第二絕緣層35，並定義出多個接觸孔洞38。最後，請參照圖4，形成對應所述多個畫素區域之薄膜電晶體的多個像素電極層36。
綜合以上所述，本發明實施例提供一種薄膜電晶體基板、其顯示器與其製造方法，其中所述薄膜電晶體的第二電極層係形成於氧化物半導體層上，且所述第二電極層與氧化物半導體層之間具有良好的黏著性。相較於傳統薄膜電晶體，本發明實施例使用單純的銅作為第二電極層，省略了中介金屬層，且可以使用單純的金屬蝕刻液來定義第二電極層，故具有較低的成本、較為簡化的製程、較佳的良率與較好的穩定度。
以上所述僅為本發明的實施例，其並非用以限定本發
明的專利保護範圍。任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明的精神與範圍內，所作的更動及潤飾的等效替換，仍為本發明的專利保護範圍內。
1、1’‧‧‧傳統薄膜電晶體基板
3、3’、3”、3'''‧‧‧薄膜電晶體基板
10、30‧‧‧基板
11、31‧‧‧第一電極層
12、32‧‧‧第二絕緣層
13‧‧‧中介金屬層
14、33、33’‧‧‧氧化物半導體層
31a‧‧‧閘極部
34‧‧‧第二電極層
15a、34a‧‧‧汲極部
15b、34b‧‧‧源極部
16、35‧‧‧第二絕緣層
17、36‧‧‧畫素電極層
18、37‧‧‧蝕刻停止層
19、38‧‧‧接觸孔洞
39、39’、39”、39'''‧‧‧薄膜電晶體
41‧‧‧掃描線
42‧‧‧資料線
S1‧‧‧第一間隔
S2‧‧‧第二間隔
圖1為傳統液晶面板之薄膜電晶體基板的剖面圖。
圖2為傳統液晶面板之另一種薄膜電晶體基板的剖面圖。
圖3是本發明實施例之薄膜電晶體基板之剖面圖。
圖4是本發明實施例之薄膜電晶體基板的平面圖
圖5是本發明另一實施例之薄膜電晶體基板之剖面圖。
圖6是本發明另一實施例之薄膜電晶體基板之剖面圖。
圖7是本發明另一實施例之薄膜電晶體基板之剖面圖。
圖8至圖11為薄膜電晶體基板製造方法之部分步驟所形成之半成品的平面圖。
3‧‧‧薄膜電晶體基板
30‧‧‧基板
31a‧‧‧閘極部
32‧‧‧第一絕緣層
33‧‧‧氧化物半導體層
34‧‧‧第二電極層
34a‧‧‧汲極部
34b‧‧‧源極部
35‧‧‧第二絕緣層
36‧‧‧畫素電極層
38‧‧‧接觸孔洞
39‧‧‧薄膜電晶體
S1‧‧‧第一間隔
Claims (18)
- 一種薄膜電晶體基板，包括：一基板；一第一電極層，位於該基板上，包括一閘極部；一第一絕緣層，覆蓋該第一電極層；一氧化物半導體層，位於該第一絕緣層上，包括一第二間隔；以及一第二電極層，位於該氧化物半導體層上，包括一源極部、一汲極部及一導線部，該源極部及該汲極部位於對應該閘極部之兩端；其中，該第二電極層的邊緣於該氧化物半導體層的邊緣之內，該第二間隔位於該導線部的下方。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其中該氧化物半導體層係整面覆蓋該第一絕緣層。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其中該氧化物半導體層係為ZnO、IZO、IGZO、ITZO、ATZO、HIZO或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其中該第二電極層的材料為單層銅。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，更包括一蝕刻停止層，該蝕刻停止層位於該氧化物半導體層上方。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，更包括一第二絕緣層，該第二絕緣層覆蓋該第二電極層與該氧化物半導體層。
- 如申請專利範圍第6項所述之薄膜電晶體基板，其中該第二絕緣層具有一接觸孔洞，該接觸孔洞相對於該源極部。
- 如申請專利範圍第7項所述之薄膜電晶體基板，其中該第二絕緣層上具有一畫素電極層，該畫素電極層經由該接觸孔洞往下延伸而電性連接該源極部。
- 一種顯示器，包括：一驅動電路；一外觀件；以及一顯示面板，包括一薄膜電晶體基板；該薄膜電晶體基板，包括：一基板；一第一電極層，位於該基板上，包括一閘極部；一第一絕緣層，覆蓋該第一電極層；一氧化物半導體層，位於該第一絕緣層上，包括一第二間隔；以及一第二電極層，位於該氧化物半導體層上，包括一源極部、一汲極部及一導線部，該源極部及該汲極部位於對應該閘極部之兩端；其中，該第二電極層的邊緣於該氧化物半導體層的邊緣之內，該第二間隔位於該導線部的下方。
- 如申請專利範圍第9項所述之顯示器，其中該氧化物半導體層係整面覆蓋該第一絕緣層。
- 如申請專利範圍第9項所述之顯示器，其中該氧化物半導體層係為ZnO、IZO、IGZO、ITZO、ATZO、HIZO或其組合。
- 如申請專利範圍第9項所述之顯示器，其中該第二電極 層的材料係為銅。
- 如申請專利範圍第9項所述之顯示器，其中該薄膜電晶體基板更包括一蝕刻停止層，該蝕刻停止層位於該氧化物半導體層上。
- 如申請專利範圍第9項所述之顯示器，其中該薄膜電晶體基板更包括一第二絕緣層，該第二絕緣層覆蓋該第二電極層與該氧化物半導體層。
- 如申請專利範圍第14項所述之顯示器，其中該第二絕緣保護層具有一接觸孔洞，該接觸孔洞相對於該源極部。
- 如申請專利範圍第15項所述之顯示器，其中該第二絕緣層上具有一畫素電極層，該畫素電極層經由該接觸孔洞往下延伸而電性連接該源極部。
- 一種薄膜電晶體基板的製造方法，包括下列步驟：提供一基板；形成一第一電極層於該基板上，該第一電極層包括一閘極部；形成一第一絕緣層覆蓋該第一電極層；形成一氧化物半導體層於該第一絕緣層上，該氧化物半導體層包括一第二間隔；形成一第二電極層於該氧化物半導體層上，該第二電極層包括一源極部、一汲極部及一導線部，且該源極部及該汲極部位於對應該閘極部之兩端；以及形成一第二絕緣層覆蓋該氧化物半導體層與該第二電極層；形成一接觸孔洞於該第二絕緣層，其中該接觸孔洞係 相對於該源極部；形成一畫素電極層於該第二絕緣層上，其中該畫素電極層透過該接觸孔洞電性連接該源極部；其中，該第二電極層的邊緣於該氧化物半導體層的邊緣之內，該第二間隔位於該導線部的下方。
- 如申請專利範圍第17項所述之薄膜電晶體基板的製造方法，更包括：形成一蝕刻停止層於該氧化物半導體層上方，其中該蝕刻停止層位於該氧化物半導體層上。
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