TWI511302B - 薄膜電晶體及使用該薄膜電晶體的顯示陣列基板的製造方法 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種薄膜電晶體使用該薄膜電晶體的顯示陣列基板製造方法。
利用金屬氧化物半導體(Metal Oxide Semiconductor)形成溝道的薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)已被逐漸廣泛應用於顯示領域作為開關元件使用。在薄膜電晶體製程中由於金屬氧化物半導體對後段製程，如用來形成薄膜電晶體之源、汲極之濕蝕刻(Wet-Etching)製程反應敏感，故會在金屬氧化物半導體層上形成一蝕刻阻擋層借以保護該金屬氧化物半導體層之特性。然而，由於蝕刻阻擋層必須滿足一定的厚度需求，如大於1微米，在用黃光曝光形成接觸孔時受厚度之影響使得源極與汲極之間的通道寬度通常維持在10微米左右，無法降低到一更小範圍內，不僅導致薄膜電晶體本身的特性，如頻率特性受到影響，而且也無法滿足高解析度(High Resolution HD)等面板的要求。
有鑑於此，有必要提供一種具有較小通道長度的薄膜電晶體的製造方法。
更進一步地，提供一種具有該薄膜電晶體之顯示陣列基板的製造方法。
一種薄膜電晶體的製造方法，該製造方法包括：於一基板上形成閘極及覆蓋該閘極的閘極絕緣層；在該閘極絕緣層上對應閘極處形成溝道層，且於該溝道層上涂佈.蝕刻阻擋層；對該蝕刻阻擋層進行高溫硬烤處理；於該蝕刻阻擋層上涂佈光阻；圖案化該光阻，顯影出二空導孔，以該圖案化光阻做遮罩蝕刻該蝕刻阻擋層至該溝道層以形成二接觸孔；移除該圖案化光阻；及於該二接觸孔處形成源極與汲極。
一種顯示陣列基板的製造方法，該製造方法包括：提供一基板，並於該基板上形成薄膜電晶體，其中該薄膜電晶體的製造方法為前述薄膜電晶體製造方法。
相較於先前技術，本發明的薄膜電晶體及使用該薄膜電晶體的顯示陣列基板的製造方法將蝕刻阻擋層作高溫硬烤處理，且利用較短通道設計之光阻進行曝光顯影出穿導孔，進一步利用干蝕刻技術對蝕刻阻擋層進行蝕刻以獲得具有較短距離之接觸孔以減小薄膜電晶體之源、汲極間之溝道寬度，達到提高TFT性能及滿足面
板的高解析度之需求。
10‧‧‧顯示陣列基板
100、200‧‧‧薄膜電晶體
11‧‧‧閘極線
12‧‧‧資料線
110、210‧‧‧閘極
120、220‧‧‧源極
130、230‧‧‧汲極
101、201‧‧‧基板
103、203‧‧‧溝道層
105、205‧‧‧閘極絕緣層
107、207‧‧‧蝕刻阻擋層
207a‧‧‧有機阻擋層
207b‧‧‧硬遮罩層
109、209‧‧‧光阻
14、24‧‧‧光罩
140、240‧‧‧透光部份
141、241‧‧‧不透光部份
H1、H2、H21、H22‧‧‧穿導孔
O1、O2、O21、O22‧‧‧接觸孔
S301~S315、S401~S417‧‧‧步驟
圖1是本發明第一實施方式的顯示陣列基板一畫素區域的局部平面結構示意圖。
圖2是圖1所示顯示陣列基板沿II-II線的剖面結構示意圖。
圖3至圖8描述了圖2所示的薄膜電晶體各製作步驟之結構示意圖。
圖9是圖2所示的薄膜電晶體製造流程示意圖。
圖10是本發明第二實施方式的薄膜電晶體之剖面結構示意圖。
圖11至圖17描述了圖10所示的薄膜電晶體各製作步驟之結構示意圖。
圖18是圖10所示的薄膜電晶體製造流程示意圖。
請參閱圖1，圖1是本發明一實施方式顯示陣列基板的一畫素區域之局部的平面結構示意圖。該顯示陣列基板10包括複數條相互平行的閘極線11、複數條相互平行且與該些閘極線絕緣相交的資料線12。每一閘極線11與一資料線12交叉處設置一薄膜電晶體(thin-film transistor,TFT)100，該薄膜電晶體100包括與閘極線11相連的閘極110用於外部閘極驅動器(未示出)輸出的閘極訊號，與資料線12相連的源極120用於接收外部資料驅動器(未示出)輸出的資料訊號及與該源極120間隔設置的汲極130。
當閘極線11輸出的閘極訊號電壓高於薄膜電晶體100的閾值電壓
時，形成在薄膜電晶體100內部的溝道層103(如圖2所示)的電特性從絕緣體變為導體，使得施加到源極120的資料訊號通過溝道層103施加至汲極130上。
請一併參閱圖2，圖2是圖1所示的顯示陣列基板10沿II-II線的剖面結構示意圖。該薄膜電晶體100還包括閘極絕緣層105及蝕刻阻擋層107。其中，該閘極110設置於基板101上，該源極120與該汲極130同層設置，該溝道層103連接該源極120與該汲極130。該溝道層103對應閘極110設置，該閘極絕緣層105設置於該閘極110與該溝道層103之間，該蝕刻阻擋層107設置於該溝道層103的表面用於間隔該源極120與該汲極130。
請一併參閱圖3-圖9，其中圖3-圖8為圖2所示的薄膜電晶體100各製作步驟之結構示意圖。圖9為圖2所示薄膜電晶體100的製造流程圖。
步驟S301，請參閱圖3，提供一基板101，在基板101上形成閘極110及覆蓋該閘極110的閘極絕緣層105。在基板101上沉積第一金屬層，圖案化該第一金屬層形成閘極110，然後沉積一閘極絕緣層105，使該閘極絕緣層105覆蓋該閘極110。其中，該圖案化的第一金屬層以形成該閘極110的方法可為微影黃光蝕刻法。基板101可為玻璃基板或者石英基板，該第一金屬層可為金屬材料或金屬合金，如鉬(Mo)、鋁(Al)、鉻(Cr)、銅(Cu)、釹(Nd)等。該閘極絕緣層105為可以包括氮化矽(SiNx)或氧化矽(SiOx)。在本實施方式中，可利用濺射法、真空蒸鍍法、脉衝激光沉積法、離子電鍍法、有機金屬氣相生長法、等離子體CVD等沉積方法形成閘極絕緣層105。
步驟S303，請繼續參閱圖3，在閘極絕緣層105上對應閘極110處形成溝道層103，再形成一蝕刻阻擋層107以覆蓋整個溝道層103。其中，該溝道層103材料為金屬氧化物半導體，如氧化銦鎵鋅(IGZO)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦(InO)、氧化鎵(GaO)或其混合物。具體地，在本實施方式中，可利用濺射法、真空蒸鍍法、脉衝激光沉積法、離子電鍍法、有機金屬氣相生長法、等離子體CVD等沉積方法在該閘極絕緣層105上形成一金屬氧化物半導體層，在圖案化金屬氧化物半導體層從而對應該閘極105處形成溝道層103。該蝕刻阻擋層107的材料為透明有機材料，在本實施例中，該蝕刻阻擋層107可為具有光敏特性的有機材料也可為不具有光敏特性的有機材料，其中，該蝕刻阻擋層107之光敏特性弱於光阻(Photorcsistor)材料的光敏特性。該蝕刻阻擋層107用于保護該溝道層103避免后續製程對其造成的損害，其厚度一般大於1微米。
步驟S305，對形成有該蝕刻阻擋層107之基板101進行高溫硬烤(Hard-baking)處理。高溫硬烤使該蝕刻阻擋層107之表面更加平坦化並使之固化，能有效增強該蝕刻阻擋層107與該溝道層103之間附著性。在本實施方式中，高溫硬烤的溫度根據蝕刻阻擋層107之材料特性決定，一般高溫硬烤的溫度於100℃~400℃範圍內。經高溫硬烤後的蝕刻阻擋層材料將其內部的殘余的有機溶劑揮發，從而使得該蝕刻阻擋層107固化，並加強與溝道層103之間的附著性。
步驟S307，請參閱圖4，於該蝕刻阻擋層107上涂佈光阻層109。
步驟S309，請參閱圖5，利用黃光製程圖案化該光阻層109從而在
該圖案化的光阻層109上定義出穿導孔H1、H2。具體地，利用光罩(Mask)14為遮罩對光阻層109進行黃光曝光以顯影出貫穿該光阻層109的穿導孔H1、H2，該穿導孔H1、H2為貫穿該光阻層109厚度的通孔，且二者之間的距離基本等於本發明所預期的窄溝道寬度，即小於10微米，優選為3-5微米。具體地，該光罩14包括二透光部分140與不透光部分141，二透光部分140對應的光阻層109部分經紫外光照射曝光，再經顯影後形成該穿導孔H1、H2。該光罩14之不透光部分140之間的距離界定了該穿導孔H1、H2之間的距離。
步驟S311，請參閱圖6，以該圖案化光阻層109作遮罩采用干蝕刻(Dry-etching)的方式蝕刻該蝕刻阻擋層107，從而形成沿厚度方向貫穿該蝕刻阻擋層107並與該穿導孔H1、H2分別貫通之接觸孔O1、O2。因此，該接觸孔O1、O2之間的距離也基本等於本發明所預期的較窄溝道寬度，如：3-5微米。在本實施方式中，可利用電漿蝕刻(Plasma Etching)、反應離子蝕刻(Reactive Ion Etching，RIE)、等離子蝕刻等干蝕刻方法將蝕刻阻擋層107蝕刻至溝道層103。
步驟S313，請參閱圖7，移除剩余的光阻層109。
步驟S315，請參閱圖8，在該蝕刻阻擋層107上形成源極120與汲極130，該源極120與汲極130分別填充該接觸孔O1、O2與該溝道層103相接觸。具體地，於該蝕刻阻擋層107之表面沉積一第二金屬層，並利用一道光罩蝕刻製程圖案化該第二金屬層，從而在該溝道層103相對兩側形成源極120與汲極130，並填充該二接觸孔O1、O2。該第二金屬層為金屬材料或金屬合金，如鉬(Mo)、鋁
(Al)、鉻(Cr)、銅(Cu)、釹(Nd)等。對第二金屬層進行蝕刻的方法為濕蝕刻(Wet-Etching)方法。
當該薄膜電晶體100應用於液晶面板時，在後續製程中，在該薄膜電晶體100上可形成平坦化層、畫素電極等習知結構，在此不再贅述。
請參閱圖10，圖10為本發明薄膜電晶體第二實施方式結構示意圖。
該薄膜電晶體200的閘極210設置在基板201上，溝道層203對應閘極210設置，閘極絕緣層205設置在閘極210與溝道層203之間。在本實施例中，該溝道層203由金屬氧化物半導體結構構成，其材料包括：氧化銦鎵鋅(IGZO)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦(InO)、氧化鎵(GaO)或其混合物。該薄膜電晶體200進一步包括覆蓋整個溝道層203及閘極絕緣層205表面的蝕刻阻擋層207，該蝕刻阻擋層207為具有一定固化硬度之透明絕緣結構，用於保護該溝道層203避免后續製程對其造成損壞，並提供一平坦表面。在本實施例中，該蝕刻阻擋層207為一層疊結構，包括一有機阻擋層207a及與該有機阻擋層207a層疊設置之硬遮罩層207b。該有機阻擋層207a為經固化處理之透明有機材料層，該透明有機材料層可為具有光敏特性的有機材料也可為不具有光敏特性的有機材料，其中，該有機阻擋層207a之光敏特性弱於光阻(Photoresistor)材料的光敏特性。該硬遮罩層207b設置在該有機阻擋層207a背離基板201的表面上，用於增強該有機阻擋層207a之硬度。在本實施例中，該硬遮罩層207b之厚度小於該有機阻擋層207a的厚度，其材料可選自氮化矽(SiNx)、氧化矽(SiOx)、氟化矽(SiFx)、氮氧化矽
(SiNxOy)等無機材料。二接觸孔O21、O22沿厚度方向貫穿該蝕刻阻擋層207，從而曝露出部分溝道層203，該二接觸孔O21、O22之間的間隔距離對應定義該薄膜電晶體200之溝道寬度L2。在本實施例中，該二接觸孔O21、O22之間的間隔距離基本等於本發明所預期的窄溝道寬度，即小於10微米，優選為3-5微米。相應地，該薄膜電晶體200之溝道寬度L2小於10微米，優選為3-5微米。
進一步地，該薄膜電晶體200的源極220與汲極230分設於溝道層203相對的兩側並經經由二接觸孔O21、O22與該溝道層203相接觸。在本發明中，該蝕刻阻擋層207還同時充當了薄膜電晶體200之鈍化層及平坦化層，用於間隔該源/汲極220、230與該溝道層203，並提供平坦表面。
請參閱圖11-18圖，其中圖11-17為圖10所示的薄膜電晶體200之各步驟製作過程示意圖，圖18為圖10所示薄膜電晶體200的製造流程圖。
步驟S401，請參閱圖11，提供一基板201，在基板21上形成閘極210及覆蓋該閘極210的閘極絕緣層205。在基板201上沉積第一金屬層，圖案化該第一金屬層形成閘極210，然後沉積一閘極絕緣層205，使該閘極絕緣層205覆蓋該閘極210。其中，該圖案化的第一金屬層以形成該閘極210的方法可為微影黃光蝕刻法。基板201可為玻璃基板或者石英基板，該第一金屬層可為金屬材料或金屬合金，如鉬(Mo)、鋁(Al)、鉻(Cr)、銅(Cu)、釹(Nd)等。該閘極絕緣層205為可以包括氮化矽(SiNx)或氧化矽(SiOx)。在本實施方式中，可利用濺射法、真空蒸鍍法、脉衝激光沉積法、離子電鍍法、有機金屬氣相生長法、等離子體CVD等沉積方法形成
閘極絕緣層205。
步驟S403，請繼續參閱圖11，在閘極絕緣層205上對應閘極210處形成溝道層203，並於該溝道層203上涂佈有機阻擋層207a以覆蓋整個溝道層203。該溝道層203材料為金屬氧化物半導體，如氧化銦鎵鋅(IGZO)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦(InO)、氧化鎵(GaO)或其混合物。具體地，在本實施方式中，可利用濺射法、真空蒸鍍法、脉衝激光沉積法、離子電鍍法、有機金屬氣相生長法、等離子體CVD等沉積方法在該閘極絕緣層205上形成一金屬氧化物半導體層，在圖案化金屬氧化物半導體層從而對應該閘極210處形成溝道層203。該有機阻擋層207a的材料為透明有機材料，在本實施例中，該有機阻擋層207a可為具有光敏特性的有機材料也可為不具有光敏特性的有機材料，其中，該有機阻擋層207a之光敏特性弱於光阻(Photoresistor)材料的光敏特性。該有機阻擋層207a用于保護該溝道層203避免后續製程對其造成的損害，其厚度一般大於1微米。
步驟S405，對形成有該有機阻擋層207a之基板201進行高溫硬烤(Hard-baking)處理。高溫硬烤使該有機阻擋層207a之表面更加平坦化並使之固化，並能有效增強該蝕刻阻擋層207與該溝道層203之間附著性。在本實施方式中，高溫硬烤的溫度根據有機阻擋層207a之材料特性決定，一般高溫硬烤的溫度於100℃~400℃範圍內。經高溫硬烤後的蝕刻阻擋層材料將其內部的殘余的有機溶劑揮發，從而使得該有機阻擋層207a固化，並加強與溝道層203之間的附著性。
步驟S407，請參閱圖12，於該有機阻擋層207a上形成硬遮罩層
207b，該硬遮罩層207b與該有機阻擋層207a層疊設置共同構成一蝕刻阻擋層207。在本實施方式中，該硬遮罩層207b設置在該有機阻擋層207a背離基板201的表面上，用於增強該有機阻擋層207a之硬度。在本實施例中，該硬遮罩層207b之厚度小於該有機阻擋層207a的厚度，其材料可選自氮化矽(SiNx)、氧化矽(SiOx)、氟化矽(SiFx)、氮氧化矽(SiNxOy)等無機材料。在本實施方式中，可利用化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、蒸鍍、濺鍍等方法沉積形成該硬遮罩層207b。該硬遮罩層207b材料為氮化矽(SiNx)、氧化矽(SiOx)、氟化矽(SiFx)等材料。
步驟S409，請參閱圖13，於該蝕刻阻擋層207上涂佈光阻層209。
步驟S411，請參閱圖14，利用黃光製程圖案化該光阻層209從而在該圖案化的光阻層209上定義出穿導孔H21、H22。具體地，利用光罩(Mask)24為遮罩對光阻層209進行黃光曝光以顯影出貫穿該光阻層209的穿導孔H21、H22，該穿導孔H21、H22為貫穿該光阻層209厚度的通孔，且二者之間的距離基本等於本發明所預期的較窄溝道寬度，即小於10微米，優選為3-5微米。具體地，該光罩24包括二透光部分240與不透光部分241，二透光部分240對應的光阻層209部分經紫外光照射曝光，再經顯影後形成該穿導孔H21、H22。該光罩24之不透光部分240之間的距離界定了該穿導孔H21、H22之間的距離。
步驟S413，請參閱圖15，以該圖案化光阻層209作遮罩採用乾蝕刻(Dry-etching)的方式該硬遮罩層207b與該有機阻擋層207a，從而形成沿厚度方向貫穿該硬遮罩層207b及該有機阻擋層207a的接觸孔O21、O22。因此，該接觸孔O21、O22之間的距離也基本等
於本發明所預期的較窄溝道寬度，如：3-5微米。在本實施方式中，可利用電漿蝕刻(Plasma Etching)、反應離子蝕刻(Reactive Ion Etching，RIE)、等離子蝕刻等干蝕刻方法將蝕刻阻擋層207蝕刻至溝道層203。
步驟S415，請參閱圖16，移除剩余的光阻層209。
步驟S417，請參閱圖17，在該硬遮罩層207b上形成源極220與汲極230，該源極220與汲極230分別填充該接觸孔O21、O22與該溝道層203相接觸。具體地，於該蝕刻阻擋層207之表面沉積一第二金屬層，並利用一道光罩蝕刻製程圖案化該第二金屬層，從而在該溝道層203相對兩側形成源極220與汲極230，並填充該二接觸孔O21、O22。該第二金屬層為金屬材料或金屬合金，如鉬(Mo)、鋁(Al)、鉻(Cr)、銅(Cu)、釹(Nd)等。對第二金屬層進行蝕刻的方法為濕蝕刻(Wet-Etching)方法。
當該薄膜電晶體200應用於液晶面板時，在後續製程中，在該薄膜電晶體200上可形成平坦化層、畫素電極等習知結構，在此不再贅述。
本發明的薄膜電晶體、薄膜電晶體陣列基板及其製造方法將蝕刻阻擋層作高溫硬烤處理，且利用一道黃光蝕刻製程對光阻進行曝光顯影出相距距離與預期電晶體溝道寬度近似之穿導孔，再進一步利用干蝕刻技術對蝕刻阻擋層進行蝕刻以獲得具有較窄溝道寬度之薄膜電晶體，以改善薄膜電晶體之特性，並滿足面板高解析度之需求。
雖然本發明以優選實施例揭示如上，然其並非用以限定本發明，
任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可做各種的變化，這些依據本發明精神所做的變化，都應包含在本發明所要求的保護範圍之內。
S301~S315‧‧‧步驟
Claims (13)
- 一種薄膜電晶體的製造方法，該製造方法包括：於一基板上形成閘極及覆蓋該閘極的閘極絕緣層；在該閘極絕緣層上對應閘極處形成溝道層，且於該溝道層上形成覆蓋該溝道層之蝕刻阻擋層；對形成有該蝕刻阻擋層之基板進行高溫硬烤處理；於該蝕刻阻擋層上形成光阻層；圖案化該光阻層從而在該圖案化的光阻層上定義出二貫穿該光阻層之穿導孔；以該圖案化光阻做遮罩干蝕刻該蝕刻阻擋層，以形成沿厚度方向貫穿該蝕刻阻擋層並曝露出該溝道層之二接觸孔；移除剩余的光阻層；及在該蝕刻阻擋層上形成源極與汲極，該源極與汲極經由該接觸孔與該溝道層相接觸。
- 如請求項1所述之薄膜電晶體製造方法，其中，該蝕刻阻擋層為一透明有機材料層。
- 如請求項2所述之薄膜電晶體製造方法，其中，該透明有機材料層具有光敏特性，且該透明有機材料之光敏特性弱於該光阻層之光敏特性。
- 如請求項1所述之薄膜電晶體製造方法，其中，高溫硬烤的溫度根據該蝕刻阻擋層材料於100℃~400℃範圍內設定。
- 如請求項1所述之薄膜電晶體製造方法，其中，該二穿導孔之間的距離小於10微米。
- 如請求項1所述之薄膜電晶體製造方法，其中，該二穿導孔之間的距離在 3-5微米之間。
- 如請求項1所述之薄膜電晶體製造方法，其中，圖案化該光阻層的步驟進一步包括：提供一光罩，該光罩包括二透光部分與不透光部分，其中，二透光部分之間距用於界定該穿導孔之間的間距；以該光罩為遮罩曝光、顯影該光阻層，從而在該光阻層上定義該二穿導孔。
- 如請求項1所述之薄膜電晶體製造方法，其中，以該圖案化光阻層做遮罩干蝕刻該蝕刻阻擋層之方法選自電漿蝕刻、反應離子蝕刻或等離子蝕刻法。
- 如請求項1所述之薄膜電晶體製造方法，其中，該蝕刻阻擋層包括層疊設置之有機阻擋層與一硬遮罩層，該有機阻擋層為經固化處理之透明有機材料層，該硬遮罩層形成在該有機阻擋層背離該溝道層的表面上，用於增強該有機阻擋層之硬度。
- 如請求項9所述之薄膜電晶體製造方法，其中，該有機阻擋層為具有光敏特性的有機材料，且該有機阻擋層之光敏特性弱於該光阻層的光敏特性。
- 如請求項10所述之薄膜電晶體製造方法，其中，該硬遮罩層之厚度小於該有機阻擋層的厚度。
- 如請求項10所述之薄膜電晶體製造方法，其中，該硬庶罩層材料為氮氧化矽、氮化矽、氧化矽或氟化矽。
- 一種顯示陣列基板的製造方法，該製造方法包括：提供一基板，並於該基板上形成薄膜電晶體，其中該薄膜電晶體的製造方法為請求項1-12項任意一項所述之製程方法。
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