TWI515911B - 薄膜電晶體基板及其製作方法以及顯示器 - Google Patents

薄膜電晶體基板及其製作方法以及顯示器 Download PDF

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Description

薄膜電晶體基板及其製作方法以及顯示器
本發明有關於薄膜電晶體，且特別是有關於具有遮光層的薄膜電晶體基板及其製作方法以及顯示器。
隨著顯示科技的日益進步，人們藉著顯示器的輔助可使生活更加便利，為求顯示器輕、薄之特性，促使平面顯示器(flat panel display，FPD)成為目前的主流。在諸多平面顯示器中，液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)具有高空間利用效率、低消耗功率、無輻射以及低電磁干擾等優越特性，因此，液晶顯示器深受消費者歡迎。
液晶顯示器主要是由主動陣列基板、彩色濾光基板與位於兩基板之間的液晶層所構成。主動陣列基板具有主動區以及週邊電路區。主動陣列係位於主動區內，而具有多個薄膜電晶體的驅動電路則位於週邊電路區內。
目前，液晶顯示器多半是採用背光模組作為顯示畫面時的光源，然而，當背光模組產生的光線照射到薄膜電晶體的主動層時，易使主動層產生光電流，以致於影響薄膜電晶體的電性。
當液晶顯示器使用頂閘極的薄膜電晶體時，由於頂閘極的薄膜電晶體的主動層是直接暴露在背光模組所發出的光線下，因此，光線會影響薄膜電晶體的電性。當液晶顯示器使用底閘極的薄膜電晶體時，底閘極雖可阻擋光線， 但是底閘極薄膜電晶體的主動層容易受到後續製程(如形成源極、汲極、以及覆蓋源極與汲極之保護層的製程)的傷害，以致於影響電性。
本發明一實施例提供一種薄膜電晶體基板，包括：一基板；複數薄膜電晶體設置於基板上，其中，各薄膜電晶體係包含：一遮光層，位於基板上；一主動層，位於遮光層上；一閘絕緣層，位於基板上並覆蓋主動層；一閘極，位於閘絕緣層上，並位於主動層上方；一源極，位於基板上並電性連接主動層；以及一汲極，位於基板上並電性連接主動層。
本發明一實施例提供一種薄膜電晶體基板的製作方法，包括：提供一基板；於基板上形成一遮光層；於遮光層上形成一主動層；於基板上形成一覆蓋主動層的閘絕緣層；於閘絕緣層上形成一閘極，閘極位於主動層上方；以及於基板上形成電性連接主動層的一源極與一汲極。
本發明一實施例提供一種顯示器，包括：一如前述實施例所述之薄膜電晶體基板；一基板，與薄膜電晶體基板相對設置；以及一顯示介質，形成於薄膜電晶體基板與基板之間。
以下將詳細說明本發明實施例之製作與使用方式。然 應注意的是，本發明提供許多可供應用的發明概念，其可以多種特定型式實施。文中所舉例討論之特定實施例僅為製造與使用本發明之特定方式，非用以限制本發明之範圍。此外，在不同實施例中可能使用重複的標號或標示。這些重複僅為了簡單清楚地敘述本發明，不代表所討論之不同實施例及/或結構之間具有任何關連性。再者，當述及一第一材料層位於一第二材料層上或之上時，包括第一材料層與第二材料層直接接觸或間隔有一或更多其他材料層之情形。在圖式中，實施例之形狀或是厚度可能擴大，以簡化或是突顯其特徵。再者，圖中未繪示或描述之元件，可為所屬技術領域中具有通常知識者所知的任意形式。
第1A圖至第1C圖繪示本發明一實施例之薄膜電晶體基板的製程剖面圖。首先，請參照第1A圖，提供一基板110，例如一玻璃基板。接著，於基板110上形成一遮光材料層120a。在一實施例中，遮光材料層120a的材質包括金屬材料、或是不透明的高分子材料，其中金屬材料例如為鉻、鋁、銅、或鈦，不透明的高分子材料例如為摻雜有顏料的樹脂(resin)。
然後，於遮光材料層120a上形成一主動材料層130a。主動材料層130a的材質例如為銦鎵鋅氧化物(IGZO，indium-gallium-zinc-oxide)、或是其他適於作為主動層的半導體材料。之後，於主動材料層130a上形成圖案化的一光阻層P。
然後，請參照第1B圖，以光阻層P為蝕刻罩幕，對 主動材料層130a與遮光材料層120a進行一蝕刻製程，以形成主動層130與遮光層120。詳細而言，在本實施例中，前述蝕刻製程包括以例如草酸為蝕刻液對主動材料層130a進行濕式蝕刻，並且對遮光材料層120a進行乾式蝕刻或濕式蝕刻(例如以鋁酸為蝕刻液)。之後，移除光阻層P。
值得注意的是，本實施例係在基板110與主動層130之間設置遮光層120，以藉由遮光層120阻擋來自於下方的光線(例如顯示器之背光模組所發出的光線)，進而使主動層130的電性的穩定性提昇。
由於在蝕刻製程中，主動材料層130a的被蝕刻程度大於遮光材料層120a的被蝕刻程度，因此，主動層130的邊緣130b係相對於遮光層120的邊緣120b向內退縮，故遮光層120可更加有效地阻擋來自於下方的光線。在本實施例中，主動層130的最大寬度W1小於遮光層120的最大寬度W2。在一實施例中，主動層130的最大寬度W1係小於遮光層120的最大寬度W2約1μm~6μm。在一實施例中，主動層130的(部分或全部)邊緣130b係相對於遮光層120的(部分或全部)邊緣120b向內退縮約0.5微米至3微米之間。
接著，請參照第1C圖，於基板110上形成一覆蓋主動層130的閘絕緣層140。閘絕緣層140的材質包括有機材料、或氧化物，其中有機材料例如為聚四氟乙烯(PFA，Polytetrafluoroethylene)、矽基(silica based)材料、或 是壓克力基(acrylic based)材料，氧化物包括氧化鋁、氧化矽、氮化矽、氧化鈦、或矽鋁氧化物。然後，於閘絕緣層140上形成一閘極150，閘極150係位於主動層130上方。閘極150的材質可包括鋁(Al)與鉬(Mo)、銅、或是其他適合的導電材料。
之後，可選擇性地在閘絕緣層140上形成一覆蓋閘極150的絕緣保護層160。然後，形成貫穿絕緣保護層160與閘絕緣層140的一第一通孔V1與一第二通孔V2，其中第一通孔V1與第二通孔V2皆暴露出主動層130。然後，在絕緣保護層160上形成源極170與汲極180，其中源極170與汲極180可經由第一通孔V1與第二通孔V2貫穿絕緣保護層160與閘絕緣層140而電性連接至主動層130。此時，遮光層120、主動層130、閘絕緣層140、閘極150、源極170、以及汲極180構成一薄膜電晶體S。值得注意的是，第1A圖至第1C圖係省略繪示在基板110的其他部分上以前述方法形成多個薄膜電晶體S的情況。
由前述可知，本實施例係於基板110與主動層130之間形成遮光層120，以藉由遮光層120阻擋來自於下方的光線(例如顯示器的背光模組所發出的光線，未繪示)，進而提昇主動層130的電性的穩定性。此外，主動層130的邊緣130b係小於或等於遮光層120的邊緣120b，以使遮光層120可更加有效地阻擋來自於下方的光線，且該遮光層120之邊緣120b與該主動層130之邊緣130b間之差距係小於或等於3μm內。在一實施例中， 主動層130的(部分或全部)邊緣130b可相對於遮光層120的(部分或全部)邊緣120b向內退縮或彼此切齊。
第2A圖至第2E圖繪示本發明另一實施例之薄膜電晶體基板的製程剖面圖。本實施例相似於第1A圖至第1C圖的實施例，兩者的主要差異在於本實施例係利用半調式光罩圖案化光阻層，以形成具有至少兩種厚度的圖案化光阻層。以下將詳細描述本實施例之薄膜電晶體基板的製程。
首先，請參照第2A圖，提供一基板110。接著，於基板110上形成一遮光材料層120a。然後，於遮光材料層120a上形成一主動材料層130a。
之後，於主動材料層130a上形成一光阻材料層P1，並利用一半調式光罩M對光阻材料層P1進行一微影製程。在本實施例中，半調式光罩M具有不透光區A1、半透光區A2(透光率可為1%~99%)、全透光區A3。微影製程將光阻材料層P1圖案化成一光阻層P(如第2B圖所示)，光阻層P具有厚度相對較薄的一外圍部分R。詳細而言，在本實施例中，光阻層P具有一中心部分C與圍繞中心部分C的外圍部分R，且中心部分C的厚度T1大於外圍部分R的厚度T2。
接著，請參照第2B圖與第2C圖，以光阻層P為蝕刻罩幕，對遮光材料層120a與主動材料層130a進行一蝕刻製程，以形成遮光層120與主動層130。詳細而言，在本實施例中，前述蝕刻製程例如包括分別對主動材料 層130a以及遮光材料層120a進行濕式蝕刻(或是乾式蝕刻)。然後，例如以電漿灰化的方式移除光阻層P的外圍部分R，以露出主動層130的一外圍部分132。在本實施例中，主動層130的外圍部分132的最大寬度W3相當於光阻層P的外圍部分R的最大寬度W4。
接著，請參照第2D圖，以光阻層P為蝕刻罩幕，例如以濕式蝕刻的方式移除主動層130的外圍部分132，以使主動層130的邊緣130b相對於遮光層120的邊緣120b向內退縮。之後，移除光阻層P。
值得注意的是，主動層130的邊緣130b相對於遮光層120的邊緣120b向內退縮的距離D約等於主動層130的外圍部分132的最大寬度W3，而最大寬度W3又相當於光阻層P的外圍部分R的最大寬度W4，因此，可藉由調整光阻層P的外圍部分R的最大寬度W4的方式來準確地控制主動層130的邊緣130b向內退縮的距離D，以達到良好的遮光效果。在一實施例中，距離D約為3微米至20微米。在另一實施例中，距離D約為3微米至10微米，例如3微米至5微米。
接著，請參照第2E圖，於基板110上形成一覆蓋主動層130的閘絕緣層140。然後，於閘絕緣層140上形成一閘極150，閘極150係位於主動層130上方。
之後，可選擇性地在閘絕緣層140上形成一覆蓋閘極150的絕緣保護層160。然後，在絕緣保護層160上形成源極170與汲極180，其中源極170與汲極180可貫穿絕 緣保護層160與閘絕緣層140而連接至主動層130。此時，遮光層120、主動層130、閘絕緣層140、閘極150、源極170、以及汲極180構成一薄膜電晶體S。值得注意的是，第2A圖至第2E圖係省略繪示在基板110的其他部分上以前述方法形成多個薄膜電晶體S的情況。
第3圖繪示本發明另一實施例之薄膜電晶體基板的剖面圖。請參照第3圖，在一實施例中，可在形成主動層130之前，於基板110上先形成一覆蓋遮光層120的擴散阻障層310，之後，再將主動層130形成在擴散阻障層310上。如此一來，位於遮光層120與主動層130之間的擴散阻障層310可隔開遮光層120與主動層130，以避免遮光層120的材料擴散至主動層130中而影響了主動層130的電性。
在一實施例中，擴散阻障層310的材質可為一絕緣材料，包括有機材料、或無機材料，其中有機材料例如為聚四氟乙烯、或是壓克力基材料，無機材料例如各種以物理氣相沉積或是以化學氣相沉積形成的氧化物、或氮化物，其中氧化物例如為氧化鋁、氧化矽、氧化鈦、或矽鋁氧化物，氮化物例如為氮化矽。在一實施例中，遮光層120的材質可為一導電材料以作為一底閘極，並與閘極150共用主動層130。也就是說，薄膜電晶體基板300可為一雙閘極薄膜電晶體基板。
第4A圖至第4D圖繪示本發明一實施例之薄膜電晶體基板的製程上視圖。第5A圖至第5D圖繪示第4A圖 至第4D圖之沿I-I’線段的剖面圖。值得注意的是，為簡化起見，第4A圖至第4D圖省略繪示基板與遮光層。
首先，請同時參照第4A圖與第5A圖，以相同於第1A圖至第1C圖或是第2A圖至第2E圖的實施例的方式形成基板110、遮光層120、以及主動層130。
接著，請同時參照第4B圖與第5B圖，於基板110上形成一覆蓋主動層130的閘絕緣層140。然後，於閘絕緣層140上形成一閘極150，閘極150係位於主動層130上方。閘極150具有一第一開口152與一第二開口154，第一開口152與第二開口154分別位於主動層130的一第一部分134與一第二部分136上方，以分別暴露出第一部分134與第二部分136上方的閘絕緣層140。
詳細而言，在上視圖第4B圖中，閘極150係自上方遮蔽大部分的主動層130，而僅暴露出主動層130的第一部分134與第二部分136。
然後，請同時參照第4C圖與第5C圖，可選擇性地在閘絕緣層140上形成一覆蓋閘極150的絕緣保護層160。然後，形成貫穿絕緣保護層160與閘絕緣層140的一第一通孔V1與一第二通孔V2，其中第一通孔V1係通過第一開口152並暴露出第一部分134，第二通孔V2係通過第二開口154並暴露出第二部分136，且第一開口152與第二開口154分別大於所對應之第一通孔V1與第二通孔V2。在一實施例中，第一通孔V1與第一開口152之邊緣之間距小於3μm，第二通孔V2與第二開口154 之邊緣之間距小於3μm。本案較佳實施例係使第一開口152與第二開口154均分別大於對應之第一通孔V1與第二通孔V2，而第一通孔V1與第一開口152之邊緣之間距小於3μm。
之後，請同時參照第4D圖與第5D圖，在絕緣保護層160上形成源極170與汲極180，其中源極170延伸入第一通孔V1中而連接至主動層130的第一部分134，汲極180延伸入第二通孔V2中而連接至主動層130的第二部分136。此時，遮光層120、主動層130、閘絕緣層140、閘極150、源極170、以及汲極180構成一薄膜電晶體S。值得注意的是，第4A圖至第4D圖以及第5A圖至第5D圖係省略繪示在基板110的其他部分上以前述方法形成多個薄膜電晶體S的情況。
在本實施例中，請參照上視圖第4D圖，源極170完全遮蔽第一部分134，而汲極180完全遮蔽第二部分136。也就是說，閘極150暴露出的第一部分134與第二部分136已被源極170與汲極180完全遮蔽。
簡而言之，源極170、汲極180、與閘極150之位於主動層130上的部份係構成一上遮光結構，且當由薄膜電晶體基板的上方觀看上遮光結構時，上遮光結構係完全遮蔽主動層130，如此一來，可避免由薄膜電晶體基板的上方射入的光線照射到主動層130。
第6圖繪示本發明一實施例之顯示器的剖面圖。請參照第6圖，本實施例之顯示器600包括一薄膜電晶體基 板610、一基板620、以及一夾於薄膜電晶體基板610與基板620之間的顯示介質630。薄膜電晶體基板610可為前述第1C、2E、3、5D圖所示之薄膜電晶體基板，顯示介質630可為液晶層或有機發光層。基板620例如為彩色濾光基板或是透明基板。薄膜電晶體基板610、基板620、以及顯示介質630可配置於一背光模組640上，以藉由背光模組640提供一背光源。
綜上所述，本發明於基板與主動層之間設置遮光層，以藉由遮光層阻擋來自於下方的光線，進而使主動層的電性的穩定性提昇。此外，主動層的邊緣可相對於遮光層的邊緣向內退縮，故遮光層可更加有效地阻擋來自於下方的光線。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
110‧‧‧基板
120‧‧‧遮光層
120a‧‧‧遮光材料層
120b、130b‧‧‧邊緣
130‧‧‧主動層
130a‧‧‧主動材料層
132、R‧‧‧外圍部分
134‧‧‧第一部分
136‧‧‧第二部分
140‧‧‧閘絕緣層
150‧‧‧閘極
152‧‧‧第一開口
154‧‧‧第二開口
160‧‧‧絕緣保護層
170‧‧‧源極
180‧‧‧汲極
300、610‧‧‧薄膜電晶體基板
310‧‧‧擴散阻障層
600‧‧‧顯示器
620‧‧‧基板
630‧‧‧顯示介質
640‧‧‧背光模組
A1‧‧‧不透光區
A2‧‧‧半透光區
A3‧‧‧全透光區
C‧‧‧中心部分
D‧‧‧距離
M‧‧‧半調式光罩
P‧‧‧光阻層
P1‧‧‧光阻材料層
S‧‧‧薄膜電晶體
T1、T2‧‧‧厚度
V1‧‧‧第一通孔
V2‧‧‧第二通孔
W1、W2、W3、W4‧‧‧最大寬度
第1A圖至第1C圖繪示本發明一實施例之薄膜電晶體基板的製程剖面圖。
第2A圖至第2E圖繪示本發明一實施例之薄膜電晶體基板的製程剖面圖。
第3圖繪示本發明另一實施例之薄膜電晶體基板的剖面圖。
第4A圖至第4D圖繪示本發明一實施例之薄膜電晶體基板的製程上視圖。
第5A圖至第5D圖繪示第4A圖至第4D圖之沿I-I’線段的剖面圖。
第6圖繪示本發明一實施例之顯示器的剖面圖。
110‧‧‧基板
120‧‧‧遮光層
130‧‧‧主動層
140‧‧‧閘絕緣層
150‧‧‧閘極
160‧‧‧絕緣保護層
170‧‧‧源極
180‧‧‧汲極
S‧‧‧薄膜電晶體

Claims (18)

  1. 一種薄膜電晶體基板，包括：一基板；複數薄膜電晶體，設置於該基板上，其中，各該薄膜電晶體係包含：一遮光層，位於該基板上；一主動層，位於該遮光層上；一閘絕緣層，位於該基板上並覆蓋該主動層；一閘極，位於該閘絕緣層上，並位於該主動層上方，其中該閘極具有一第一開口與一第二開口，該第一開口與該第二開口分別位於該主動層的一第一部分與一第二部分上方；一源極，位於該基板上並電性連接該主動層；以及一汲極，位於該基板上並電性連接該主動層，其中該源極與該汲極係進一步係分別通過該第一開口與該第二開口而連接至該主動層的該第一部分與該第二部分，其中該源極與該汲極分別完全遮蔽該第一部分與該第二部分，且其中該源極、該汲極、與該閘極之位於該主動層上的部份係構成一上遮光結構，且當由該薄膜電晶體基板的上方觀看該上遮光結構時，該上遮光結構係遮蔽該主動層，以避免由該薄膜電晶體基板的上方射入的光線照射到該主動層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其中該主動層係為銦鎵鋅氧化物。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之薄膜電晶體基板，其中該主動層的最大寬度係小於該遮光層的最大寬度約1μm~6μm。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其中該遮光層的材質包括金屬材料、或是不透明的高分子材料。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，更包括：一絕緣保護層，配置於該閘絕緣層上，並覆蓋該閘極，一第一通孔與一第二通孔係分別貫穿該絕緣保護層與該閘絕緣層之相對該源極與該汲極位置處，其中該源極與該汲極位於該絕緣保護層上並經由該第一通孔與該第二通孔而電性連接至該主動層。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，更包括：一擴散阻障層，位於該遮光層與該主動層之間，以隔開該遮光層與該主動層。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之薄膜電晶體基板，其中該遮光層的材質為一導電材料以作為一底閘極，並與該閘極共用該主動層。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板，其中，該第一開口係大於該第一通孔，且其該第一開口之邊緣與該第一通孔之邊緣係差距3μm以內。
  9. 一種薄膜電晶體基板的製作方法，包括： 提供一基板；於該基板上形成一遮光層；於該遮光層上形成一主動層，該主動層的至少部分邊緣係相對於該遮光層的至少部分邊緣向內退縮約0.5微米至3微米之間；於該基板上形成一覆蓋該主動層的閘絕緣層；於該閘絕緣層上形成一閘極，該閘極位於該主動層上方，其中該閘極具有一第一開口與一第二開口，該第一開口與該第二開口分別位於該主動層的一第一部分與一第二部分上方；以及於該基板上形成電性連接該主動層的一源極與一汲極，其中該源極與該汲極係進一步係分別通過該第一開口與該第二開口而連接至該主動層的該第一部分與該第二部分，其中該源極與該汲極分別完全遮蔽該第一部分與該第二部分，且其中該源極、該汲極、與該閘極之位於該主動層上的部份係構成一上遮光結構，且當由該薄膜電晶體基板的上方觀看該上遮光結構時，該上遮光結構係遮蔽該主動層，以避免由該薄膜電晶體基板的上方射入的光線照射到該主動層。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之薄膜電晶體基板的製作方法，其中形成該遮光層與該主動層的步驟包括：於該基板上形成一遮光材料層；於該遮光材料層上形成一主動材料層；於該主動材料層上形成圖案化之一光阻層； 以該光阻層為蝕刻罩幕，對該遮光材料層與該主動材料層進行一蝕刻製程，以形成該遮光層與該主動層，並使該主動層之最大寬度小於該遮光層之最大寬度約1微米至6微米之間；以及移除該光阻層。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之薄膜電晶體基板的製作方法，其中該蝕刻製程包括：對該主動材料層進行濕式蝕刻；以及對該遮光材料層進行乾式或濕式蝕刻。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之薄膜電晶體基板的製作方法，其中形成該遮光層與該主動層的步驟包括：於該基板上形成一遮光材料層；於該遮光材料層上形成一主動材料層；於該主動材料層上形成一光阻材料層；利用一半調式光罩對該光阻材料層進行一微影製程，以圖案化該光阻材料層而形成具一圖案化之光阻層，該光阻層具有厚度相對較薄的一外圍部分；以該光阻層為蝕刻罩幕，對該遮光材料層與該主動材料層進行一蝕刻製程，以形成具相同寬度之該遮光層與該主動層；移除該光阻層的該外圍部分，以露出該主動層的一外圍部分；以該光阻層為蝕刻罩幕，再移除該主動層的該外圍部分，以使使該主動層之最大寬度小於該遮光層之最大寬度 約0.5微米至3微米之間；以及移除該光阻層。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之薄膜電晶體基板的製作方法，其中該蝕刻製程包括：對該主動材料層進行濕式蝕刻；以及對該遮光材料層進行濕式蝕刻。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之薄膜電晶體基板的製作方法，更包括：在形成該主動層之前，於該基板上形成一覆蓋該遮光層的擴散阻障層，且該主動層係形成於該擴散阻障層上。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之薄膜電晶體基板的製作方法，更包括：在該閘絕緣層上形成一覆蓋該閘極的絕緣保護層，其中該源極與該汲極係形成於該絕緣保護層上並貫穿該絕緣保護層與該閘絕緣層以連接該主動層。
  16. 一種顯示器，包括：一如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體基板；一基板，與該薄膜電晶體基板相對設置；以及一顯示介質，形成於該薄膜電晶體基板與該基板之間。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之顯示器，其中該顯示介質係為一液晶層、或是一有機發光層。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之顯示器，更包括：一背光模組，該薄膜電晶體基板、該基板、與該顯示介質係配置於該背光模組上。
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