TWI708393B - 薄膜電晶體裝置及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種薄膜電晶體裝置，包括基板、源極、汲極、材料層、遮光層以及閘極。源極以及汲極位於基板上。材料層位於源極以及汲極上。材料層包括圖案化的半導體層以及圖案化的絕緣層。圖案化的半導體層接觸源極以及汲極。圖案化的絕緣層位於圖案化的半導體層周圍。遮光層位於圖案化的半導體層上。遮光層與圖案化的半導體層具有相同的圖案。閘極位於遮光層上。
Description
本發明是有關於一種薄膜電晶體，且特別是有關於一種包括圖案化的半導體層的薄膜電晶體裝置及其製造方法。
目前，薄膜電晶體元件已被廣泛地運用於顯示器領域中。為了使顯示器能夠有輕以及薄等優點，薄膜電晶體之尺寸越來越小。因此，為了製造尺寸較小的薄膜電晶體，薄膜電晶體的製造過程常包括微影蝕刻製程。
一般而言，薄膜電晶體的半導體層會藉由微影蝕刻製程進行來圖案化。在圖案化半導體層之後，會以去光阻液移除光阻。然而，在以去光阻液移除光阻時，時常會使半導體層受到損傷，尤其是當半導體層包括有機材料時，有機半導體層與去光阻液接觸的部分容易受到損傷。
本發明的一實施例提供一種薄膜電晶體，能避免圖案化
的半導體層被去光阻液(stripper)損傷。
本發明的一實施例提供一種薄膜電晶體的製造方法，能避免圖案化的半導體層被去光阻液損傷。
本發明的一實施例提供一種薄膜電晶體裝置。薄膜電晶體裝置包括基板、源極、汲極、材料層、遮光層以及閘極。源極以及汲極位於基板上。材料層位於源極以及汲極上。材料層包括圖案化的半導體層以及圖案化的絕緣層。圖案化的半導體層接觸源極以及汲極。圖案化的絕緣層位於圖案化的半導體層周圍。遮光層位於圖案化的半導體層上。遮光層與圖案化的半導體層具有相同的圖案。閘極位於遮光層上。
在本發明的一實施例提供一種薄膜電晶體裝置，包括以下步驟。形成源極以及汲極於基板上。形成半導體層於源極以及汲極上。形成一遮光材料層於半導體層上。形成圖案化的光阻層於遮光材料層上。以圖案化的光阻層為罩幕圖案化遮光材料層，以形成遮光層。移除圖案化的光阻層。以遮光層為罩幕，執行紫外光製程，以於半導體層中形成圖案化的半導體層以及位於圖案化的半導體層周圍的圖案化的絕緣層，其中圖案化的半導體層接觸源極以及汲極，且遮光層與圖案化的半導體層具有相同的圖案。形成閘極於遮光層上。
10:薄膜電晶體裝置
100:基板
110:緩衝層
120:轉接電極
132:源極
134:汲極
140:半導體層
140’:材料層
142:圖案化的半導體層
142a:一半導體層
142b:第二半導體層
144:圖案化的絕緣層
150:第一閘絕緣層
160:濺鍍阻擋層
170:遮光材料層
170’:遮光層
172:第一遮蔽層
174:第二遮蔽層
180:第二閘絕緣層
192:閘極
194:電容電極
200:保護層
210:導電層
DL:資料線
H1、H2、H3、H4:開口
PR:圖案化的光阻層
PR1:第一光阻圖案
PR2:第二光阻圖案
SL:掃描線
T:薄膜電晶體
UV:紫外光製程
圖1A至圖9A是依照本發明的一實施例的一種薄膜電晶體裝置的製造方法的上視示意圖。
圖1B至圖9B分別是圖1A至圖9A中線aa’以及線bb’的剖面示意圖。
圖1A至圖9A是依照本發明的一實施例的一種薄膜電晶體裝置的製造方法的上視示意圖。圖1B至圖9B分別是圖1A至圖10A中線aa’以及線bb’的剖面示意圖。為了方便說明，圖1A至圖9A省略繪示了圖1B至圖9B的部分構件。
請參考圖1A與圖1B，提供基板100。基板100的材質包括玻璃、石英、有機聚合物、或是不透光/反射材料(例如：導電材料、金屬、晶圓、陶瓷或其它可適用的材料)或是其它可適用的材料。若使用導電材料或金屬時，則在基板100上覆蓋一層絕緣層(未繪示)，以避免短路問題。
選擇性地形成緩衝層110於基板100上，緩衝層110例如包括阻水阻氣層，且可以為單層或多層結構。緩衝層110的材質例如可包括氧化矽、氮化矽或以上材料的組合。
選擇性地形成轉接電極120於緩衝層110上。轉接電極120的材質例如可包括抗氧化之材料，例如包括金屬(例如鈦、鉬、鎢、金、鉑、鉻、鎳、鈀、鈷之其中至少一者、上述材料之複合層、或上述材料之合金)或金屬氧化物材料(例如銦錫氧化物、
銦鋅氧化物、摻氟之氧化銦)或金屬氮化物導電材料(例如氮化鈦或氮化鉬)或上述材料之組合。
請參考圖2A與圖2B，形成源極132以及汲極134於基板100上。在本實施例中，同時形成資料線DL、源極132以及汲極134於基板100上，其中資料線DL、源極132以及汲極134屬於同一膜層。在本實施例中，形成資料線DL、源極132以及汲極134於緩衝層110上，其中資料線DL連接源極132，且汲極134覆蓋部分轉接電極120。
資料線DL、源極132以及汲極134可以為單層或多層結構。基於導電性的考量，資料線DL、源極132以及汲極134一般是使用金屬材料，但本發明不以此為限。在其他實施例中，資料線DL、源極132以及汲極134可以使用銀或非銀的導電材料。例如：合金、金屬材料的氮化物、金屬材料的氧化物、金屬材料的氮氧化物或其它合適的材料或是金屬材料與其它導電材料的堆疊層。
請參考圖3A和圖3B，形成半導體層140於源極132以及汲極134上。在本實施例中，形成半導體層140於資料線DL、源極132、汲極134、轉接電極120以及緩衝層110上。半導體層140包覆資料線DL、源極132、汲極134以及轉接電極120。
在本實施例中，半導體層140為有機光敏材料(photosensitive organic material)，且材質包括多環芳族烴隨機共聚物(例如苯并硫屬元素雜環戊烯并苯并硫屬元素雜環戊烯單
體單元、茀單體單元或三芳基胺單體單元)、聚乙炔、聚對苯二甲醯及其衍生物、聚苯二甲醯及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚苯硫酚及其衍生物、聚呋喃及其衍生物、聚苯胺及其衍生物或其他合適材料或以上材料的組合。
在一些實施例中，半導體層140包括以下列化合物中的至少一者：2,7-二溴[1]苯并噻吩并[3,2-b][1]苯并噻吩、2,7-雙[(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧雜環戊硼烷-2-基)]-9,9-二-正辛基茀以及2-(4-(二苯基胺基)苯基)-2-甲基丙腈。
形成遮光材料層170於半導體層140上。在本實施例中，於形成遮光材料層170之前，選擇性地形成第一閘絕緣層150於半導體層140上，且選擇性地形成濺鍍阻擋層160於第一閘絕緣層150上。遮光材料層170形成於濺鍍阻擋層160上。換句話說，在本實施例中，連續沉積半導體層140、第一閘絕緣層150以及濺鍍阻擋層160，且濺鍍阻擋層160位於第一閘絕緣層150與遮光材料層170之間。
遮光材料層170例如為單層或多層結構，且為導電材料，舉例來說，遮光材料層170的材質包括鉬、鋁、銅、鈦、銀、金或以上材料的組合，在一些實施例中，遮光材料層170的材質包括合金、金屬材料的氮化物、金屬材料的氧化物、金屬材料的氮氧化物或其它合適的材料或是金屬材料與其它導電材料的堆疊層。
在本實施例中，形成遮光材料層170的方法包括濺鍍，
濺鍍阻擋層160適用於保護第一閘絕緣層150不在形成遮光材料層170受到損害。濺鍍阻擋層160例如選用濺鍍時較第一閘絕緣層150耐金屬離子轟擊的材質，藉此增加金屬接著性並減少後續加工處理程序時產生內應力。在一些實施例中，濺鍍阻擋層160以及第一閘絕緣層150的材質包括有機材料。在一些實施例中，濺鍍阻擋層160的材質包括極性重複單元(如二氟亞乙烯或氟乙烯或其他合適材料或以上材料的組合)及非極性重複單元(如全氟伸烷基單元或其他合適材料或以上材料的組合)。第一閘絕緣層150的材質包括含氟聚合物(如CytopTM系列之含氟聚合物、Teflon AFTM系列之含氟聚合物或以上材料的組合)或其他合適材料。
形成圖案化的光阻層PR於遮光材料層170上。圖案化的光阻層PR例如包括第一光阻圖案PR1以及第二光阻圖案PR2。第一光阻圖案PR1重疊於資料線DL、源極132、汲極134以及部分轉接電極120。第二光阻圖案PR2分離於第一光阻圖案PR1。
請參考圖4A和圖4B，其中圖4A省略繪出以第一閘絕緣層150以及濺鍍阻擋層160。
以圖案化的光阻層PR為罩幕圖案化遮光材料層170，以形成遮光層170’。遮光層170’包括重疊於第一光阻圖案PR1的第一遮蔽層172以及重疊於第二光阻圖案PR2的第二遮蔽層174。
請參考圖5A和圖5B，移除圖案化的光阻層PR。在本實施例中，例如以去光阻液(Stripper)移除圖案化的光阻層PR。去光阻液例如包括丙二醇甲基醚醋酸酯(Propylene Glycol Methyl
Ether Acetate,PGMEA)或其他合適的材料。
以遮光層170’為罩幕，執行紫外光製程UV，以於半導體層140中形成圖案化的半導體層142以及位於圖案化的半導體層142周圍的圖案化的絕緣層144。換句話說，執行紫外光製程UV，以形成包括圖案化的半導體層142以及圖案化的絕緣層144的材料層140’。在本實施例中，半導體層140會吸收紫外光，並使半導體層140化學結構鍵結改變並導致載子難以傳輸，因此，照射到紫外光的區域由半導體轉變成絕緣體。在本實施例中，紫外光製程UV使用波長為10奈米至365奈米的紫外光。
遮光層170’與圖案化的半導體層142具有相同的圖案。遮光層170’包括重疊於第一半導體層142a的第一遮蔽層172以及重疊於第二半導體層142b的第二遮蔽層174。第一半導體層142a分離於第二半導體層142b。
圖案化的半導體層142接觸源極132以及汲極134。在本實施例中，第一半導體層142a重疊於資料線DL、源極132以及汲極134，且第一半導體層142a接觸資料線DL、源極132以及汲極134。
在本實施例中，由於並未對半導體層140進行蝕刻，因此，移除圖案化的光阻層PR時所使用的去光阻液不會損傷半導體層140中對應圖案化的半導體層142的部分。在本實施例中，由於第一閘絕緣層150(圖5A省略繪出)以及濺鍍阻擋層160(圖5A省略繪出)覆蓋半導體層140，因此，可進一步避免圖案化的
半導體層142在移除光阻層PR時受到損傷。
請參考圖6A和圖6B，形成第二閘絕緣層180(圖6A省略繪出)於遮光層170’上。形成開口H1以及開口H2，其中開口H1貫穿第二閘絕緣層180、濺鍍阻擋層160、第一閘絕緣層150以及圖案化的絕緣層144，開口H2貫穿第二閘絕緣層180。
請參考圖7A和圖7B，形成閘極192於遮光層170’上。在本實施例中，閘極192形成於第二閘絕緣層180上。閘極192重疊於第一半導體層142a以及第一遮蔽層172。形成連接閘極192的掃描線SL。形成重疊於第二半導體層142b以及第二遮蔽層174的電容電極194。在本實施例中，同時形成掃描線SL、閘極192以及電容電極194，且掃描線SL、閘極192以及電容電極194屬於同一膜層。
至此，薄膜電晶體T大致完成。薄膜電晶體T包含閘極192、第一半導體層142a、源極132以及汲極134。
在本實施例中，閘極192在圖案化的半導體層142的一通道寬度W的方向上突出圖案化的半導體層142。藉此，能提升薄膜電晶體T的性能。
掃描線SL、閘極192以及電容電極194可以為單層或多層結構。基於導電性的考量，掃描線SL、閘極192以及電容電極194一般是使用金屬材料，但本發明不以此為限。在其他實施例中，掃描線SL、閘極192以及電容電極194也可以使用其他導電材料。例如：合金、金屬材料的氮化物、金屬材料的氧化物、金
屬材料的氮氧化物或其它合適的材料或是金屬材料與其它導電材料的堆疊層。
在本實施例中，位於開口區上下兩側的閘極192以及電容電極194分別連接至不同條掃描線SL，但本發明不以此為限。閘極192以及電容電極194的連接方式可以依照實際需求而進行調整。
請參考圖8A和圖8B，形成保護層200(圖8A省略繪出)於掃描線SL、閘極192以及電容電極194上。並於保護層200中形成開口H3以及開口H4，其中開口H3貫穿保護層200、第二閘絕緣層180、濺鍍阻擋層160、第一閘絕緣層150以及圖案化的絕緣層144，開口H4貫穿保護層200以及第二閘絕緣層180。
請參考圖9A和圖9B，形成導電層210於保護層200上，。導電層210電性連接汲極134以及第二遮蔽層174。在本實施例中，導電層210透過開口H3而電性連接至汲極134，且導電層210透過開口H4而電性連接至第二遮蔽層174。
在本實施例中，導電層210的材質可包括透明導電材料，其例如是銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物、銦鎵鋅氧化物、或是上述至少二者之堆疊層。
薄膜電晶體裝置10包括基板100、源極132、汲極134、材料層140’、遮光層170’以及閘極192。源極132以及汲極134位於基板100上。材料層140’位於源極132以及汲極134上。材料層140’包括圖案化的半導體層142以及圖案化的絕緣層144。
圖案化的半導體層142接觸源極132以及汲極134。圖案化的絕緣層144位於圖案化的半導體層142周圍。遮光層170’位於圖案化的半導體層142上。遮光層170’與圖案化的半導體層142具有相同的圖案。閘極192位於遮光層170’上。
在本實施例中，薄膜電晶體裝置10還包括資料線DL、掃描線SL、第一閘絕緣層150、濺鍍阻擋層160、第二閘絕緣層180、電容電極194、保護層200以及導電層210。第一閘絕緣層150覆蓋材料層140’，且位於材料層140’與遮光層170’之間。第二閘絕緣層180位於遮光層170’以及閘極192之間。濺鍍阻擋層160位於第一閘絕緣層150與遮光層170’之間。
綜上所述，在本發明的實施例中，並未對半導體層進行蝕刻，因此，移除圖案化的光阻層時所時用的去光阻液不會損傷圖案化的半導體層。在本實施例中，由於第一閘絕緣層以及濺鍍阻擋層覆蓋材料層，因此，可進一步避免圖案化的半導體層在移除光阻層時受到損傷。
10:薄膜電晶體裝置
100:基板
110:緩衝層
120:轉接電極
132:源極
134:汲極
140’:材料層
142:圖案化的半導體層
142a:一半導體層
142b:第二半導體層
144:圖案化的絕緣層
150:第一閘絕緣層
160:濺鍍阻擋層
170’:遮光層
172:第一遮蔽層
174:第二遮蔽層
180:第二閘絕緣層
192:閘極
194:電容電極
200:保護層
210:導電層
H3、H4:開口
T:薄膜電晶體
Claims (12)
- 一種薄膜電晶體裝置，包括： 一基板； 一源極以及一汲極，位於該基板上； 一材料層，位於該源極以及該汲極上，且包括： 一圖案化的半導體層，接觸該源極以及該汲極；以及 一圖案化的絕緣層，位於該圖案化的半導體層周圍； 一遮光層，位於該圖案化的半導體層上，且該遮光層與該圖案化的半導體層具有相同的圖案；以及 一閘極，位於該遮光層上。
- 如申請專利範圍第1項所述的薄膜電晶體裝置，更包括： 一第一閘絕緣層，覆蓋該材料層，且位於該材料層與該遮光層之間，且該第一閘絕緣層覆蓋該材料層；以及 一第二閘絕緣層，位於該遮光層以及該閘極之間。
- 如申請專利範圍第2項所述的薄膜電晶體裝置，更包括： 一濺鍍阻擋層，位於該第一閘絕緣層與該遮光層之間，且該濺鍍阻擋層覆蓋該材料層。
- 如申請專利範圍第1項所述的薄膜電晶體裝置，其中該閘極在該圖案化的半導體層的一通道寬度的方向上突出該圖案化的半導體層。
- 如申請專利範圍第1項所述的薄膜電晶體裝置，更包括： 一資料線，連接該源極，其中該圖案化的半導體層包括重疊於該資料線、該源極以及該汲極的第一半導體層以及分離於該第一半導體層的一第二半導體層，且該遮光層包括重疊於該第一半導體層的一第一遮蔽層以及重疊於該第二半導體層的一第二遮蔽層； 一掃描線，連接該閘極； 一電容電極，重疊於該第二半導體層以及該第二遮蔽層，且該閘極重疊於該第一半導體層以及該第一遮蔽層； 一保護層，位於該掃描線、該閘極以及該電容電極上；以及 一導電層，位於該保護層上，且電性連接該汲極以及該第二遮蔽層。
- 如申請專利範圍第5項所述的薄膜電晶體裝置，其中該掃描線、該閘極以及該電容電極屬於相同膜層，且該資料線、該源極以及該汲極屬於相同膜層。
- 如申請專利範圍第1項所述的薄膜電晶體裝置，其中該遮光層的材質包括鉬、鋁、銅、鈦、銀、金或以上材料的組合。
- 如申請專利範圍第1項所述的薄膜電晶體裝置，其中該圖案化的半導體層的材質包括有機光敏材料。
- 如申請專利範圍第8項所述的薄膜電晶體裝置，其中該圖案化的半導體層的材質包括： 多環芳族烴隨機共聚物、聚乙炔、聚對苯二甲醯及其衍生物、聚苯二甲醯及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚苯硫酚及其衍生物、聚呋喃及其衍生物、聚苯胺及其衍生物或以上材料的組合。
- 一種薄膜電晶體裝置的製造方法，包括： 形成一源極以及一汲極於一基板上； 形成一半導體層於該源極以及該汲極上； 形成一遮光材料層於該半導體層上； 形成一圖案化的光阻層於該遮光材料層上； 以該圖案化的光阻層為罩幕圖案化該遮光材料層，以形成一遮光層； 移除該圖案化的光阻層； 以該遮光層為罩幕，執行一紫外光製程，以於該半導體層中形成一圖案化的半導體層以及位於該圖案化的半導體層周圍的一圖案化的絕緣層，其中該圖案化的半導體層接觸該源極以及該汲極，且該遮光層與該圖案化的半導體層具有相同的圖案；以及 形成一閘極於該遮光層上。
- 如申請專利範圍第10項所述的薄膜電晶體裝置的製造方法，更包括： 形成一第一閘絕緣層於該半導體層上； 形成一濺鍍阻擋層於該第一閘絕緣層上，且該遮光材料層形成於該濺鍍阻擋層上；以及 形成一第二閘絕緣層於該遮光層上，且閘極形成於該第二閘絕緣層上。
- 如申請專利範圍第10項所述的薄膜電晶體裝置的製造方法，其中該紫外光製程使用波長為10奈米至365奈米的紫外光。
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWI708393B true TWI708393B (zh) | 2020-10-21 |
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| TW108132902A TWI708393B (zh) | 2019-09-12 | 2019-09-12 | 薄膜電晶體裝置及其製造方法 |
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- 2019-09-12 TW TW108132902A patent/TWI708393B/zh active
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|---|---|
| TW202111953A (zh) | 2021-03-16 |
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