TWI298545B - Method for fabricating a thin film transistor - Google Patents

Description

1298545 " 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 ' 本發明提供一種薄膜電晶體的製作方法，尤指一種利用剝離製 ， 程以製作薄膜電晶體的方法。 【先前技術】 隨著科技發展，平面顯示器已普遍應用於各種資訊產品中，其 籲中尤以薄膜電晶體(thin film transistor, TFT)液晶顯示器(TFT-LCD) 的發展最為成熟’因其具有外型輕薄、耗電量少以及無輕射污染 等特性，所以被廣泛地應用在筆記型電腦(n〇teb〇〇k)、個人數位助 理(PDA)等攜帶式資訊產品上，甚至已逐漸取代傳統陰極射線管顯 示器。TFT-LCD主要是利用成陣列狀排列的薄膜電晶體，配合適 當的電容、連接墊等電子元件來驅動液晶像素，以產生豐富亮麗 的影像，因此薄膜電晶體為TFT_LCD顯示品質的件之一。 薄膜電晶體包含有-閘極電極、一源極、—沒極以及用來形成 電晶體通道辭導體層。-般習知薄職晶體陣列的製程共需進 行五次微影餘，脚制五道鮮岐義㈣縣㈣等元件 之圖案。然而’由於光罩成本影響顯示面板製程成本甚矩因此 為了降低製程絲’目義和姆程已研究使用包含有半透型 光罩的四道光罩來完成薄膜電晶體陣列的製作。 請參考第1圖至第4圖，第1圖至第4圖為習知使用四道光軍 !298545 製作薄膜電晶體的製程示意圖。如第1圖所示，首先於透明基板 表面上依序形成一第一導電層與一光阻層，然後進行一第一微 影暨蝕刻(photolithography-etchingprocess)製程，以形成一閘極電 極12以及一導線圖案14。 接著如第2圖所示，於透明基板10表面依序形成一絕緣層16、 半導體層18、一歐姆接觸層20、一第二導電層22以及一光阻 _層24。然後如第3圖所示，使用一半透型光罩(half_t〇ne麵购， 進行-第二微影齡n半透型光罩26的半透輯應於閉極 電極12上的預定通道圖案處，以圖案化光阻層24。 請參考第4 ’接著利用圖案化的光阻層24當作姓刻遮罩， 斜透明基板H)依序進行-濕式触刻與一乾式侧，移除部分半導 體層、歐姆接觸層20以及第二導電層22，以形成半導體島^、 鲁源極28姐極3〇。最後再進行數道沉積製程與第三及第四微影及 ^製程，而於透明基板10上形成—保護層以及電連接於沒極的 ^極，以完成各像素或各次像素中的薄膜電晶體與像素電極 物屬_製程中 =通道圖案，由於通道_的尺寸極為精密，因此啤透= 出通道圖辦舰罩蝴騎精細，纖=義 1298545 m 為一般光罩成本的兩倍左右，因此製程成本極高。此外，一旦在 利用半透型光罩進行第二微影暨蝕刻製程時，若發生通道圖案的 • 圖案轉移瑕疵，則會嚴重影響薄膜電晶體的電性並且難以修補。 ’ 再者，習知製程所製作出的薄膜電晶體其源極與汲極電極圖案下 層都包覆有半導體層’又由於半導體層多為光敏感性質的非晶矽 材料所製成’所以容易誘發光漏電流(photo current)，進而影響到 薄膜電晶體的電性表現。 為改善上述光漏電流缺點，由Wang等人所提出的美國專利第 6,998,640號專利另揭露一種製作具有内島狀(island_in)結構之薄膜 電晶體的方法。請參考第5圖，該專利教導依序於透明基板2〇〇 表面形成一第一導電層210、一絕緣層220、一半導體層230、一 歐姆接觸層240以及一光阻層241。然後進行一微影暨蝕刻製程以 圖案化该等薄膜層。接著如第6圖所示，進行—化學氣相沉積 ⑩（chemical vapor deposition，CVD)製程，於透明基板上全面形成 一絕緣層覆蓋於透明基板200表面形成保護層25〇b，以及覆蓋於 光阻層241表面形成保護層250a。最後如第7圖所示，進行一光 阻層24i的剝離製程眺off proeess)，朗時移除保護層2伽，以 完成半導體島之製作。之後，便可繼續於半導體島表面製作源極、 汲極等元件而完成薄膜電晶體結構。 然而’由於-般光阻材料在5〇〇c時就會有光阻溶劑揮發的情 -形產生’而當溫度到達13〇。(：時，光阻材料即會產生裂解。再者月， 1298545 ‘在彻g等人所教導的製程中，形成於光阻層241上的保護層施 係以CVD製程所製作，而—般⑽製程的溫度皆大於2就， •因此具有光阻層24i的透明基板200在進入㈣反應室形成保護 ，•層250a、250b時’會發生裂解現象而污染CVD反應室。所以， -Wang#人之專利在實際製財具林可實施之問題，4所教導方 法亦無法提供業界研發或量產顯示面板之使用。 φ 纟上述可知#何以較低成本且可具體實施的製程來製作薄膜 電晶體’又能有效避絲漏電流關題，⑽料亟待解決的問 題0 【發明内容】 因此本發明之主要目的在於提供—翻關轉程以及含金 屬之犧牲層製作薄膜電晶體的製作方法，以解決上述習知薄膜電 籲晶體製程局成本以及容易發生光漏電流的問題。 根據本發明之㈣專利範圍，係揭露—種製造薄膜電晶體之方 法。首先於-基板表面連續形成四薄膜層，其中該四薄膜層由下 至上依序為—第一導電層、―第—絕緣層、-半導體層以及-含 金屬之犧牲層。接著進行-_製程，關時_化該四薄膜層， 並使該第-導電層形成一閉極電極。然後於基板表面以及含金屬 =牲層表面形成—第二絕緣層，對含金屬之犧牲層進行一剝離 製程’以同時移除含金屬之犧牲層以及位於含金屬之犧牲層上之 1298545 '第二絕緣層。再於基板表面形成一第二導電層，覆蓋於半導體層 表面’最後圖案化第二導電層，以於半導體層之上分別形成一源 - 極與一没極。

«I 由於本發明方法係同時蝕刻第一導電層、第一絕緣層、半導體 層以及含金屬之犧牲層，在大部分資料電極(dataline)下層無半導 體層的存在，能有效避免光漏電流的產生，進而提高薄膜電晶體 •的品質。再者，本發明於半導體層上先形成一含金屬之犧牲層， 再利用對含金屬之犧牲層之剝離製程而同時移除第二絕緣層的方 法，可以減少光罩之使用，能有效降低製程成本。 【實施方式】 明參考第8圖至第14圖，第8圖至第14圖為本發明製作一薄 膜電晶體的製程示意圖。為便於說明，第8圖至第14圖僅顯示一 ⑩薄膜電晶體之製程。如第8圖所示，首先提供一透明基板5〇，其 中透明基板50可為玻璃基板、石英基板或塑膠基板。接著，於透 明基板50表面連續形成四薄膜層62，包含一第一導電層52、一 第一絕緣層54 ' —半導體層56以及一含金屬之犧牲層60。第一 V電層2之材料可包含銘、錮(molybdenum，Mo)、鉻(chromium， Cr)鶴、麵(tantaium ’邱、銅或是上述金屬之一合金。第一絕緣 層54可為一氮化矽層或一氧化矽層，半導體層56可為一非晶矽 或微晶砍層’而為了改善半導體層56與之後形成的源極、汲極間 •的電性連接，可選擇性在形成金屬犧牲層60之前，先於半導體層

V 1298545 56表面形成- N+摻雜層作為歐姆接觸層％，如第8圖所示。此 外，含金屬之犧牲層60可為一單一層，其材料包含有銷、錄 - (nickel，Ni)或鉻。 接著請參考第9圖，使用一半透型光罩66而進行一第一微影 暨侧製程’以於光阻層64定義出一半導體島圖案W以及一導 線圖案64b’其中’半透型光罩66的半透區6如係對應於導線圖 籲案64b。接著利用圖案化的光阻層64作為钱刻遮罩，對四薄膜層 62進行侧，以使半導體層56形成一半導體島57，並使第一導 電層形成-閘《極68與-導線結構7〇，如第1〇圖所示。其中， 導線結構70可作驗晶顯示面板的掃描_導線結構，亦可與其 他元件結合當作電容使用。 ^ 然後，請參考第11 ®，移除光阻層64，再進行一 CVD製程， 馨於透明基板50表面沉積-第二絕緣層，其中形成於含金屬之犧牲 層60上方的第二絕緣層以標號72a表示，而形成於透明基板5〇 表面的第二絕緣層以標號72b表示。值得注意的是，由於之後要 對含金屬之犧牲層6G進行i離製程，因此，為了保護閘㈣極 68 ’第二絕緣層72b必須完全覆蓋間極電極08之侧壁，以保護閉 極電極68。接著，對含金屬之犧牲層6〇進行一剝離製程，舉例而 言，若含金屬之犧牲層60之材料為鋇，則_製程可使用一誠 作為剝離劑，例如雜、俩及醋酸’以藉由剝離製程同時移除 含金屬之犧牲層60以及設於其上的第二絕緣層瓜，如第12圖所 1298545 示。 • 接著凊參考第13圖，於透明基板50表面沉積一第二導電層與 • 一光阻層（圖未示），然後進行一第二微影暨蝕刻製程，以於第二 導電層上定義出源極74a、汲極74b以及薄膜電晶體的通道圖案。 ▼移除光阻層後，可利用源極74a與汲極74b當作蝕刻遮罩，對 歐姆接觸層58進行蝕刻直至半導體層56表面，以完成薄膜電晶 #體82的製作。 請參考第14圖，然後於透明基板50表面形成一第三絕緣層76 作為保遵層’接著進行一第三微影暨触刻製程，以於汲極74b上 的第三絕緣層76處形成一接觸洞78。接著，再於透明基板50表 面形成一透明導電層（圖未示），使透明導電層透過接觸洞78電 連接於沒極74b，然後進行一第四微影暨蝕刻製程，以於透明基板 馨5〇表面形成像素電極8〇。 值得注意的是，本發明含金屬之犧牲層並不限於上述實施例所 敘述的材料或結構。在本發明其他實施例中，含金屬之犧牲層亦 可為一複合層，且由不同之金屬材料所構成。含金屬之犧牲層包 含金屬氧化膜，例如··銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)、銦鋅 氧化物(Indium Zinc Oxide，IZO)、紹鋅氧化物(八11111111111111^1«; Oxide，AZO)、鎵辞氧化物(Gallium Zinc Oxide，GZO)等。 11 1298545 請參考第15圖’第15圖為本發明另—實施例令製作薄膜電晶 體的製程示意圖。在此實施例中，可於透明基板5〇表面連續形成 .四薄膜層62 ’或連續形成第_導電層52、第一絕緣層％、半導體 ，·層％、歐姆接觸曾58以及含金屬之犧牲層6〇，其中，含金屬之 牲層6〇可為一複合層’包含有一底犧牲層0〇a與—頂犧牲層G此 設於該底犧牲層6Ga之上’其中底犧牲層之材料包含有欽、 鉬、鉻、錄或鎢’而頂犧牲層60b之材料包含有紹。之後，如本 鲁發明第一實施例所述，進行第一微影暨侧製程，定義出間極結 構後’於透明基板50表面沉積-第二絕緣層(圖未示），並利用一 剝離製程’ _移除底犧牲層60a'頂犧牲層_以及第二絕緣層， 便可繼續進行薄膜電晶體之製作。 相較於習知技術，本發明製作薄膜電晶體係於半導體層上先形 成含金屬之犧牲層，再利用對含金屬之犧牲層之剝離製程而同 φ時移除第二絕緣層的方法，可以減少光罩之使用，能有效降低製 程成本’且能提供大部分資料電極(dataline)下層無半導體層存在 的名口構，此有效避免產生光漏電流，而使薄膜電晶體具有較穩定 的品質。此外，由於本發明半透型光罩的半透區係用來定義導線 圖案，因此所使用的半透型光罩不需像習知技術以半透區定義通 道圖案時驗精密。再者，即使以半透區定祕線随時發生圖 案轉移瑕疵，對整體面板的影響也較小，所以本發明方法可大幅 降低光罩成本和提高薄膜電晶體品質，進而提供較佳品質之液晶 顯示面板。此外’本發明製作薄膜電晶體的方法並不限應用於液 '1298545 晶顯示面板，凡是具有薄膜電晶體之顯示面板或裝置（例如有機 *、頁示面板）皆可應用本發明精神，以較少次數之微影製程輿_低 成本製作出具有良好品質的薄膜電晶體陣列。 一 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍 所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】 第1圖至第4圖為習知使用四道光罩製作薄膜電晶體的製程示咅 第5圖至第7圖為美國專利第6,998,640號專利所揭露的薄膜雷曰 體製程示意圖。 、电日日

第8圖至第η圖為本發明製作一薄膜電晶體的製程示意圖。 第15圖為本發明製作一薄膜電晶體的製程示意圖之另一實施 示意圖。 【主要元件符號說明】 10 透明基板 12 閘極電極 14 導線圖案 16 絕緣層 18 半導體層 20 歐姆接觸層 22 第二導電層 24 光阻層 26 半透型光罩 28 源極 30 >及極 32 半導體島 例的 13 1298545 50 透明基板 54 第一絕緣層 57 半導體島 ，60 含金屬之犧牲層 • 60b 頂犧牲層 64 光阻層 64b 導線圖案 _ 66a 半透區 70 導線結構 74a 源極 76 第三絕緣層 80 像素電極 200 透明基板 220 絕緣層 φ 240 歐姆接觸層 250a保護層 52 第一導電層 56 半導體層 58 歐姆接觸層 60a 底犧牲層 62 四薄膜層 64a 半導體島圖案 66 半透型光罩 68 閘極電極 72a、72b 第二介電層 74b 汲極 78 接觸洞 82 薄膜電晶體 210 第一導電層 230 半導體層 241 光阻層 250b保護層 14

Claims (1)

1. /98545 十、申請專利範園·· L =種製造薄膜電晶體之方法，其包含有· 於板表面連續形成四薄臈層，該四薄膜層由下至上依序為 帛導電層、—第—絕緣層、-半導體層以及-含金屬 之犧牲層； 、行餘刻敦私，以同時圖案化該四薄膜層，並使該第一導電 層形成一閘極電極； 於該基板表面以及該含金屬之犧牲層表轉成—第二絕緣層； 對該含金屬之犧牲層進行一剝離製程卿〇ffpr〇cess)，以同時移 除該含金屬之犧牲層以及位於該含金屬之犧牲層上之該第 二絕緣層； 於該基板表面形成一第二導電層，覆蓋於該半導體層之上；以 及 圖案化該第二導電層，以於該半導體層之上分別形成一源極與 • —沒極。 2. 如申請專利範圍第！項所述之方法，其中該方法另包含在形成 該含金屬之齡層之前先形成—歐姆細(Ghmie咖㈣層設 於該半導體層與該含金屬之犧牲層之間，且該歐姆接觸層曰及^ 四薄膜層係連續形成於該基板上。 ^ 3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該方法在圖案化該第 " 一導電層後’另包含有圖案化該歐姆接觸層。 15 1298545 4·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二絕緣層係完全 覆蓋該閘極電極之側壁。 5·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該含金屬之犧牲層係 為一單一層，其材料包含有翻(molybdenum，Mo)、鎳(nickel， Ni)或鉻(Chromium，Cr)。 6·如申請專利範圍第5項所述之方法，其中當該含金屬之犧牲層 之材料為鉬時，該剥離製程係使用一鋁酸作為剝離劑。 7·如申请專利範圍第6項所述之方法，其中該鋁酸包含有磷酸、 硝酸及醋酸。 • 8·如申睛專利範圍第i項所述之方法，其中該含金屬之犧牲層係 為-複合層’其包含有一底犧牲層與一頂犧牲層設於該底犧牲 層上。 •如申清專概圍第8項所述之方法，其巾該底犧牲層之材料包 含有鈦、鉬、鉻、鎳或鎢。 H她，細娜卿 犧牲層之材料包 16 1298545 η·如申請專利範圍第1項所述之方法 一化學氣相沉積製程所形成。 ’其中該第 二絕緣層係利用 、’其中該蝕刻製程另於該基 而轉線結構包含有該第一 ，12·如申叫專利範圍第1項所述之方法， 板上之一導線區形成一導線結構，而 導電層。 參13·如申請專利範圍第12項所述之方法 其中該方法係利用一半 透型光罩(half_tGne mask)定義出刻_極與該導線結構之圖 案，再進行該蝕刻製程。 14·如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該半透型光罩之半 透區係對應於該導線結構。 15·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該含金屬之犧牲層之 材料包含有銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)、銦辞氧化物 (Indium Zinc Oxide，IZO)、銘辞氧化物(Aluminum Zinc Oxide， AZO)或蘇鋅氧化物(Gallium Zinc Oxide，GZO)。 十一、圖式： 17