TW569466B - Method of manufacturing thin film transistor, and thin film transistor and liquid crystal display panel manufactured using such method - Google Patents

Description

569466 A7 厂 ______R7 五、發明説明（1 ) 發明背景 發明領域 本發明係關於一種製造薄膜電晶體（TFT)之方法，而更特 定而了係關於一種製造薄膜電晶體之改良方法，其適用於 例如作為元件使用於驅動液晶顯示器面板之像素電極中。 本發明係另關於利用此製造方法製造之薄膜電晶體及液晶 顯示器面板。 相關技藝說明 薄膜電晶體已被廣泛地使用在諸如液晶顯示器裝置之電 子裝置中。特別是在主動基質型（active-matrix type)之液晶 顯示器面板中，薄膜電晶體各具有一源極電極、一汲極電 極、一閘極電極及一通道區，其被作為元件使用，用於將 像素資料提供至像素電極。穿透型之主動基質液晶顯示器 面板包运其中有些是個別地將遮蔽膜提供於此等薄膜電晶 體（特別是其通道區），以防止來自於被配置在顯示器面板 背側之背光系統的光進入它們裡面。 以上類型之液晶顯示器面板中，例如，當一特定的薄膜 電晶體被控制在完全關閉狀態下時，若有來自該背光系統 的光進入此薄膜電晶體的通道區，則會因為光激發載子而 在沒極及源極之間可能產生漏電流。結果，對應之像素電 板之电位會改變’該電位導致顯示畫面品質的劣化。上述 之遮蔽膜能使此等進入薄膜電晶體之通道區的光維持在盡 可能的少，-以防止顯示畫面品質的劣化。 具有此等遮蔽膜之液晶顯示器面板可於例如美國專利第 -4 - 轉準(CNS) A4 规格(21ϋΧ297 公 f ' - 569466 A7 R7 五 、發明説明（2 ) 4,723,838 號及 5,691，782 號中得知。 揭示於美國專利第4,723,838號中之液晶顯示器面板包括 ，於顯示器面板之背側上與薄膜電晶體一致的遮蔽膜，該 等遮蔽膜各被提供在配置於基質中之個別像素電極。各此 等遮蔽膜係被使用在防止來自於背光系統的光進入對應薄 膜電晶體之通道（一半導體層）中。此等遮蔽膜傳統上是由 以下方法形成。 將一諸如金屬之遮光材料膜均勻地形成於一透明基板上 。然後使該遮光材料膜接受一圖案化製程，以將該等對應 欲形成薄膜電晶體之區域外之部分移除，其結果為可形成 許多的遮蔽膜。後續通常是將以Si〇2、氮化矽或類似物 製成之絕緣層及以例如ITO製成之透明導電層依序地形 在基板上，該等遮蔽膜是以上述方法形成於該基板上。 極電極、汲極電極及像素電極整個與汲極電極，與以上 透明導電層是以一圖案製程個別形成。隨後將以非晶 (a-Si)或類似物製成之通道形成層及以氮化矽或類似物 成之閘極絕緣層依序地形成於具有此等元件之基板上。 由使被形成在該閘極絕緣層上之光阻層圖案化，藉由使 自於被配置在頂側（或該光阻層之側邊上）上的光源曝光 後續的顯影，及藉由實施蝕刻以此方式所圖案化之光阻 以作為一遮蔽使用，除該等島狀區域外，將最後所述之 層個別地移除。隨後將此等島狀區域之各個提供在其具 -閘極電極之頂部上，因此乃形成_薄膜電晶體。或者 諸如於WO-A (Π湖3號中得知之有機材料製成之物用 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(2〗0X297公釐） 569466 A7 ________ R7 五、發明説明（3 ) 絕緣及半導體層。 万、上述製造薄膜電晶體之傳統方法中，除用於形成遮蔽 膜製程中之-光罩外，需要用於形成島狀區域製程中之另 一光罩。以上兩個光罩通常是不相同的，並且在此等光罩 之各個定位過程中將會發生位置的錯誤，因此，欲使結合 後之遮蔽膜及島狀區域，當由垂直於基板的方向上觀察時 位置及形狀上的彼此一致是相當困難的。結果，來自背光 系統的光可能會進人該島狀區域，也就是薄膜電晶體的通 道形成層，因此會誘發光激發載子。此等載子造成汲極及 源極之間的漏電流增加，該漏電流可能會對顯示畫面品質 造成負面影響。當形成的遮蔽膜較大以防止此等光的進入 ，面板之數值孔徑可能會減少，或因為過度地阻斷來自背 光系統的光而造成暗畫面。 發明概要 因此本發明之一目的係提供一種製造薄膜電晶體之方法 ’孩方法係能實質消除光進入該薄膜電晶體通道形成層的 可能性，而不會使諸如數值孔徑之顯像效果劣化。 本發明之另一目的係提供一種製造以上類型之薄膜電晶 體的方法’該方法僅需數目減少的光罩，因而與傳統方法 比較下具有較簡單及成本較低的製造步驟。 本發明之另一目的係提供一薄膜電晶體，該薄膜電晶體 能實質消除光進入其通道形成層之可能性而不會使諸如數 值孔徑£顯像效果劣化。 本發明之另一目的係提供一上述類型之薄膜電晶體，該 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) ' -----— 569466 A7 R7 五、發明説明（4 薄膜電晶體乃能以較低成本製造。 本發明之另一目的係提供一液晶顯示器面板，該液晶顯 示器面板包括上述類型之薄膜電晶體，及以畫面品質而論 所受到背光系統的負面影響較少。 根據本發明欲達成以上目的，其提供如申請專利範圍第1 項之製造薄膜電晶體之方法。 根據此方法，當形成島狀通道形成層時，使用遮蔽層作 為光罩’曝光是由基板側邊（也就是自背側）開始實施，因 此不需要提供另一個光罩，該光罩於自前側曝光的傳統製 仏方法中是被要求的，因此該等製造步驟可被簡化。利用 遮敝層作為光罩的結果是，當垂直於基板的方向觀察時該 遮蔽層及該島狀通道形成層彼此在形狀及位置實質上是完 王致的’也就是說該等兩者層是自行對準的（self aligned)。因此，乃能以有效方式避開來自背光系統的光進 入通道形成層所誘發的光激發載子此類現象的發生，而不 會犧牲數值孔徑及類似之情況。 人万；本發明 < 第一具體實施例中是將源極及汲極電極提供 :板上，通道形成層乃被加至該基板上。然後使閘極電 =王現於頂部上。於^通道實際上是呈現，於遮蔽層及問極 ^極〈間’邊通道係、含有_諸如金屬或以黑色微粒填充之 有機導電層之阻光導電材料。 於其它具體實施例中，微影圖案包括以下步驟： -於閘極絕緣層上提供一光阻層； 使用该遮敝層作為遮罩，以由該透明基板之側邊開始曝

A、發明説明（5 光為基礎將該光阻層圖案化；及 •使用該已圖案化光阻層作 極维竣厣芬今、S、* 遮罩，選擇性地蝕刻該閘 扛、、，巴、·象層及菽通.道形成層之疊合， 处吉括A；疋开〉成島狀通道0 其扣从如 闽也 丨〗如猎由添加光化學游離 基起始劑，圖案化經由一中間弁 子 據此且赠眘、Α彳 θ間接地發生較佳。根

Sr/: 阻層是呈現於閑極絕緣層之頂部上。 道及閘極絕緣層間之介面·係具有能被 保濩免於$染的優點。 於較佳之通道形成層間接圖案 茉化後，通道能更進-步地 於ρ種變化中，作為第二閘極絕緣層使用之保 到保護。於第二種變化中，其含有非晶梦之通道 側面係局部地被氧化。 於第二具體實施例中，該方法包括以下步驟： 、土杈上提供閘極電極作為遮蔽層或於其上提供一底 塗層，該閘極電極含有一阻光導電材料； -於其上形成閘極絕緣層； -於該閘極絕緣層上形成源極電極及汲極電極； 口:將通道形成層施加於該閘極絕緣層上，源極及汲極電極 是被形成於該閘極絕緣層上。 根據此具體實施例，閘極電極係作為遮蔽層，並呈現於 基板上。因此結果電晶體是底層閘極型。視施加之電晶體 及通道之材料而定，其可能不再需要源極及汲極電極頂部 上足其它遮蔽層。若需要，則其能被提供作為一未圖案化 層或作為一圖案化層。該層係能根據與含有閘極電鉍的層 -8 本r紙張足度Α4規格（21〇 X 297公釐） 569466 A7 _ —___ R7_ 五、發明説明（8 ) 元件’其與圖1中所示包含具有一液晶材料***其間之透明 基板及该等元件之以上結構，以相對的關係配置（也就是說 ’該透明保護基板及其它元件是被配置在該面板前側上） 。藉由使呈現於被提供在透明保護基板上之透明共同電極 及個別像素電極之間的電壓施加至該液晶材料，及藉由一 背光系統由面板背側起照射，面板1〇係以此方式被配置以 顯示影像。 製造以上薄膜電晶體14之方法將於下文中參考圖2作更 為詳細的說明。在以下說明中，圖2上部被稱為前側及下部 被稱為背側係視情況而定。 首先製備以諸如玻璃及石英之透明材料製成之基板2〇。 然後以諸如鉻之阻光材料組成之膜，以均勻的厚度形成在 透明基板20的整個表面上，例如可藉由濺鍍法。使用第一 光罩以i知之微影法形成遮蔽膜21，其各於相當於欲製造 之薄膜電晶體14之個別位置處將此阻光材料膜圖案化（見 圖2之（a)處）。以此方法，各具有實質上為矩形頂視圖之許 多遮蔽膜2 1，係以矩陣方式被形成在該基板2〇上。 後續將以例如Si〇2所組成之絕緣層22 ,藉由電漿cvD(化 學氣相沉積）法以一均勾厚度形成在基板2〇的整個表面上 ，於該基板20上遮蔽層21係已被形成。隨後藉由例如濺鍍 法使一層諸如ITO之透明導電材料，以一均勻厚度形成於以 此方式形成之絕緣層22上。利用一第二光罩藉由已知之光 學微影術將此透明導電材料層圖案化，所以，像素電極12 、各作為對應像素電極12—部分之汲極電極i2a、源極線口 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(C N S) Λ 4規格(2⑴x 2 9 7公釐） 569466 Α7 R7 五、發明説明（η 現將參考圖3說明上述第一具體實施例修正。 經由將通道形成層24的側面變成絕緣代替以絕緣層3 2覆 盖整個島狀區域30，此修正係能防止通道形成層24之側面 與閘極電極1 6a的圖案接觸，並具有與該等示於圖2中如以 下方面之不同的製造步驟。 經圖2之（d)處所示步驟後，以如圖3之（e，）處所示之已知 方法，經由電漿氧化處理之實施及藉由通道形成層24側面 的氧化’形成以Si〇2組成的絕緣膜24a。然後將光阻層28, 移除。或者能於以上電漿氧化處理前將光阻層28，移除。 例如可藉由濺鍍法，後續將以鋁或類似物所組成之金屬 層以一定之厚度形成於結構的整個表面上。然後藉由一已 知之光學微影法利用該第四光罩將此金屬層圖案化，因此 ’閘極電極16a’及閘極圖案16被形成在閘極絕緣層26上。 根據此修正，在第一具體實施例中並不需要提供絕緣層 32 ’且僅有單獨的閘極層％呈現於通道形成層以及閘極電 極16a’之間’其係賦予較為簡單的製造步驟並較為便宜。 其次，將說明本發明之第二具體實施例，其中根據本發 明製造薄膜電晶體之方法乃被應用至底閘極型之薄膜電晶 體。 圖4為一圖例，其以類似圖2之方法示出此第二具體實施 例中之不同步驟。首先，藉由濺鍵法或類似方法使一阻光 導私材料組成之層，例如諸如鋁之金屬，以一均勻厚度形 成在例^以玻璃或石英製成之透明基板120的整個表面上 。經由一已知之微影法利用一第一光罩將此金屬層圖案化 _— -14- 本紙張尺度適用巾ϋ國家標準(CNS)

裝 569466 A7 ___R7 五、發明説明（12 ) ，以形成閘極電極116a及閘極線116(圖5),各閘極線n6係 與该等閘極電極116a整合（見圖4之（a)處）。 後續藉由電漿化學氣相沈積法或類似方法，將以例如 si〇2組成之閘極絕緣層122形成在基板12〇的整個表面上， 其被形成於基板120上之閘極電極丨16&及閘極線i 16乃具有 一均勻厚度。後續以例如濺鍍法以一均勻厚度，將諸如IT〇 足一透明導電材料層形成在以此方式形成之閘極絕緣層 122上。藉由一已知之光學微影法利用一第二光罩將此透明 導電材料層圖案化，因此，像素電極丨丨2、作為對應像素電 極1 1 2之一部分之各沒極電極丨丨2a、源極線丨丨7及與對應之 源極線1 17整合之源極電極1 i7a乃被形成（見圖4之（b)處）。 如獲之於圖4之（b)處所示步驟中的結構，接著以磷摻雜其 上表面用於後續的步驟。 後續以例如電漿化學氣相沈積法，將以諸如非晶碎（a_Si) 足半導體材料組成之通道形成層124及以諸如氮化矽（SiNx) 之絕緣材料組成之絕緣層126，依序地形成在以上結構的整 個表面上。在此情況下，上述經摻雜的磷擴散進入與像素 電極112、汲極電極112a、源極線117及源極電極丨17a形成 介面的通道形成層124之部分，因此，例如…卜以膜可被形 成於其中’該等膜容許在通道形成層124及汲極及源極電極 1 12a及1 17a之間達到良好的歐姆接觸。然後將一光阻層128 形成在垓絕緣層126上。使用閘極電極1 1以及閘極線H6作 為遮罩，此光阻層128係被來自基板120側邊（也就是來自面 板的背側）的光曝光。另外，使用一簡單組態的第三光罩（ -15- ____ 各紙張尺度適用中國國家標苹(CNS) A4規格（210X297公釐） ' -- 569466 A7 ______R7 __ 五、發明説明（13 ) 其它光罩），該光阻具有於垂直於閘極電極丨16a長度方向上 延伸（也就是說，於圖4中之水平方向）的預定阻光條紋，光 阻層1 2 8係曝光於來自附圖中上側的光（也就是來自面板的 前側）。 圖5以平面圖示意性圖解上述及其它遮罩，並示出具有閘 極電極1 16a及閘極線1 16之該遮罩及其它遮罩2〇0乃具有重 疊區域（橫斜線區域），該等區域是其中必須形成通道形成 層的區域。更特定而言，其它遮罩2〇〇須具備此一圖案，其 至少使相當於閘極電極116a的該等區域，也就是通道形成 層，不會被暴露至來自頂側的光。於本實例中，遮罩2〇〇 具有一圖案，其造成閘極線i 16的所有區域暴露至來自頂側 的光。此圖案能藉由提供透光線性條紋2〇 i形成，該等線性 條紋20 1沿著閘極線1丨6延伸以將它們包圍，而阻光線性條 紋202乃與條紋201交互配置，因此其非常地簡單。由圖5 將可理解僅須將遮罩200置於一個方向上（也就是於圖5中 之垂直方向），因此其貢獻該等製造步驟的簡化。 後續將以此方式曝光之光阻層128顯影，其結果是僅有該 等分別相當於閘極電極ll6a之區域128，被留在絕緣層126 上。後續使用光阻層128,作為遮罩，藉由已知蝕刻方法選 擇性地蚀刻絕緣層126及通道形成層124，因此形成其各含 有通道形成層124及絕緣層126之島狀區域130(見圖4之（d) 處）。然後以已知之方法移除留在各島狀區域13()上之光阻 層 128,。· · 後續使以諸如氮化矽之絕緣材料組成之一保護層1 32形 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210X 297公釐) " '' 569466 A7 R7 五、發明説明（14 成在以上結構的整個表面上。然後以一已知之光學微影法 利用一第四光罩將此保護層1 3 2圖案化，因此用於將個別像 素電極112曝光之各窗孔132a乃被形成在保護層132中（見 圖4之（e)處）。後續以一已知方法將閘極線之終端部分曝光 。以此方式，可獲得各含有汲極及源極電極丨12a&丨17a、 通道形成層124、閘極絕緣層122、及閘極電極i16a之薄膜 電晶體1 14。 後續將圖4之（e)處所示出之步驟中獲得之結構形成於其 整個表面上’例如以定向膜（orientation film)，因其已為吾 人所熟知者故將省略此等步驟之詳細說明。 根據上述第二具體實施例之製造方法，當形成各含有道 形成層1 24之島狀通道形成層13 〇時，曝光是由背側開始實 施’使用閘極電極11 6a作為一光罩，因此當以垂直於基板 120之方向觀察時，各閘極電極及所對應之通道形成層 124彼此於形狀及位置實質上是完全一致地，也就是說二者 層是自行對準的，至少相對於其一對的相對側（圖5中所示 130A及130B側；於本實例中130C側也是自行對準的）❶因 此，經由來自於背光系統而進入通道形成層i 24的光所可能 誘發的光激發載子之可能性是相當低的。因此，以此製造 方法製造之液晶顯示器面板能獲得對背光系統較為不敏感 的優良畫質。再者，經由上述之自行對準，乃能以有效方 式防止來自於背光系統的光進入通道形成層丨24，同時能避 免前述¥值孔徑的減少。 於圖4自（c)至（e)中所示第二具體實施例之製造步騾中， -17- 本紙張尺度適川中阈國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 569466 A7

發明説明 可忽略絕緣層126之形成，而以能僅提供保護層132來代替。 於上述之第二具體實施例中，於背側上利用一遮罩（閘極 電極等）及於前側上利用其它的遮罩形成該島狀區域丨3〇。 或於圖4(c)之步驟中，單獨以該一遮罩首先使通道形成層 圖案化成相當於閘極電極等（以平面圖），後續於圖4(e)之步 驟中同時與保護層132中之窗孔132&的形成，最後將該通道 形成層圖案化成島狀。在此情況下，將通道形成層圖案化 成島狀時其側面將會被曝光，因此，參考圖3以上述方法使 此等曝光側面受到諸如氧化處理及氮化處理之絕緣處理將 較佳。當然，因即使它們並未被形成為島狀，通道形成層 仍可達到其基本功能，上述之圖案化成島狀並不是必須的 。但當薄膜電晶體的效能是以抗漏電流或類似者作為考量 時’則使通道形成層形成島狀較佳。 於上述之個別具體實施例中，雖然遮蔽層及閘極電極是 直接地被形成在基板上，不說自明，可將此等元件交互形 成提供於基板上之下層塗層上。類似地，此發明並不排除 万；其i層及部分中提供其它元件。如所要求不脫離於本發 明於申請專利範圍中所述之範圍，則對本發明具體實施例 作任何修改亦有可能。 -18- 本紙張义度適川中國國家標準(CNS) A4规格(2U)X297公寶）

裝 訂 4

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8

   569466 第091109452號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(92年9月） 六、申請專利範圍 1· 一種製造一薄膜電晶體之方法，該電晶體包括一基板； 其一源極及一汲極電極互相被一通道隔開；及一經由一 閘極絕緣層與該通道隔離之閘極電極，該被形成之通道 包含施加一通道形成層及以一遮罩將該通道形成層光 學微影圖案化之步驟，其特徵為該基板為透明的及具有 用於使該通道形成層圖案化之遮罩，該遮罩係作為一遮 蔽層以防止光進入該通道。 2·如_請專利範圍第丨項之方法，其特徵為該等源極及汲 極電極是被提供在該基板上，該通道形成層被施加至該 基板上。 3·如申請專利範圍第2項之方法，其特徵為該光學微影包 括以下之步驟： -於該閘極絕緣層上提供一光阻層； •使用該遮蔽層作為一遮罩，以由該透明基板之側邊 開始曝光為基礎將該光阻層光圖案化；及 -使用該被圖案化光阻層作為一遮罩，選擇性地蝕刻 一該閘極絕緣層及該通道形成層之疊合（laminati〇n)，於 是形成島狀通道。 4.如申請專利範圍第2或3項之方法，其特徵為該閘極電極 是形成在具有被一閘極絕緣層***之間之該島狀通道 上，包括以下之步驟： -以一保護層覆蓋該通道及該閘極絕緣層其上，該保 護層係作為一第二閘極絕緣層；及 -於該保護層上形成該閘極電極。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

   裝 訂 569466 A8 B8 C8

   如 上 申請專利範圍第2或3項之方法，其特徵為該閘極電極 形成在具有被一閘極絕緣層***之 Γ Ί <该島狀通道 ’包括以下步驟： -將含有非晶矽之該通道側面氧化，及 '於具有已氧化之側面以閘極絕緣層***之間之該雨 道上形成該閘極電極。 μ、 6. 如_請專利範圍第丨項之方法，其特徵為其包括以下之 -於咸基板上提供該閘極電極作為保護層或於其上提 供一底塗層，該閘極電極乃含有一阻光導電材料j 疋 -於其上形成閘極絕緣層， -於該閘極絕緣層上形成源極電極及汲極電極， -將該通道形成層施加於該閘極絕緣層上，該等源極 及沒極電極係已被形成於該閘極絕緣層上。 如申請專利範圍第6項之方法，其特徵為其包括以下之 步驟： -將一絕緣層施加於該通道形成層上； -於該絕緣層上形成一光阻層； -使用該閘極電極作為一遮罩，藉由使其由該透明基 板的側邊開始曝光，及使用該已圖案化光阻作為一遮罩 ，藉由選擇性地蝕刻一該絕緣層及該通道形成看之疊合 將該光阻層圖案化。 8·如申請專利範圍第6或7項之方法，其特徵為於該通道形 成層被製成該通道圖案後，一覆蓋該通道之至少一側面 -2- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) ^09466

   <保護層係被形成，該保護層界定一像素區域。 9· 一種液晶顯示器，其包含： _ 一基板； _ 一薄膜電晶體，其包含一被島狀通道及閘電極相互分 離的源电極及沒電極，一被連接至源或沒電極的像素 電極；及一閘電極，其能經由一閘絕緣層與通道隔離 9 • 一像素電極，其被連接於該源或汲電極，及 • 一液晶線材料的層，其中一在基板及該薄膜電晶體之 間存在一遮蔽層，而遮蔽層藉一絕緣層與通遒分離迷 實質上具有與該通道相同之形狀。 1 0 ·如申凊專利範圍第9項之液晶顯示器，其中一保護層用 以遮蔽該電晶體的側面。 -3- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)