专利名称：低温多晶矽薄膜电晶体液晶显示器的制造方法
技术领域：
本发明是关于一种低温多晶矽(Low Temperature Poly Silicon，LTPS)薄膜电晶体液晶显示器，特别是一种低温多晶矽薄膜电晶体液晶显示器的制作方法。
背景技术：
随着簿膜电晶体(Thin Film Transistor，TFT)制作技术的快速进步，液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)由于具有体积小、重量轻、消耗功率低等优点，而大量的应用于个人数位助理(PDA)、笔记型电脑、高画质彩色电视、行动电话等各式电子产品中。尤其低温多晶矽(Low Temperature PolySilicon，LTPS)薄膜电晶体液晶显示器可嵌入不同功能的积体电路(IC)于玻璃基板上，进而减少模组工程上所使用IC的数量，换言之，模组接点减少而可靠度提升。此外，此显示器的特点还有载体(电子或电洞)的移动度为非晶矽(amorphous silicon)的300倍、低耗电、高亮度、高解析度、轻薄短小、高品质及完美的系统整合性。
请参照图1，为一低温多晶矽薄膜电晶体液晶显示器的基本结构。其制作方法首先于基板10上依序形成缓冲层12与第一金属层，接着使用第一道光罩对第一金属层进行微影蚀刻程序，以定义出薄膜电晶体的闸极结构14。再于基板10上依序沉积绝缘层16及半导体层18，接着使用第二道光罩以定义薄膜电晶体的主动区(island)。然后使用第三道光罩定义出光阻图案，做为离子植入的阻绝层。接着沉积隔绝介电层(InterLayer Dielectric，ILD)20，并使用第四道光罩对隔绝介电层20进行蚀刻程序以曝露出电晶体的部分汲极区域，以定义接触窗。随后沉积第二金属层22，填充并覆盖上述接触窗，再使用第五道光罩，对第二金属层22进行蚀刻程序，以定义出电晶体的汲极结构。接着沉积保护层24，并使用第六道光罩对保护层24进行蚀刻程序，以曝露出部分汲极结构。最后，形成透明导电层于保护层24上，接着使用第七道光罩以定义出薄膜电晶体的画素电极26。
其中上述制程总共使用了七道光罩的手续，每使用一道光罩不仅增加成本，制程参数的调校更是耗费时间，而且每多增加一道手续就是增加可能产生误差的来源。所以，若能尽量减少光罩的使用数量，对于生产者而言，不仅能同时达到樽节成本、缩短制程时间，对于产品的良率(yield)提升亦有不少助益。而由本发明提供的制作方法将可有效减少光罩的使用数量。
发明内容
本发明的目的为提供一种制作低温多晶矽薄膜电晶体液晶显示器的方法。
本发明的再一目的为提供一种减少微影制程程序，即可制作低温多晶矽薄膜电晶体液晶显示器的制造方法。
本发明的目的是这样实现的，一种在基板上形成低温多晶矽薄膜电晶体液晶显示器的制造方法，该方法至少包含下列步骤形成一缓冲层于该基板上形成一第一金属层于该缓冲层上；使用一第一光罩对该第一金属层进行微影蚀刻程序，以定义薄膜电晶体的闸极结构；形成一绝缘层于该缓冲层、该闸极结构与该基板表面上；形成一半导体层于该绝缘层上，做为该薄膜电晶体的通道区域使用；对该半导体层进行离子布值程序；形成一第二金属层于该半导体层上；使用一第二光罩对该第二金属层与该半导体层进行微影蚀刻程序，以定义该薄膜电晶体的主动区域与源极结构以及汲极结构；
形成一保护层于该基板上；使用一第三光罩对该保护层进行微影蚀刻程序，以曝露出该汲极结构的部分区域；形成一透明电极层于该保护层上；以及使用一第四光罩对该透明电极层进行微影蚀刻程序，以定义画素电极于该保护层表面，且电性连接至该汲极结构。
更包含对该半导体层进行准分子雷射回火程序，使得该半导体层的非晶矽结构转为多晶矽结构。
上述的离子布值程序更包含下列步骤涂布光阻于该半导体层上，并对该基板施以背面曝光程序，定义一光阻图案以该光阻图案为罩幕，对该基板施以离子布值；以及移除该光阻图案。
上述的第二光罩是使用half tone光罩与slit光罩其中的一种。
在对该第二金属层与该半导体层进行微影蚀刻程序时，更包含一去光阻的程序。
本发明还可以以下述的方式实现一种在基板上形成低温多晶矽薄膜电晶体液晶显示器的制造方法，该方法至少包含下列步骤形成一缓冲层于该基板上；形成一第一金属层于该缓冲层上，并对该第一金属层进行第一微影蚀刻程序，以定义薄膜电晶体的闸极结构；形成一绝缘层于该缓冲层、该闸极结构与该基板表面上；形成一半导体层于该绝缘层上，做为薄膜电晶体的通道区域使用；涂布光阻于该半导体层，并对该基板施以背面曝光程序，定义一第一光阻图案以该第一光阻图案为罩幕，对该基板施以离子布值；移除该第一光阻图案；形成一第二金属层于该半导体层上，并对该第二金属层与该半导体层进行第二微影蚀刻程序，以定义该薄膜电晶体的主动区域与源极结构以及汲极结构；形成一保护层于该基板上，并对该保护层进行第三微影蚀刻程序，以曝露出该汲极结构的部分区域；以及形成一透明电极层于该保护层表面，并对该透明电极层进行第四微影蚀刻程序，以定义画素电极于该保护层表面，且电性连接至该汲极结构其中上述的第二微影蚀刻程序是在形成该第二金属层后，先涂布光阻于该第一金属层上表面，并利用half tone光罩与slit光罩其中一种来定义一第二光阻图案，使得该第二光阻图案上方对应该闸极结构处，具有一开口，再经过一蚀刻程序，以定义该薄膜电晶体的主动区域与源极结构以及汲极结构。
更包含对该半导体层进行准分子雷射回火程序，使得该半导体层的非晶矽结构转为多晶矽结构。
在对该第二金属层与该半导体层进行第一微影蚀刻程序时，更包含一去光阻的程序。
一种在基板上形成低温多晶矽薄膜电晶体液晶显示器的制造方法，该方法至少包含下列步骤形成一缓冲层于该基板上；形成一第一金属层于该缓冲层上；使用一第一光罩对该第一金属层进行微影蚀刻程序，以定义薄膜电晶体的闸极结构；形成一绝缘层于该缓冲层、该闸极结构与该基板表面上；形成一非晶矽层于该绝缘层上，做为该薄膜电晶体的通道区域使用；对该非晶矽层进行准分子雷射回火程序，使得该非晶矽层转为一多晶矽层；
涂布光阻于该多晶矽层上，并对该基板施以背面曝光程序，以定义一第一光阻图案于该多晶矽层上；以该第一光阻图案为罩幕，对该基板施以离子布值；移除该第一光阻图案；形成一第二金属层于该多晶矽层上；使用一第二光罩定义一第二光阻图案于该第二金属层上，其中该第二光阻图案上方对应该闸极结构处，具有一开口；以该第二光阻图案为蚀刻罩幕，对该第二金属层与该多晶矽层进行蚀刻程序，以定义该薄膜电晶体的主动区域与源极结构以及汲极结构；移除该第二光阻图案；形成一保护层于该基板上；使用一第三光罩对该保护层进行微影蚀刻程序，以曝露出该汲极结构的部分区域；形成一透明电极层于该保护层上；以及使用一第四光罩对该透明电极层进行微影蚀刻程序，以定义画素电极于该保护层表面，且电性连接至该汲极结构。
上述的第二光罩是使用half tone光罩与slit光罩其中的一种。
对该第二金属层与该多晶矽层进行蚀刻程时，更包含一去光阻的程序。
根据本发明的较佳实施例，是提供一种在基板上形成低温多晶矽(LTPS)薄膜电晶体液晶显示器(TFT-LCD)的制造方法。首先依序沉积缓冲层、第一金属层于该基板上。接着，使用第一光罩对第一金属层进行微影蚀刻程序，以定义出薄膜电晶体的闸极结构。随后再依序沉积绝缘层、非晶矽层于基板上，并对非晶矽层进行准分子雷射回火(ELA)程序，使得非晶矽转为多晶矽，以做为电晶体的通道区域使用。
接着涂布光阻于多晶矽层上，并对基板施以背面曝光程序，以定义第一光阻图案于多晶矽层上。再以第一光阻图案为罩幕，对基板施以离子布值。然后，沉积第二金属层于多晶矽层上，并使用第二光罩定义出第二光阻图案于第二金属层上。接着以第二光阻图案为蚀刻罩幕，对第二金属层与多晶矽层进行蚀刻程序，以定义出主动区域、源极结构与汲极结构。沉积保护层于基板上，并使用第三光罩对保护层进行微影蚀刻程序，以曝露出汲极结构的部分区域。接着溅镀透明电极层于保护层上，并使用第四光罩对透明电极层进行微影蚀刻程序，以定义画素电极于保护层表面，且电性连接至汲极结构。
利用本发明制作低温多晶矽薄膜电晶体液晶显示器具有相当多的优点。首先，在进行掺杂区的离子布植时，传统的做法是以一道光罩透过微影制程的步骤，对多晶矽层进行离子植入；而本发明的做法则是利用背面曝光的程序，在不须增加一道光罩的手续及成本下，即可达到相同的效果，更有甚者，透过背面曝光还可达到自对准(self-align)的结果，可完全避免使用光罩时可能发生的偏移(shift)因而造成关键尺寸(Critical Dimension，CD)的误差。此外，在本发明中籍着使用第二道光罩，可同时定义出薄膜电晶体的主动区域(island)及源极、汲极结构；相较传统的做法，得分别使用两道光罩的手续，根据本发明仅只一道光罩的制程，即可达到相同的结果。综上所述，相较于传统上制作低温多晶矽薄膜电晶体液晶显示器的六至七道光罩的制程，缩减为仅需四道光罩即可达到相同的结构，所节省的成本及制程时间可说是相当巨大的。
图1为利用传统技术所形成的低温多晶矽薄膜电晶体液晶显示器的基板截面图；图2为利用本发明沉积缓冲层且定义出闸极结构的步骤的基板截面图；图3为利用本发明接续沉积绝缘层、半导体层的步骤的基板截面图；图4为利用本发明涂布光阻于半导体层的步骤的基板截面图；图5为利用本发明以第一光阻图案为罩幕，定义半导体层掺杂区的步骤的基板截面图；
图6为利用本发明接续沉积第二金属层且定义出第二光阻图案的步骤的基板截面图；图7为利用本发明定义出源极结构与汲极结构的步骤的基板截面图；以及图8为利用本发明画素电极于保护层上的步骤的基板截面图。
图号说明10、30基板12、32缓冲层14、34闸板结构16、36绝缘层18、38半导体层20绝介电层22、43第二金属层 24、50保护层26、52画素电极40光阻42第一光阻图案44第二光阻图案46源极结构48汲极结构50保护层 52画素电极具体实施方式
本发明所揭示为一种在基板上形成低温多晶矽(LTPS)薄膜电晶体液晶显示器(TFT-LCD)的制造方法。为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照下列描述并配合图2至图8的图式。有关本发明的详细说明如下所述。
请参照图2，根据本发明较佳实施例，首先于基板30上形成缓冲层(bufferlayer)32。上述基板30可以使用玻璃、石英、或者类似的透明绝缘材质。至于缓冲层32则可选择氧化物或氮化物等一般的介电材料，其作用在于避免基板30内的杂质因后续的较高温制程而扩散出来。接着，形成第一金属层于该缓冲层32上。第一金属层的沉积，则可藉着诸如溅镀法等物理气相沉积程序，来将金属薄膜形成于基板30的表面。其中，用来构成第一金属层的材料，可选择钼、钽、铬、钨、铝、钛等金属或合金。接着使用第一光罩对该第一金属层进行微影蚀刻程序，以定义薄膜电晶体的闸极结构34。在较佳实施例中，可先涂布光阻材料于第一金属层上，并使用第一光罩对光阻材料进行曝光、显影等程序，以定义出一光阻图案，再以光阻图案为蚀刻罩幕，对第一金属层进行蚀刻程序，如湿式蚀刻或反应性离子蚀刻(RIE)的乾蚀刻，以定义薄膜电晶体的闸极结构34。如同熟悉该项技艺者所知，在定义间极结构34的程序中，通常会同时定义基板30表面的电容储存电极、扫描线结构(皆未显示于图中)一般。
接着请参照图3，于缓冲层32、闸极结构34与基板30表面上沉积绝缘层36。绝缘层36的材料可采用诸如氧化矽(SiO2)、氮化矽(SiNx)、氮氧化矽(SiNO)等适当材料，并籍着低温化学气相沉积法(PECVD)来构成。随后，沉积半导体层38于绝缘层36上，并对半导体层38进行准分子雷射回火(ELA)程序，使得原来非晶矽的结构结晶转变为多晶矽(poly-Si)的结构，用以做为后续薄膜电晶体的通道(channel)区域使用。
请参照图4，接着涂布光阻40于半导体层38上，并对基板30方以背面曝光(backside exposure)程序，以定义第一光阻图案42于半导体层38上。其中背面曝光程序是以一光源自基板30底部投射而出，经过闸极结构34的阻挡，使得闸极结构34上方区域的光阻不受光线的照射，达到自对准(self-align)的效果。再经一显影程序后，受光区域的光阻则会解离成易溶于显影剂的物质，而定义出第一光阻图案42(如图5所示)。接着，请参照图5，以第一光阻图案42为罩幕(mask)，对基板30施以离子布植。以n型而言，选择如磷、砷等五价的杂质离子进行离子植入(ion implantation)；以p型而言，选择如硼、镓等三价的杂质离子。接着即可移除此第一光阻图案42。
请参照图6，溅镀第二金属层43于半导体层38上。接着，使用第二光罩定义出第二光阻图案44于第二金属层43上。在本发明的较佳实施例中，可先涂布光阻材料于第二金属层43上，接着使用half tone光罩或slit光罩，使得第一光阻图案44上方对应闸极结构34处，具有一开口区域。接着，以此第二光阻图案44为蚀刻罩幕，分别对第二金属层43与半导体层38进行蚀刻程序，以定义出电晶体的主动区域(island)。再如图7所示，先经去光阻(ashing)的程序，并将动作控制在去除通道区域上方的第一金属层43露出即停止，接着以第一光阻图案44为蚀刻罩幕，对第二金属层43进行蚀刻程序，以定义出薄膜电晶体的源极结构46与汲极结构48。随后即可移除第二光阻图案44。
请参照图8，于基板30上形成保护层50。于基板30上沉积保护层50，接着使用第三光罩对保护层50进行微影蚀刻程序，以形成接触孔(comtact hole)，并曝露出部分汲极结构48表面，亦即金属接触区(comtact area)。在较佳实施住中，此处的保护层50可选择由氮化矽材料来构成。接着，再于保护层50上形成透明电极层。然后使用第四光罩对透明电极层进行微影蚀刻程序，以定义画素电极52于保护层50表面，且电性连接至该汲极结构48。其中透明电极层的材质可选择透明导电材质，如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)等，其成膜方式有乾式的电阻加热或电子束加热的真空蒸镀法、离子化蒸镀法和溅镀法或湿式的无电电镀法等法来制成。
总结上述，根据本发明的制作方法关于光罩的使用是如下列所述(1)使用第一光罩对第一金属层进行微影蚀刻程序，以定义出薄膜电晶体的闸极结构；(2)使用第一光罩对第二金属层进行微影蚀刻程序，以定义出薄膜电晶体的源极结构与汲极结构；(3)使用第三光罩对保护层进行微影蚀刻程序，以曝露出汲极结构的部分区域；(4)使用第四光罩对透明电极层进行微影蚀刻程序，以定义出画素电极于保护层表面，且电性连接至汲极结构。
权利要求
1.一种在基板上形成低温多晶矽薄膜电晶体液晶显示器的制造方法，该方法至少包含下列步骤形成一缓冲层于该基板上形成一第一金属层于该缓冲层上；使用一第一光罩对该第一金属层进行微影蚀刻程序，以定义薄膜电晶体的闸极结构；形成一绝缘层于该缓冲层、该闸极结构与该基板表面上；形成一半导体层于该绝缘层上，做为该薄膜电晶体的通道区域使用；对该半导体层进行离子布值程序；形成一第二金属层于该半导体层上；使用一第二光罩对该第二金属层与该半导体层进行微影蚀刻程序，以定义该薄膜电晶体的主动区域与源极结构以及汲极结构；形成一保护层于该基板上；使用一第三光罩对该保护层进行微影蚀刻程序，以曝露出该汲极结构的部分区域；形成一透明电极层于该保护层上；以及使用一第四光罩对该透明电极层进行微影蚀刻程序，以定义画素电极于该保护层表面，且电性连接至该汲极结构。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，更包含对该半导体层进行准分子雷射回火程序，使得该半导体层的非晶矽结构转为多晶矽结构。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述的离子布值程序更包含下列步骤涂布光阻于该半导体层上，并对该基板施以背面曝光程序，定义一光阻图案以该光阻图案为罩幕，对该基板施以离子布值；以及移除该光阻图案。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述的第二光罩是使用half tone光罩与slit光罩其中的一种。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在对该第二金属层与该半导体层进行微影蚀刻程序时，更包含一去光阻的程序。
6.一种在基板上形成低温多晶矽薄膜电晶体液晶显示器的制造方法，该方法至少包含下列步骤形成一缓冲层于该基板上；形成一第一金属层于该缓冲层上，并对该第一金属层进行第一微影蚀刻程序，以定义薄膜电晶体的闸极结构；形成一绝缘层于该缓冲层、该闸板结构与该基板表面上；形成一半导体层于该绝缘层上，做为薄膜电晶体的通道区域使用；涂布光阻于该半导体层，并对该基板施以背面曝光程序，定义一第一光阻图案以该第一光阻图案为罩幕，对该基板施以离子布值；移除该第一光阻图案；形成一第二金属层于该半导体层上，并对该第二金属层与该半导体层进行第二微影蚀刻程序，以定义该薄膜电晶体的主动区域与源极结构以及汲板结构；形成一保护层于该基板上，并对该保护层进行第三微影蚀刻程序，以曝露出该汲极结构的部分区域；以及形成一透明电极层于该保护层表面，并对该透明电极层进行第四微影蚀刻程序，以定义画素电极于该保护层表面，且电性连接至该汲极结构；其中上述的第二微影蚀刻程序是在形成该第二金属层后，先涂布光阻于该第一金属层上表面，并利用half tone光罩与slit光罩其中一种来定义一第二光阻图案，使得该第二光阻图案上方对应该闸板结构处，具有一开口，再经过一蚀刻程序，以定义该薄膜电晶体的主动区域与源极结构以及汲极结构。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，更包含对该半导体层进行准分子雷射回火程序，使得该半导体层的非晶矽结构转为多晶矽结构。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在对该第二金属层与该半导体层进行第一微影蚀刻程序时，更包含一去光阻的程序。
9.一种在基板上形成低温多晶矽薄膜电晶体液晶显示器的制造方法，该方法至少包含下列步骤形成一缓冲层于该基板上；形成一第一金属层于该缓冲层上；使用一第一光罩对该第一金属层进行微影蚀刻程序，以定义薄膜电晶体的闸极结构；形成一绝缘层于该缓冲层、该闸极结构与该基板表面上；形成一非晶矽层于该绝缘层上，做为该薄膜电晶体的通道区域使用；对该非晶矽层进行准分子雷射回火程序，使得该非晶矽层转为一多晶矽层；涂布光阻于该多晶矽层上，并对该基板施以背面曝光程序，以定义一第一光阻图案于该多晶矽层上；以该第一光阻图案为罩幕，对该基板施以离子布值；移除该第一光阻图案；形成一第二金属层于该多晶矽层上；使用一第二光罩定义一第二光阻图案于该第二金属层上，其中该第二光阻图案上方对应该闸极结构处，具有一开口；以该第二光阻图案为蚀刻罩幕，对该第二金属层与该多晶矽层进行蚀刻程序，以定义该薄膜电晶体的主动区域与源极结构以及汲极结构；移除该第二光阻图案；形成一保护层于该基板上；使用一第三光罩对该保护层进行微影蚀刻程序，以曝露出该汲极结构的部分区域；形成一透明电极层于该保护层上；以及使用一第四光罩对该透明电极层进行微影蚀刻程序，以定义画素电极于该保护层表面，且电性连接至该汲极结构。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，上述的第二光罩是使用halftone光罩与slit光罩其中的一种。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，对该第二金属层与该多晶矽层进行蚀刻程时，更包含一去光阻的程序。
全文摘要
一种低温多晶矽薄膜电晶体液晶显示器的制造方法，首先依序形成缓冲层、第一金属层于基板上。接着使用一第一光罩对第一金属层进行微影蚀刻程序，以定义出闸极结构。再依序形成绝缘层、半导体层于基板上。接着对半导体层进行离子布值程序。紧接着，形成第二金属层于半导体层上。然后使用第二光罩对第二金属层与半导体层进行微影蚀刻程序，以定义出主动区域、源极结构与汲极结构。接着，形成保护层于基板上，再使用第三光罩对保护层进行微影蚀刻程序，以曝露出汲极结构的部分区域。最后形成透明电极层于保护层上，并使用第四光罩对透明电极层进行微影蚀刻程序，以定义画素电极于保护层表面，且电性连接至汲极结构。
文档编号G02F1/13GK1530716SQ03119330
公开日2004年9月22日 申请日期2003年3月14日 优先权日2003年3月14日
发明者陈世龙 申请人:友达光电股份有限公司