专利名称：薄膜晶体管和平面显示装置的半导体结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种薄膜晶体管结构的制作方法，特别涉及一种液晶显示面板的薄膜晶体管结构的制作方法。
背景技术：
近年来光电相关技术不断地推陈出新，加上数字化时代的到来，进而推动了液晶显示器市场的蓬勃发展。液晶显示器具有高画质、体积小、重量轻、低驱动电压、与低消耗功率等优点，因此被广泛应用于个人数字助理(PDA)、移动电话、摄录放影机、笔记型电脑、桌上型显示器、车用显示器、及投影电视等消费性通讯或电子产品，并逐渐取代阴极射线管而成为显示器的主流。
液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)是一种利用液晶特性来达到显示效果的显示装置，由于其较传统常用的阴极射线管显示器在尺寸与重量方面有更佳的灵活性，因此，液晶显示器目前常被使用在各种的个人系统上，小从移动电话、个人数字助理及数字相机上的显示幕，大到电视机及广告看板，处处都可以见到液晶显示器的影子。
液晶显示器的所以能够较传统的阴极射线管显示器在尺寸及重量更有灵活性，是因为液晶显示器的大部分元件都是平板状的，因此可视应用需求将这些元件切割成适中的尺寸，在重量上也较有着庞大立体外形的阴极射线管来得轻巧许多。
而生产液晶显示器一般需要用到不同图案的光掩模，以定义不同的图案化薄膜。然而，众所皆知光掩模的价钱昂贵，光掩模数越多即意味着所需支付的成本越高，另外，制造时程也会增加，如何减少光掩模数，除了可降低成本之外，还可以加速产出速度，增加产品的竞争力。
发明内容
鉴于上述的先前技术中，由于光掩模的价钱昂贵，如何能够减少工艺所需的光掩模数量，即可有效地降低制造成本，并可增加产量。
本发明的目的之一，是提供一种液晶显示面板的薄膜晶体管结构的制作方法，以减少工艺中所需的光掩模的数量。
根据以上所述的目的，本发明是一种薄膜晶体管结构的制作方法，其包含有下列步骤。首先，在基板上形成图案化堆叠层，此图案化堆叠层包括由下而上堆叠的第一导电层、第一介电层、沟道层、保护层与第一光致抗蚀剂层。接着，去除图案化第一光致抗蚀剂层的外环部分，形成图案化第二光致抗蚀剂层。然后，以图案化第二光致抗蚀剂层为掩模，去除暴露的保护层，露出部分沟道层。去除图案化第二光致抗蚀剂层，再以图案化保护层为掩模，掺杂暴露部分的沟道层。在第一导电层与第一介电层的侧壁形成侧壁间隙壁，并在图案化保护层两侧分别形成第一导线与第二导线，电性连接沟道层。然后，以图案化保护层与第一导线与第二导线为掩模，去除暴露的沟道层。
其中，上述的图案化第一光致抗蚀剂层具有有源图案，包括薄膜晶体管栅极与栅极导线的图案，而基板优选地为玻璃基板或石英(quartz)基板，或是塑胶基板。第一介电层则优选地为栅极介电层。而沟道层优选地为含硅层，例如是多晶硅层或非晶硅层。
而在第一导线与第二导线之前，可形成透明导电层，在此透明导电层之前，还可以形成金属薄膜于沟道层之上，以降低彼此之间的接触电阻，其中金属薄膜厚度小于6纳米，具有可透光性质。第一导电层亦可利用热氧化或阳极氧化的方式，以形成氧化间隙壁于第一导电层的侧面。
而以图案化保护层为掩模，掺杂暴露的沟道层，还可以形成N+非晶硅层于该第一导线与该第二导线的下方来取代。其中第二导线的上方优选地还可形成图案化的透明导电层。
本发明的另一态样是披露一种平面显示装置的半导体结构的制作方法，其包含有下列步骤。提供基板，且此基板上定义有晶体管区、电容区与导线区。其中，导线区包含显示器装置外围的接触垫及显示器装置内部的导线。在此基板上依序形成第一导电层、第一介电层、沟道层与保护层。在保护层上形成图案化第一光致抗蚀剂层，且图案化第一光致抗蚀剂层在电容区与导线区具有第一厚度，而在晶体管区具有第二厚度。第二厚度优选地大于第一厚度。以图案化第一光致抗蚀剂层为掩模，去除暴露的保护层、沟道层、第一介电层与第一导电层。去除电容区与导线区的光致抗蚀剂层、保护层与沟道层，并去除晶体管区的图案化第一光致抗蚀剂层的外环部分，以形成图案化第二光致抗蚀剂层。
以图案化第二光致抗蚀剂层为掩模，去除暴露的保护层，露出晶体管区的部分沟道层。去除图案化第二光致抗蚀剂层，并以图案化保护层为掩模，掺杂晶体管区的暴露的沟道层。在第一导电层与第一介电层的侧壁形成侧壁间隙壁。在图案化保护层两侧分别形成第一导线与第二导线电性连接沟道层，且第一导线与第二导线的下方的沟道层中分别形成源极与漏极，并且形成像素电极以电性连接第一导线与第二导线其中之一。
其中，上述的像素电极形成于该第一导线与该第二导线之前，并可形成金属薄膜于像素电极与沟道层之间，以降低彼此之间的接触电阻，其中金属薄膜厚度小于6纳米，具有可透光性质。此外，此像素电极亦可形成于第二导线之上，并利用N+非晶硅层于该第一导线与该第二导线的下方，以构成源极与漏极，以取代上述的沟道层的源极与漏极。第一导电层亦可利用热氧化或阳极氧化的方式，以形成氧化间隙壁于第一导电层的侧面。
因此，本发明的薄膜晶体管结构与其制作方法可有效地减少工艺中所需的光掩模数量，故不仅可降低液晶显示器的光掩模成本，更可有效地降低液晶显示器的生产成本。
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图示的详细说明如下图1A-1H为本发明的薄膜晶体管结构的制作方法的优选实施例的制作流程示意图；图2A-2C为本发明的薄膜晶体管结构的制作方法的优选实施例的薄膜晶体管区域的俯视示意图；图3为本发明的薄膜晶体管结构的制作方法的另一优选实施例的示意图；以及图4为本发明的薄膜晶体管结构的制作方法的再一优选实施例的流程示意图。
附图标记说明
110导线区 214光致抗蚀剂层120晶体管区 220导电层130电容区 221导电层140第一光掩模 222导电层142半透光区 230透明导电层144遮蔽区 302氧化间隙壁146透光区 304氧化间隙壁152基材 306氧化间隙壁154导电层 310导线区156介电层 320晶体管区158沟道层 330电容区160保护层 352基材162光致抗蚀剂层 354导电层164光致抗蚀剂层 356介电层166保护层 358沟道层168介电层 366保护层170掺杂区 422导电层172重掺杂区 430透明导电层174轻掺杂区 502N+非晶硅层176源/漏区 510导线区180离子掺杂 520晶体管区190蚀刻 530电容区192间隙壁 552基材200光掩模 554导电层202半透光区 556介电层
204遮蔽区 558沟道层206透光区 566保护层210光致抗蚀剂层 622导电层212光致抗蚀剂层 630透明导电层具体实施方式
本发明有效地减少制造液晶显示器的薄膜晶体管的工艺所需的光掩模数量，可有效地降低液晶显示器的制造成本。以下将以图示及详细说明清楚说明本发明的精神，如本领域的技术人员在了解本发明的优选实施例后，当可由本发明所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。
图1A-1H为绘示本发明的薄膜晶体管结构的制作方法的一优选实施例的制作流程示意图。首先参阅图1A，提供基板152，接着在基板152上依序形成导电层154、介电层156、沟道层158、保护层160与光致抗蚀剂层161以形成堆叠层。然后利用第一光掩模140，以图案化光致抗蚀剂层161，且使光致抗蚀剂层161在导线区110与电容区130具有第一厚度的光致抗蚀剂层162，而在晶体管区120则具有第二厚度的光致抗蚀剂层164，其中第二厚度优选地大于第一厚度。其中，基板152优选地为玻璃基板或石英(quartz)基板。
接着，利用图案化的光致抗蚀剂层161，进一步图案化上述的导电层154、介电层156、沟道层158与保护层160。其中，第一光掩模140优选地则为为半色调(half-tone)光掩模或灰阶(gray-scale)光掩模。第一光掩模140优选地包含有半透光区142、遮蔽区144与透光区146，以形成不同厚度的光致抗蚀剂层161。其中，介电层156优选地为栅极介电层。
接着去除电容区130与导线区110的光致抗蚀剂层162、保护层160与沟道层158。而晶体管区120的光致抗蚀剂层164的外环部分亦被去除。接着利用残留的光致抗蚀剂层164为掩模，去除暴露的保护层166，并露出部分的沟道层158，然后去除此残留的光致抗蚀剂层164，参见图1B。其中，沟道层158优选地为含硅层，例如是多晶硅层或非晶硅层。
参阅图1C，以图案化保护层166为掩模，离子掺杂180暴露的沟道层158以形成掺杂区170优选地包含有轻掺杂区174与重掺杂区172。其中轻掺杂区174与重掺杂区172可以两次不同浓度的离子进行掺杂，亦可利用保护层166的斜度使掺杂区形成不同的掺杂浓度。
然后，参阅图1D至1E，覆盖介电层168于其上，然后进行高温离子活化工艺。接着进行各向异性蚀刻190以形成侧壁间隙壁192于导电层154与介电层156的侧面。
参阅图1F，接着形成透明导电层230、导电层220与光致抗蚀剂层210于其上，并利用光掩模200进行图案化。其中光掩模200优选地为半色调(half-tone)光掩模或灰阶(gray-scale)光掩模。光掩模200优选地包含有半透光区202、遮蔽区204与透光区206，以形成不同厚度的光致抗蚀剂层210。其中，位于晶体管区120的光致抗蚀剂层214的厚度较位于电容区130及像素电极区的光致抗蚀剂层212的厚度为厚。
同时参阅图1F、1G与1H，利用蚀刻工艺图案化上述的透明导电层230与导电层220，接着去除光致抗蚀剂层212的部分，并利用残余的光致抗蚀剂层214图案化导电层220以形成导电层221与导电层222，例如是第一导线与第二导线分别位于保护层166的两侧，并电性连接沟道层158。
另参阅图2A、2B与2C，接着以保护层166、导电层221与导电层222为掩模，去除暴露的沟道层158的掺杂区170，以在导电层221与导电层222分别形成源/漏区176。其中，在形成上述的透明导电层230之前，还可以形成金属薄膜于沟道层158之上，以降低彼此之间的接触电阻。
参阅图3，其为绘示本发明的薄膜晶体管结构的制作方法的另一优选实施例的示意图。此优选实施例与图1A至1H的优选实施例的不同处，在在当基材352上的导电层354、介电层356与沟道层358图案化后，利用热氧化或阳极氧化工艺以在导电层354的侧面，分别形成氧化间隙壁302/304/306。
再参阅图4，其为绘示本发明的薄膜晶体管结构的制作方法的再一优选实施例的示意图。此优选实施例与图1A至1H的优选实施例的不同处，在于形成N+非晶硅层502于导电层622的下方，亦即第一导线与第二导线的下方，以取代利用保护层166为掩模，掺杂暴露的沟道层158的步骤所形成所需的源/漏极。而在导电层622的上方则形成图案化的透明导电层630，以作为像素电极。
本发明的薄膜晶体管结构与其制作方法可有效地减少所需的光掩模数量，以用来制作液晶显示器所需的薄膜晶体管，故不仅可降低液晶显示器所需光掩模成本，亦可有效地降低液晶显示器的生产成本。上述的薄膜晶体管优选地为低温多晶硅薄膜晶体管(low temperature polysilicon thin filmtransistor；LTPS TFT)或者是非晶硅薄膜晶体管(amorphous silicon thin filmtransistor；a-Si TFT)。
如本领域的技术人员所了解的，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明的权利要求。凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等同改变或修饰，均应包含在下述的权利要求内。
权利要求
1.一种薄膜晶体管结构的制作方法，至少包含下列步骤在基板上形成图案化堆叠层，包括由下而上堆叠的第一导电层、第一介电层、沟道层、保护层与第一光致抗蚀剂层；去除图案化第一光致抗蚀剂层的外环部分，形成图案化第二光致抗蚀剂层；以该图案化第二光致抗蚀剂层为掩模，去除暴露的该保护层，露出部分该沟道层；去除该图案化第二光致抗蚀剂层；以该图案化保护层为掩模，掺杂暴露部分的该沟道层；在该第一导电层与该第一介电层的侧壁形成侧壁间隙壁；在该图案化保护层两侧分别形成第一导线与第二导线，电性连接该沟道层；以及以该图案化保护层与该第一导线与第二导线为掩模，去除暴露的该沟道层。
2.如权利要求1的薄膜晶体管结构的制作方法，其中形成该图案化堆叠层包括下列步骤在基板上依序形成第一导电层、第一介电层、沟道层与保护层；形成该图案化第一光致抗蚀剂层于该保护层上，该图案化第一光致抗蚀剂层具有薄膜晶体管栅极与栅极导线的图案；利用该图案化第一光致抗蚀剂层为掩模，去除暴露的该保护层、该沟道层、该第一介电层以及该第一导电层；
3.如权利要求2的薄膜晶体管结构的制作方法，其中上述的基板为玻璃基板或石英基板。
4.如权利要求2的薄膜晶体管结构的制作方法，其中上述的第一介电层包含栅极介电层。
5.如权利要求2的薄膜晶体管结构的制作方法，其中上述的沟道层为含硅层。
6.如权利要求5的薄膜晶体管结构的制作方法，其中上述的含硅层为多晶硅层。
7.如权利要求5的薄膜晶体管结构的制作方法，其中上述的含硅层为非晶硅层。
8.如权利要求1的薄膜晶体管结构的制作方法，其中上述的形成第一导线与第二导线之前，还包含形成透明导电层。
9.如权利要求8的薄膜晶体管结构的制作方法，其中上述的形成透明导电层之前，还包含形成金属薄膜于该沟道层之上，以降低彼此之间的接触电阻。
10.如权利要求1的薄膜晶体管结构的制作方法，还包含利用热氧化或阳极氧化该第一导电层，以形成氧化间隙壁于该第一导电层的侧面。
11.如权利要求1的薄膜晶体管结构的制作方法，其中上述的以该图案化保护层为掩模，掺杂暴露部分的该沟道层，还可以下列的步骤取代形成N+非晶硅层于该第一导线与该第二导线的下方；以及在该第二导线上方，形成图案化的透明导电层。
12.一种平面显示装置的半导体结构的制作方法，至少包含下列步骤提供基板，该基板上定义有晶体管区、电容区与导线区；在该基板上依序形成第一导电层、第一介电层、沟道层与保护层；在该保护层上形成图案化第一光致抗蚀剂层，该图案化第一光致抗蚀剂层在该电容区与该导线区具有第一厚度且在该晶体管区具有第二厚度，该第二厚度大于该第一厚度；以该图案化第一光致抗蚀剂层为掩模，去除暴露的该保护层、该沟道层、该第一介电层与该第一导电层；去除该电容区与该导线区的该光致抗蚀剂层、该保护层与该沟道层；去除该晶体管区的该图案化第一光致抗蚀剂层的外环部分，形成图案化第二光致抗蚀剂层；以该图案化第二光致抗蚀剂层为掩模，去除暴露的该保护层，露出该晶体管区的部分该沟道层；去除该图案化第二光致抗蚀剂层；以该图案化保护层为掩模，掺杂该晶体管区的暴露部分的该沟道层；在该第一导电层与该第一介电层的侧壁形成侧壁间隙壁；以及在该图案化保护层两侧分别形成第一导线与第二导线电性连接该沟道层，且该第一导线与该第二导线的下方的该沟道层中分别形成源极与漏极，并且形成像素电极以电性连接该第一导线与该第二导线其中之一。
13.如权利要求12的平面显示装置的半导体结构的制作方法，其中上述的基板为玻璃基板或石英基板。
14.如权利要求12的平面显示装置的半导体结构的制作方法，其中上述的第一介电层包含该晶体管区的栅极介电层。
15.如权利要求12的平面显示装置的半导体结构的制作方法，其中上述的沟道层为多晶硅层或非晶硅层。
16.如权利要求12的平面显示装置的半导体结构的制作方法，其中上述的像素电极形成于该第一导线与该第二导线之前。
17.如权利要求16的平面显示装置的半导体结构的制作方法，还包含形成金属薄膜于该像素电极与该沟道层之间，以降低彼此之间的接触电阻。
18.如权利要求12的平面显示装置的半导体结构的制作方法，还包含利用热氧化或阳极氧化该第一导电层，以形成氧化间隙壁于该第一导电层的侧面。
19.如权利要求12的平面显示装置的半导体结构的制作方法，其中上述的以该图案化保护层为掩模，掺杂暴露部分的该沟道层，还可以下列的步骤取代形成N+非晶硅层于该第一导线与该第二导线的下方，以构成该源极与该漏极。
20.如权利要求19的平面显示装置的半导体结构的制作方法，其中上述的像素电极形成于该第二导线之上。
全文摘要
本发明公开了一种薄膜晶体管结构的制作方法，其包含下列步骤。首先，在基板上形成图案化堆叠层，包含有第一导电层、第一介电层、沟道层、保护层与第一光致抗蚀剂层。接着，去除图案化第一光致抗蚀剂层的外环部分，并去除暴露的保护层与部分沟道层。移除残留的光致抗蚀剂层，再以图案化保护层为掩模，掺杂暴露部分的沟道层。在第一导电层与第一介电层的侧壁形成侧壁间隙壁，并形成导线电性连接沟道层。以图案化保护层与导线为掩模，去除暴露的沟道层。
文档编号G02F1/13GK101075564SQ20071010827
公开日2007年11月21日 申请日期2007年6月7日 优先权日2007年6月7日
发明者陈昱丞 申请人:友达光电股份有限公司