专利名称：薄膜晶体管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种薄膜晶体管及其制造方法，其中应用由平坦化有机层平坦化的无机层来减少用于形成接触孔所必需的掩膜数。
背景技术：
通常，在平板显示器中，有机发光显示器(OLED)具有更大的工作温度范围、优良的抗冲击性和抗振性、更快的响应时间和更广的视角，因此能够提供更清晰的活动图像。所以，作为下一代平板显示器，OLED得到关注。
OLED通过电子和空穴相结合而在半导体中形成电子-空穴对来产生光，或者通过能够进入更高能级和回到基态能级或稳定态的载流子来产生光。
取决于驱动方法，OLED是无源矩阵(PM)型或有源矩阵(AM)型。PMOLED具有分离的驱动源，而AMOLED使用薄膜晶体管(TFT)作为开关器件。
图1是常规AM有机电致发光(EL)显示器的截面图。在制造具有上述结构的有机EL显示器的方法中，通过一系列半导体制造工艺，在衬底10上形成具有缓冲层(未示出)、半导体层11、源极/漏极区域14-1和14-2、栅极绝缘层12、栅极电极13、层间绝缘层15、通孔16-1和16-2、及源极/漏极电极17-1和17-2的TFT。
接着，在衬底10上TFT上方沉积无机层18-1(优选氮化硅层)作为钝化层18来覆盖源极/漏极电极17-1、17-2。当在无机层18-1上形成光致抗蚀剂图案之后，通过使用光致抗蚀剂图案作为掩膜的蚀刻工艺，形成暴露源极/漏极电极17-2的接触孔或通孔19-1。然后通过氧等离子体工艺、光致抗蚀剂剥离工艺或其它类似工艺除去光致抗蚀剂图案。
接下来，当在接触孔或通孔19-1上形成光敏型或蚀刻型有机平坦化层18-2和形成光致抗蚀剂图案之后，对光致抗蚀剂图案进行另一个掩膜蚀刻工艺，由此在有机平坦化层18-2中形成接触孔或通孔19。
接着，当在衬底10的整个表面上形成导电材料之后，随同曝光、显影和蚀刻工艺进行典型的光刻工艺，由此形成像素电极20，其通过接触孔或通孔19连接到源极/漏极电极17-2。
然后在衬底10的整个表面上形成平坦化层21，从而覆盖像素电极20，且形成开口22来暴露像素电极20。
最后，通过在像素电极20上形成有机层(未示出)和上电极(未示出)制造出AM有机EL显示器。
在该例中，通过使用无机层18-1和有机平坦化层18-2的两个蚀刻工艺来形成接触孔或通孔19。但是，使用两个或更多蚀刻工序和至少两个掩膜来形成接触孔或通孔19使制造工艺复杂化。
图2A、图2B和图2C是扫描电子显微镜(SEM)照片，示出具有上述结构并使用上述工艺制造的TFT的截面。
图2A示出在源极/漏极电极17-1、17-2之一上沉积的无机层18-1和其上沉积的有机平坦化层18-2。图2B示出接触孔或通孔19具有由无机层18-1和有机平坦化层18-2产生的台阶。图2C示出在有机平坦化层18-2与像素电极20之间可发生层离(暗黑部分)和裂纹。层离(delamination)可由有机平坦化层18-2和像素电极20之间不良的附着而引起，其可使杂质和湿气渗入器件。
发明内容
本发明提供一种在钝化层与像素电极之间具有改进的附着的薄膜晶体管，该钝化层是在源极/漏极电极上形成的。
本发明还提供一种具有更长的使用寿命的薄膜晶体管。
本发明还提供一种薄膜晶体管，其包括在源极/漏极电极和像素电极之间形成的无机层。
本发明还提供一种薄膜晶体管，其使用更少掩膜来形成将像素电极与源极/漏极电极连接的接触孔或通孔。
在以下说明书中将提出本发明的附加特征，并且在一定程度上其将通过说明而变得明显，或可通过本发明的实践而了解之。
本发明公开了一种薄膜晶体管，包括在衬底上形成的半导体层；在具有半导体层的衬底上形成的栅极绝缘层；在半导体层上方栅极绝缘层上形成的栅极电极；在栅极两侧的半导体层中形成的源极/漏极区域；在衬底的整个表面上形成的、且具有暴露源极/漏极电极的接触孔/通孔的层间绝缘层；在层间绝缘层上形成的、且通过接触孔/通孔与源极/漏极区域相接触的源极/漏极电极；和在像素电极和层间绝缘层之间形成的钝化层，其中无机层的顶部暴露在衬底的整个表面上从而直接与像素电极相接触，且有机平坦化层位于不与像素电极相接触的一些无机层区域上。
本发明还公开了一种薄膜晶体管，包括在衬底上形成的半导体层；在具有半导体层的衬底上形成的栅极绝缘层；在半导体层上方栅极绝缘层上形成的栅极电极；在栅极两侧的半导体层上形成的源极/漏极区域；在衬底的整个表面上形成的、且具有暴露源极/漏极电极的接触孔/通孔的层间绝缘层；在层间绝缘层上形成的、且通过接触孔/通孔与源极/漏极区域相接触的源极/漏极电极；在衬底和源极/漏极区域上形成的、且与源极/漏极电极相接触的像素电极；在像素电极和层间绝缘层之间形成的、且具有暴露源极/漏极电极之一的接触孔或通孔的钝化层，其中在钝化层中，无机层的顶部暴露在衬底的整个表面上从而直接与像素电极相接触，且有机平坦化层位于不与像素电极相接触的一些无机层区域上；和在衬底的整个表面上形成的、且具有露出像素电极的开口的平坦化层。
本发明还公开了一种制造薄膜晶体管的方法，包括在衬底上形成半导体层；在具有半导体层的衬底上形成栅极绝缘层；在半导体层上的栅极绝缘层上形成栅极；将杂质离子注入到半导体层中，从而在栅极两侧的半导体层中形成源极/漏极区域；在衬底的整个表面上形成层间绝缘层；对层间绝缘层的选定区域进行蚀刻，从而形成暴露源极/漏极区域的接触孔/通孔；形成与源极/漏极区域通过在层间绝缘层上形成的接触孔/通孔相接触的源极/漏极电极；在衬底的整个表面上，依次形成作为钝化层的无机层和有机平坦化层；覆盖式蚀刻有机平坦化层从而暴露无机层的顶部；对选择的无机层区域进行蚀刻，从而形成暴露源极/漏极电极之一的接触孔或通孔。
本发明还公开了一种平坦化薄膜晶体管的方法，包括设置具有半导体层、栅极、源极/漏极区域和源极/漏极电极的薄膜晶体管；在衬底的整个表面上形成无机层和有机平坦化层，从而覆盖源极/漏极电极；及覆盖式蚀刻有机平坦化层直到露出无机层的顶部。
应当理解，上述的一般性说明和下面的详细说明是示范性和解释性的，且目的是对权利要求限定的发明提供进一步的解释。
附图提供对发明的进一步理解，包括在说明书中并构成说明书的一部分，其示出了发明的实施例，且和说明书一起解释本发明的原理。其中图1是常规有源矩阵(AM)有机电致发光(EL)显示器的截面图；图2A、图2B和图2C是示出AM有机EL显示器的薄膜晶体管(TFT)的截面的扫描电子显微镜(SEM)照片；图3是具有依照本发明的示范性实施例的薄膜晶体管的AM有机EL显示器的截面图；图4A、图4B、图4C、图4D和图4E是说明具有依照本发明的示范性实施例的薄膜晶体管的AM有机EL显示器的制造方法的截面图；图5是示出AM有机EL显示器的薄膜晶体管的截面的SEM照片。
具体实施例方式
下面参照附图，将更全面地描述本发明，其中示出了本发明的优选实施例。但是，本发明可以以不同的形式来实施，且不应解释为局限于这里提出的实施例。而是，提供这些实施例，使得本公开更加全面和完整，并对本领域技术人员全面地表达发明的范围。附图中，为了清楚，将层和区域的厚度放大。说明书中相同的附图标记始终表示相同的部件。在某物“上”形成其他物不需要实际的物理接触。
图3是具有依照本发明的示范性实施例的薄膜晶体管的AM有机EL显示器的截面图，且图4A、图4B、图4C、图4D和图4E是图3的“A”区域的截面图，用于示出EL显示装置的制造方法，其中F包括源极/漏极电极之下的下层结构。图5是示出图3的“A”区域的SEM照片。
参照图3，通过常规工艺在透明绝缘衬底50(例如为玻璃衬底或塑料)上形成多晶硅层，并且对之构图从而形成具有岛形的半导体层51。
在半导体层51上形成栅极绝缘层52。在栅极绝缘层52上沉积并构图栅极金属层来形成栅极电极53。
接着，将n型或p型杂质离子注入到半导体层51中，从而在半导体层51中形成源极/漏极区域54-1、54-2。在栅极绝缘层52和栅极电极53上形成层间绝缘层55。
然后，在层间绝缘层55上形成光致抗蚀剂图案(PR)，并使用光致抗蚀剂图案作为掩膜，通过对选择的区域进行蚀刻，形成接触孔或通孔56-1、56-2，由此暴露源极/漏极区域54-1、54-2。
然后，通过在层间绝缘层55和接触孔/通孔56-1、56-2上沉积和构图金属材料，形成源极/漏极电极57-1、57-2。通过接触孔/通孔56-1、56-2，将源极/漏极电极57-1、57-2连接到源极/漏极区域54-1、54-2。
参照图4A和4B，在衬底的整个表面上依次形成无机层58-1和有机平坦化层58-2，作为钝化层，从而覆盖源极/漏极电极57-1、57-2。接着对有机平坦化层58-2进行毯式蚀刻工艺(blanket etching process)，直到露出无机层58-1的顶部。
可进行毯式蚀刻工艺，使得无机层58-1对于有机平坦化层58-2的蚀刻选择度在大约0.3到大约3.0的范围内，并优选在大约0.5到大约2.0的范围内。
优选地，毯式蚀刻工艺为干蚀刻工艺。干蚀刻工艺可以是物理干蚀刻工艺，例如离子束蚀刻和RF溅射蚀刻；化学干蚀刻工艺；或物理-化学干蚀刻工艺，例如等离子体蚀刻、反应离子蚀刻、反应溅射蚀刻、反应离子束蚀刻、电子诱导(electron induced)化学干蚀刻和光子诱导(photon induced)化学干蚀刻。由于从湿蚀刻工艺可能得不到所需蚀刻形状，因此优选干蚀刻工艺。
图5示出毯式蚀刻工艺之后的平坦化的无机层58-1，也示出了在源极/漏极电极之一上形成的无机层58-1，且有机平坦化层58-2位于无机层58-1的两侧。
可使用氮化硅层或氧化硅层来形成无机层58-1。该无机层58-1作为阻挡层，可防止外部湿气或杂质的扩散，并且也作为保护源极/漏极电极57-1、57-2的钝化层。
可使用光敏有机聚合物或蚀刻型有机化合物来形成有机平坦化层58-2。光敏有机聚合物可以是聚丙烯酸酯类树脂、环氧树脂、苯酚树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、不饱和聚酯树脂、聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂和苯并环丁烯(BCB)。通常使用苯并环丁烯(BCB)作为有机平坦化层，因为其具有至少95％的平坦度、小吸收率和良好的附着，以及至少90％的透射率。
参照图4C和图4D、图4E，在有机层58-2上形成光致抗蚀剂图案PR，然后使用光致抗蚀剂图案作为掩膜，通过蚀刻被选择来包括无机层58-1的区域形成接触孔或通孔59。因此，穿过接触孔或通孔59，可以将源极/漏极电极57-2与像素电极60进行电连接，从而完成依照本发明的示范性实施例的薄膜晶体管。
如上所述，使用一个而不是现有技术中的两个掩膜来蚀刻将像素电极与源极/漏极电极57-2连接的接触孔或通孔59。
用来形成接触孔或通孔59的蚀刻工艺可以是湿蚀刻工艺或干蚀刻工艺，但是优选干蚀刻工艺。可使用包括离子束蚀刻、RG溅射蚀刻和反应离子束蚀刻RIE的各种方法来作为干蚀刻工艺。
通过毯式蚀刻工艺平坦化的无机层58-1直接接触像素电极60。对于无机层58-1，与由金属材料制成的像素电极的附着是极好的，其可防止由钝化层58和像素电极60之间的不良附着而引起的像素电极60的层离。
更具体地，本发明的示范性实施例中的平坦化的无机层58-1防止有机平坦化层58-2和像素电极60的层离或开裂，这种层离或开裂是由于有机平坦化层58-2和像素电极60之间的不良附着而引起的。由此，可防止湿气和杂质的渗入，因此延长了薄膜晶体管和使用该晶体管的AM有机EL显示器的使用寿命。
也可使用单个蚀刻工艺替代两个蚀刻工艺来形成接触孔或通孔59，由此简化制造工艺。
此外，可适当地将上述薄膜晶体管引入AM有机EL显示器。
通过依照本发明的示范性实施例的一系列半导体工艺，可制造薄膜晶体管，该晶体管可包括具有源极/漏极区域54-1和54-2的半导体层51、栅极电极53、及源极/漏极电极57-1和57-2，并且还包括用于将像素电极60与源极/漏极电极57-2连接的接触孔或通孔59。
具有接触孔或通孔59的钝化层58可由在衬底50的整个表面上的无机层58-1形成。
然后，在钝化层58上形成像素电极60，并通过接触孔或通孔59与源极/漏极电极57-1、57-2之一进行电连接。
接着，在钝化层58上和像素电极60的边缘部分上形成用于平坦化的绝缘层61，该层具有暴露像素电极60的开口62。
然后，尽管未示出，但在开口62处的像素电极60上形成有机层，并且在包含有机层的绝缘层上形成上部电极。一旦封装，则制造出AM有机EL显示器。
如上所述和图3中所示，薄膜晶体管(TFT)可以是顶部栅极结构的TFT。但是，TFT也可以是底部栅极结构的TFT。
如上所述，根据依照本发明的示范性实施例的制造薄膜晶体管的方法，使用一个掩膜形成将像素电极与源极/漏极电极电连接的接触孔或通孔，由此简化整个工艺。
此外，本发明中，形成具有露出的上面部分的无机层，且露出部分直接与像素电极接触，由此改进了钝化层和像素电极之间的附着。
此外，钝化层包括平坦化的无机层，其可保护源极/漏极电极不受外部杂质和湿气的入侵，由此延长薄膜晶体管的使用寿命。
对于本领域技术人员显见，在不脱离本发明精神或范围的情况下可在本发明中做出各种修改和变形。因此，在附加的权利要求和其等价物的范围内的本发明的修改和变形都涵盖在本发明中。
权利要求
1.一种薄膜晶体管，包括在衬底上形成的半导体层；在具有所述半导体层的衬底上形成的栅极绝缘层；在所述半导体层上方的所述栅极绝缘层上形成的栅极电极；在所述栅极两侧的所述半导体层中形成的源极/漏极区域；在所述衬底的整个表面上形成的、且具有暴露源极/漏极电极的接触孔/通孔的层间绝缘层；在所述层间绝缘层上形成的、且通过所述接触孔/通孔与所述源极/漏极区域相接触的源极/漏极电极；和在像素电极和所述层间绝缘层之间形成的钝化层，其中无机层的顶部暴露在所述衬底的整个表面上从而直接与该像素电极相接触，且有机平坦化层位于不与该像素电极相接触的一些所述无机层区域上。
2.如权利要求1的薄膜晶体管，其中，在以均匀的厚度沉积在所述源极/漏极电极上且以凹凸形状在衬底上形成的无机层中，所述有机平坦化层形成在该凹凸的凹区域处。
3.如权利要求1的薄膜晶体管，其中，所述无机层包括氮化硅层和氧化硅层中的至少一中。
4.如权利要求1的薄膜晶体管，其中，所述有机平坦化层选自由聚丙烯酸脂树脂、环氧树脂、苯酚树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、不饱和聚酯树脂、聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂和苯并环丁烯(BCB)构成的组。
5.如权利要求1的薄膜晶体管，其中，所述薄膜晶体管为顶部栅极结构或底部栅极结构。
6.如权利要求1的薄膜晶体管，其中，所述薄膜晶体管为有机电致发光显示器的单元像素中的驱动晶体管。
7.一种制造薄膜晶体管的方法，包括在衬底上形成半导体层；在具有所述半导体层的衬底上形成栅极绝缘层；在所述半导体层上的所述栅极绝缘层上形成栅极；离子注入杂质到所述半导体层中，从而在所述栅极两侧的所述半导体层中形成源极/漏极区域；在所述衬底的整个表面上形成层间绝缘层；对所述层间绝缘层的选定区域进行蚀刻，从而形成暴露所述源极/漏极区域的接触孔/通孔；形成通过在所述层间绝缘层上形成的接触孔/通孔与所述源极/漏极区域相接触的源极/漏极电极；在所述衬底的整个表面上，依次形成作为钝化层的无机层和有机平坦化层；覆盖式蚀刻所述有机平坦化层从而暴露所述无机层的顶部；对所述无机层的选定区域进行蚀刻，从而形成暴露所述源极/漏极电极之一的接触孔或通孔。
8.如权利要求7的方法，其中进行毯式蚀刻工艺直到暴露出所述无机层的顶部。
9.如权利要求8的方法，其中进行毯式蚀刻工艺，使得所述无机层相对所述有机平坦化层的蚀刻选择性在大约0.3到3.0的范围内。
10.如权利要求8的方法，其中进行毯式蚀刻工艺，使得所述无机层相对所述有机平坦化层的蚀刻选择性在大约0.5到2.0的范围内。
11.如权利要求8的方法，其中所述毯式蚀刻工艺是干蚀刻工艺。
12.如权利要求11的方法，其中所述干蚀刻工艺选自由物理干蚀刻工艺，例如离子束蚀刻和RF溅射蚀刻；化学干蚀刻工艺；和物理-化学干蚀刻工艺，例如等离子体蚀刻、反应离子蚀刻、反应溅射蚀刻、反应离子束蚀刻、电子诱导化学干蚀刻和光子诱导化学干蚀刻构成的组。
13.一种平坦化薄膜晶体管的方法，包括设置具有半导体层、栅极、源极/漏极区域和源极/漏极电极的薄膜晶体管；在衬底的整个表面上形成无机层和有机平坦化层，从而覆盖所述源极/漏极电极；及覆盖式蚀刻所述有机平坦化层直到露出所述无机层的顶部。
14.如权利要求13的方法，其中进行毯式蚀刻工艺，使得所述无机层相对所述有机平坦化层的蚀刻选择性在大约0.3到3.0的范围内。
15.如权利要求13的方法，其中进行毯式蚀刻工艺，使得所述无机层相对所述有机平坦化层的蚀刻选择性在大约0.5到2.0的范围内。
16.如权利要求13的方法，其中所述毯式蚀刻工艺是干蚀刻工艺。
17.如权利要求16的方法，其中所述干蚀刻工艺选自由物理干蚀刻工艺，例如离子束蚀刻和RF溅射蚀刻；化学干蚀刻工艺；和物理-化学干蚀刻工艺，例如等离子体蚀刻、反应离子蚀刻、反应溅射蚀刻、反应离子束蚀刻、电子诱导化学干蚀刻和光子诱导化学干蚀刻构成的组。
18.一种薄膜晶体管，包括在衬底上形成的半导体层；在具有所述半导体层的衬底上形成的栅极绝缘层；在所述半导体层上方的所述栅极绝缘层上形成的栅极电极；在所述栅极两侧的所述半导体层中形成的源极/漏极区域；在所述衬底的整个表面上形成的、且具有暴露所述源极/漏极电极的接触孔/通孔的层间绝缘层；在所述层间绝缘层上形成的、且通过接触孔/通孔与所述源极/漏极区域相接触的源极/漏极电极；在所述衬底和所述源极/漏极区域上形成的、且与所述源极/漏极电极相接触的像素电极；在所述像素电极和所述层间绝缘层之间形成的、且具有所述暴露源极/漏极电极之一的接触孔或通孔的钝化层，其中在该钝化层中，所述无机层的顶部暴露在所述衬底的整个表面上从而直接与所述像素电极相接触，且所述有机平坦化层位于不与所述像素电极相接触的所述无机层的区域上；和在所述衬底的整个表面上形成的、且具有露出所述像素电极的开口的平坦化层。
19.如权利要求18的薄膜晶体管，其中在以均匀的厚度沉积在所述源极/漏极电极上且以凹凸形状在衬底上形成的无机层中，所述有机平坦化层形成在所述凹凸的凹区域处。
20.如权利要求18的薄膜晶体管，其中，所述无机层包括氮化硅层和氧化硅层中的至少一层。
21.如权利要求18的薄膜晶体管，其中，所述有机平坦化层选自由聚丙烯酸脂树脂、环氧树脂、苯酚树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、不饱和聚酯树脂、聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂和苯并环丁烯(BCB)构成的组。
22.如权利要求17的薄膜晶体管，其中，将所述像素电极与所述源极/漏极电极之一连接的所述接触孔或通孔没有台阶。
全文摘要
本发明公开了一种薄膜晶体管及其制造方法。更具体地，提供一种具有薄膜晶体管的薄膜晶体管和及其制造方法，其中在衬底表面上在薄膜晶体管的源极/漏极电极上依次形成无机层和有机平坦化层，该薄膜晶体管具有半导体层、栅极、源极/漏极区域和源极/漏极电极，并对有机平坦化层进行毯式蚀刻工艺来平坦化无机层。当在无机层上形成光致抗蚀剂图案之后，进行蚀刻工艺来形成将像素电极与源极/漏极电极之一连接的孔。依照该制造方法，可使用一个掩膜形成孔，由此简化了制造工艺，并通过由上述形成的无机层改进了与像素电极的附着。可将此薄膜晶体管适当地应用于有源矩阵有机电致发光显示器。
文档编号H01L21/336GK1652350SQ20041007587
公开日2005年8月10日 申请日期2004年11月25日 优先权日2003年11月25日
发明者任忠烈, 姜泰旭, 郑仓龙 申请人:三星Sdi株式会社