专利名称：氧化物薄膜晶体管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及氧化物薄膜晶体管(TFT)及其制造方法，更具体地，涉及利用氧化物半导体作为有源层的氧化物TFT及其制造方法。
背景技术：
随着消费者对信息显示器的兴趣的增长以及对便携式(移动)信息装置的需求的增大，对代替常规显示器装置阴极射线管(CRT)的轻而薄的平板显示器(FPD)的研究和商品化已经增加。在FPD中，液晶显示器(IXD)是一种通过利用液晶的光学各向异性而用于显示图像的装置。由于LCD装置展现出优越的分辨率、色彩显示度以及图像质量，所以它们被普遍应用于笔记本电脑或台式机监视器等。LCD包括滤色器基板、阵列基板以及形成在该滤色器基板与该阵列基板 之间的液晶层。普遍应用于IXD的有源矩阵(AM)驱动方法是通过利用非晶硅薄膜晶体管(a-SiTFT)作为开关部件来驱动像素单元中的液晶分子的方法。现在将参照图I详细描述现有IXD的结构。图I是示出了现有IXD装置的分解立体图。如图I所示，IXD包括滤色器基板5、阵列基板10以及形成在滤色器基板5与阵列基板10之间的液晶层30。滤色器基板5包括滤色器(C)，滤色器(C)包括多个子滤色器7，其实现红色、绿色和蓝色；黑底6，其用于划分子滤色器7且阻碍光穿透液晶层30 ;以及透明公共电极8，其用于将电压施加到液晶层30。阵列基板10包括多条选通线16和多条数据线17，它们垂直和水平地布置以限定多个像素区(P);开关部件TFT (T)，其形成在选通线16与数据线17的相应交叉处；以及像素电极18，其形成在像素区(P)上。通过在图像显示区的边缘处形成的密封剂(未示出)将滤色器基板5与阵列基板10以相面对的方式附接，来形成液晶面板，并且通过在滤色器基板5或阵列基板10上所形成的结合销(未示出)来进行滤色器基板5与阵列基板10的附接。上述IXD轻便并且具有低功耗，因此，IXD得到很大关注，但是IXD是光接收装置而非发光装置，并且在亮度、对比度、可视角度等方面具有技术局限性。因而，对能够克服这些缺点的新型显示装置的开发已经在积极进行中。有机发光二极管(0LED)是一种自发光的新型平板显示装置，相比IXD具有良好的可视角度和对比度，并且由于它不需要背光，因此它可以做得更轻且更薄，并且在功耗方面具有优势。此外，OLED可以利用低DC电压驱动并且具有快的响应速度。特别地，OLED在制造成本方面具有优势。近来，针对增大OLED显示装置的尺寸的研究已经在积极进行，并且为了实现这种大规模OLED显示装置，需要开发出能够保证恒定电流特性的晶体管作为OLED的驱动晶体管，以保证稳定的工作并且耐用。用于上述IXD的非晶硅薄膜晶体管(TFT)可以在低温工艺下制出，但是它具有非常小的迁移率并且不能满足恒定电流偏置条件。此外，多晶硅TFT具有高迁移率并且满足恒定电流偏置条件，但是不能保证均匀的特性，使得其难以增大面积，并且需要高温工艺。因此，已开发了利用氧化物半导体形成有源层的氧化物半导体TFT。氧化物半导体基于包括在由于金属和氧气结合而形成的金属氧化物中的具有半导体特性的材料来形成大的球形S轨道，因此尽管该氧化物半导体是非晶的，但是电子能够容易地移动，实现快速迁移率。这里，当氧化物半导体应用到具有底栅结构的现有TFT时，在刻蚀源极和漏极的工艺期间，特别是在使用等离子体的干法刻蚀期间，该氧化物半导体被损坏。为了避免该问题，选择蚀刻阻止层额外形成在有源层的上部，但是在这种情况下，由于工艺误差而不能针对整个像素单元均匀地对蚀刻阻止层进行构图，所以难以实现 IOym或更小的短沟道，并且不利地添加了光刻工艺(下文称作“光照工艺”)。图2是顺序地示出了现有氧化物TFT的截面图。如图2所示，现有氧化物TFT包括形成在特定基板10上的栅极21、形成在栅极21上的栅绝缘层15a、栅绝缘层15a上的由氧化物半导体形成的有源层24以及由特定的绝缘材料制成的蚀刻阻止层25、与有源层24的特定区域电连接的源极22和漏极23、形成在源极22和漏极23上的保护膜15b以及与漏极23电连接的像素电极18。图3A至图3F是依次示出了图2所示的现有TFT的制造工艺的截面图。如图3A所示，在特定的基板10的整个表面上沉积第一导电膜，并接着通过光照工艺进行选择性构图，以形成由第一导电膜制备的栅极21。接着，如图3B所示，将栅绝缘层15a以及由特定的氧化物半导体制备的氧化物半导体层顺序地沉积在基板10的整个表面上，并利用光照工艺进行选择性构图，以在栅极21上形成由氧化物半导体制备的有源层24。接着，如图3C所示，在基板10的整个表面上沉积由特定的绝缘材料制备的绝缘层，并且接着利用光照工艺进行选择性构图，以在有源层24上形成由该绝缘材料制备的蚀刻阻止层25。此后，如图3D所示，在其上形成有蚀刻阻止层25的基板10的整个表面上形成第二导电膜，接着通过光照工艺进行选择性构图，以在有源层24和蚀刻阻止层25上形成由第二导电膜制备并与有源层24的源区和漏区电连接的源极22和漏极23。接着，如图3E所示，在其上形成有源极22和漏极23的基板10的整个表面上形成保护膜15b，接着通过光照工艺进行选择性构图，以形成将漏极23的一部分露出的接触孔40。接着，如图3F所示，在基板10的整个表面上形成第三导电膜，接着通过光照工艺进行选择性构图，以形成通过接触孔与漏极23电连接的像素电极18。为了制造具有以上结构的氧化物TFT，需要额外的光照工艺来形成蚀刻阻止层，此夕卜，由于该蚀刻阻止层的使用，难以实现IOym或更小的短沟道。即，需要实现短沟道以便将快速迁移率的优点应用于有机电致发光装置或者实现高分辨率产品的高透光率，但是沟道长度由蚀刻阻止层的线路宽度来确定，并且由于针对栅极、蚀刻阻止层以及源极和漏极之间设计余量需要精确率，所以由于工艺误差而不能针对整个像素单元均匀地对蚀刻阻止层进行构图，因而难以实现 ο μ m或更小的短沟道。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用氧化物半导体作为有源层并应用于大型显示器的氧化物薄膜晶体管(TFT)及其制造方法。本发明的另一目的是提供一种通过实现短沟道而具有增强的性能并通过简化的工艺形成的氧化物TFT及其制造方法。为了实现这些和其它优点，根据本发明的实施方式的目的，如具体实现和广义描述的，提供了一种制造氧化物薄膜晶体管(TFT)的方法，该方法包括以下步骤在基板上形 成由第一导电膜形成的栅极和选通线；在其上形成有所述栅极和所述选通线的所述基板上形成栅绝缘层；利用半色调曝光，在其上形成有所述栅绝缘膜的所述栅极的上部形成由第二导电膜形成的源极、第一漏极和第一数据线，并且在所述第一漏极的延伸部分和所述第一数据线上形成由第三导电膜形成的第二漏极和第二数据线；以及在所述源极和所述第一漏极上形成由氧化物半导体制备的有源层。所述有源层可以由基于非晶氧化锌的半导体制备。所述第二导电膜可以由从包括钥钛(MoTi)、铟锡氧化物(ΙΤ0)、钛、和钥(Mo)的组中选出的金属材料制备。所述第三导电膜可以由从包括铝、铜、银、和金的组中选出的、不同于所述第二导电膜的金属材料的金属材料制备。所述有源层可以形成为以岛的形式定位在所述第二数据线与所述第二漏极之间。为了实现这些和其它优点，根据本发明的实施方式的目的，如具体实现和广义描述的，还提供了一种制造氧化物薄膜晶体管(TFT)的方法，该方法包括以下步骤在基板上形成栅极和选通线；在其上形成有所述栅极和所述选通线的所述基板上形成栅绝缘层；在其上形成有所述栅绝缘膜的所述栅极的上部形成源极、第一漏极和第一数据线；在所述源极和所述第一漏极上形成由氧化物半导体制备的有源层；在所述有源层上形成蚀刻阻止层；以及在其上形成有所述蚀刻阻止层的所述有源层的上部形成第二源极和第二漏极，并且在所述第一数据线上形成第二数据线。所述第一漏极和所述第二漏极可以分别具有延伸到所述像素区的延伸部分，并且所述第二漏极的所述延伸部分可以形成在所述第一漏极的所述延伸部分上。为了实现这些和其它优点，根据本发明的实施方式的目的，如具体实现和广义描述的，还提供了一种氧化物薄膜晶体管(TFT)，该氧化物薄膜晶体管包括由第一导电膜形成并形成在基板上的栅极和选通线；形成在其上形成有所述栅极和所述选通线的所述基板上的栅绝缘层；由第二导电膜形成并形成在其上形成有所述栅绝缘膜的所述栅极的上部的源极、第一漏极和第一数据线；由第三导电膜形成并形成在所述第一漏极的延伸部分和所述第一数据线上的第二漏极和第二数据线；以及由氧化物半导体制备并形成在所述源极和所述第一漏极上的有源层。所述有源层可以由基于非晶氧化锌的半导体制备。所述第二导电膜可以由从包括钥钛(MoTi)、铟锡氧化物(ΙΤ0)、钛、和钥(Mo)的组中选出的金属材料制备。所述第三导电膜可以由从包括铝、铜、银和金的组中选出的不同于所述第二导电膜的金属材料的金属材料制备。所述有源层可以形成为以岛的形式定位在所述第二数据线与所述第二漏极之间。为了实现这些和其它优点，根据本发明的实施方式的 目的，如具体实现和广义描述的，还提供了一种氧化物薄膜晶体管(TFT)，该氧化物薄膜晶体管包括形成在基板上的栅极和选通线；形成在其上形成有所述栅极和所述选通线的所述基板上的栅绝缘层；形成在其上形成有所述栅绝缘膜的所述栅极的上部的源极、第一漏极和第一数据线；由氧化物半导体制备并形成在所述源极和所述第一漏极上的有源层；形成在所述有源层上的蚀刻阻止层；以及形成在其上形成有所述蚀刻阻止层的所述有源层的上部的第二源极和第二漏极；以及形成在所述第一数据线上的第二数据线。所述第一漏极和所述第二漏极可以分别具有延伸到所述像素区的延伸部分，并且所述第二漏极的所述延伸部分可以形成在所述第一漏极的所述延伸部分上。所述有源层的第一源区和第一漏区可以电连接到所述第一源极和所述第一漏极，并且所述有源层的第二源区和第二漏区可以电连接到所述第二源极和所述第二漏极。在根据本发明的实施方式的氧化物TFT及其制造方法中，非晶氧化物半导体被用作有源层，获得优良的均匀性，使得所述氧化物TFT可应用于大型显示器。在根据本发明的实施方式的氧化物TFT及其制造方法中，由于实现了范围在4μ m至ΙΟμπι的短沟道，所以增强了导通电流，减小了寄生电容或者增强了透光率。也就是说，可以增强所述大型氧化物TFT的性能。在根据本发明的实施方式的氧化物TFT及其制造方法中，蚀刻阻止层可以省略以节省光照工艺，使得可以获得简化工艺的效果。在根据本发明的实施方式的氧化物TFT及其制造方法中，由于所述源极和所述漏极形成在所述有源层的上部和下部，所以所述有源层与所述源极和所述漏极之间的接触面积增加，并且在这种情况下，可以改进欧姆接触以增强器件特性。
包括附图来提供对发明的进一步理解，附图被并入并构成本说明书的一部分，附图例示了发明的实施方式，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中图I是示意性地示出现有液晶显示器(IXD)装置的分解立体图；图2是示意性地示出现有氧化物薄膜晶体管(TFT)的截面图；图3Α至图3F是依次示出图2所示的现有氧化物TFT的制造工艺的截面图；图4是示意性地示出根据本发明的第一实施方式的氧化物薄膜晶体管(TFT)的截面图；图5是示意性地示出根据本发明的第一实施方式的LCD的阵列基板的一部分的平面图；图6Α至图6Ε是依次示出根据本发明的第一实施方式的图5所示的阵列基板的制造工艺的平面图7A至图7E是依次示出根据本发明的第一实施方式的图5所示的阵列基板的制造工艺的截面图；图8A至图8F是具体示出图6B和图7B所示的第二光照工艺的截面图；图9是示意性地示出根据本发明的第二实施方式的氧化物薄膜晶体管(TFT)的截面图；图10是示意性地示出根据本发明的第二实施方式的LCD的阵列基板的一部分的平面图；图IlA至图IlF是依次示出根据本发明的第二实施方式的图10所示的阵列基板的制造工艺的平面图；以及图12A至图12F是依次示出根据本发明的第二实施方式的图10所示的阵列基板 的制造工艺的截面图。
具体实施例方式将参照附图描述根据本发明的示例性实施方式的氧化物薄膜晶体管(TFT)及其制造方法。图4是示意性地示出根据本发明的第一示例性实施方式的氧化物TFT的截面图。图5是示意性地示出根据本发明的第一实施方式的LCD的阵列基板的一部分的平面图。这里，N条选通线与M条数据线交叉，使得实际的IXD装置中存在MXN个像素，但是为便于解释，附图中例示了单个像素。如图所示，选通线116与数据线117和117’被形成为垂直地和水平地设置以在阵列基板Iio上限定像素区域。作为开关部件的薄膜晶体管(TFT)形成在选通线116与数据线117和117’的交叉处。像素电极118形成在像素区域内部并连接到TFT，以与滤色器基板(未示出)的公共电极一起驱动液晶层(未示出)。这里，根据本发明的第一实施方式的氧化物TFT包括形成在阵列基板110上的栅极121 ;形成在栅极121上的栅绝缘层115a;形成在栅绝缘层115a上的第一数据布线(SP，源极122、第一漏极123和第一数据线117)和第二数据布线(S卩，第二漏极123’和第二数据线117’)以及由源极122和第一漏极123上的氧化物半导体形成并电连接到源极122和第一漏极123的有源层124。根据本发明的第一实施方式的氧化物TFT包括形成在其上形成有有源层124的阵列基板Iio上的保护膜115b以及通过形成在保护膜115b中的第一接触孔140电连接到第二漏极123’的像素电极118。这里，栅极121与选通线116相连，并且源极122的一部分在一个方向延伸从而与第一数据线117相连，而且第二数据线117’具有与第一数据线117基本相同的形状并形成在第一数据线117上。第二漏极123’形成在第一漏极123上，第一接触孔140a形成在该处。在此，通过利用氧化物半导体形成有源层124，根据本实施方式的氧化物TFT具有高迁移率，满足恒定电流测试状态，并且保证了均匀的特性，因此根据本发明的实施方式的氧化物TFT能够有利地应用于包括IXD和有机电致发光显示器的大型显示器。
此外，最近，强烈的关注和行动集中在透明电子电路上，而且采用氧化物半导体作为有源层124的氧化物TFT具有高迁移率并且可以在低温下制造，因此，氧化物TFT可以有利地应用于透明电子电路。并且，氧化物半导体具有宽的带隙(band gap),因此可以用于制造UVLED、白光LED以及具有高色纯度的其它元件，而且，由于可以在低温下对氧化物半导体进行处理，所以可以制造轻质和柔性的产品。氧化物半导体包括诸如a-IGZO的基于非晶氧化锌的半导体。在a_IGZ0中，锌构成主体，铟形成5s轨道，以通过导电带的交叠增加空穴迁移率，并且镓抑制金属氧化物薄膜沉积期间的氧空穴的生成，从而用来减小截止电流并增强实现TFT时的装置的可靠性。具有以上特性的根据本发明的第一实施方式的氧化物TFT通过在第一数据布线(gp，源极122和第一漏极123)上形成有源层124来实现短沟道。也就是说，由于有源层124形成在源极122和第一漏极123上，沟道长度可以被设置为是源极122与第一漏极123之间的距离，从而沟道长度可以被设计为比通过蚀刻阻止层的线路宽度确定沟道长度的现有 结构中的沟道长度短。并且，在根据本发明的第一实施方式的氧化物TFT中，由于省略了蚀刻阻止层，所以可以节省单个光照工艺，并且可以通过使用半色调曝光来形成第一数据布线和第二数据布线，以简化工艺。也就是说，现有的氧化物TFT相比现有的非晶硅TFT具有优良的性能，但是不利之处在于由于蚀刻阻止层的形成而应当额外执行光照工艺。然而，在本发明的第一实施方式中，在形成栅极121和栅绝缘层115a之后，利用异质金属材料形成第一数据布线和第二数据布线，并且这里，利用半色调曝光形成第一数据布线和第二数据布线，接着，对有源层124进行构图，从而在省略蚀刻阻止层的同时立刻形成保护膜115b。这里，在通过半色调曝光形成的第一数据布线和第二数据布线当中，与有源层124接触的第一数据布线可以由具有优良接触特性的金属材料制备，并且其它第二数据布线可以由具有优良导电性的金属材料制备，从而在大的氧化物TFT工艺中采用。在如上配置的根据本发明的第一实施方式的阵列基板110的边缘区域上，形成有分别电连接到选通线116和数据线117和117’的选通焊盘电极126p和数据焊盘电极127p，并且分别向选通线116和数据线117和117’发送从外部驱动电路单元(未示出)接收到的扫描信号和数据信号。也就是说，选通线116和数据线117和117’向驱动电路单元延伸并分别连接到选通焊盘线116p和数据焊盘线117p’，并且选通焊盘线116p和数据焊盘线117p’分别通过电连接到选通焊盘线116p和数据焊盘线117p’的选通焊盘电极126p和数据焊盘电极127p从驱动电路单元接收扫描信号和数据信号。这里，数据焊盘线117p’通过第二接触孔140b电连接到数据焊盘电极127p，并且选通焊盘线116p通过第三接触孔140c电连接到选通焊盘电极126p。图6A至图6E是依次示出根据本发明的第一实施方式的图5所示的阵列基板的制造工艺的平面图。图7A至图7E是依次示出根据本发明的第一实施方式的图5所示的阵列基板的制造工艺的截面图，其中左侧示出阵列基板的像素部分的制造工艺，右侧示出依次制造阵列基板的数据焊盘部分和选通焊盘部分的工艺。如图6A和图7A所示，栅极121和选通线116形成在由透明绝缘材料制备的阵列基板110的像素部分处，并且选通焊盘线116P形成在阵列基板110的选通焊盘部分处。这里，应用于根据本发明的实施方式的氧化物TFT的氧化物半导体可用于低温沉积(或低温蒸发)，使得可以使用可应用于低温工艺的基板，诸如塑料基板、钠钙玻璃等。并且，由于氧化物半导体展现出非晶特性，所以可以使用针对大型显示器的基板。并且，可以通过在阵列基板110的整个表面上沉积第一导电膜接着通过光照工艺选择性地对其进行构图来形成栅极121、选通线116和选通焊盘线116p。 这里，第一导电膜可以由例如铝(Al)、铝合金、钨(W)、铜(Cu)、镍(Ni)、铬(Cr)、钥(Mo)、钥合金、钛(Ti)、钼(Pt)、钽(Ta)等的低阻抗不透明导电材料制备。而且，第一导电膜可以由例如铟锡氧化物(ΙΤ0)、铟锌氧化物(IZO)等的透明导电材料制成，并且可以形成为具有将两层或更多层导电材料堆叠起来的多层结构。接着，如图6B和图7B所示，栅绝缘层115a、第二导电膜和第三导电膜依次形成在其上形成有栅极121、选通线116和选通焊盘线116p的阵列基板110的整个表面上，接着，通过光照工艺选择性地对第二导电膜和第三导电膜进行构图，以在阵列基板110上形成分别由第二导电膜和第三导电膜形成的第一数据布线和第二数据布线。也就是说，通过光照工艺选择性地对第二导电膜进行构图，以在阵列基板110的像素部分处形成由第二导电膜形成的源极122、第一漏极123和第一数据线117，并在阵列基板110的数据焊盘部分处形成由第二导电膜形成的第一数据焊盘线117p(第一数据布线的形成)。并且，通过经由光照工艺选择性地对第三导电膜进行构图来在第一漏极123、第一数据线117和第一数据焊盘线117p上形成由第三导电膜形成的第二漏极123’、第二数据线117’和第二数据焊盘线117p’(第二数据布线的形成)。这里，源极122的一部分在一个方向上延伸，以便连接到第一数据线117，并且第二数据线117’具有与第一数据线117基本相同的形状并形成在第一数据线117上。第二漏极123’形成在第一漏极123的延伸到像素区的延伸部分上。这里，可以利用半色调曝光通过单个光照工艺形成第一数据布线和第二数据布线，将参照附图对此进行详细描述。图8A至图8F是具体示出图6B和图7B所示的第二光照工艺的截面图。如图8A所示，栅绝缘层115a、第二导电膜120和第三导电膜130依次形成在其上形成有栅极121、选通线116和选通焊盘线116p的阵列基板110的整个表面上。这里，栅绝缘层115a可以形成为诸如氮化硅膜SiNx或氧化硅膜SiO2的无机绝缘层或者诸如氧化铪(Hf)或氧化铝的高介电氧化膜。第二导电膜120可以由具有与有源层和栅绝缘层115a的优良接触特性以及与有源层的优良的欧姆接触的诸如钥钛(MoTi)、ΙΤ0、钛、钥(Mo)等的金属材料制备，以便形成第一数据布线。第三导电膜130可以由不同于第二导电膜120的、具有优良导电性的诸如铝、铜、银(Ag)、金(Au)等的金属材料制备，以便形成第二数据布线。接着，如图8B所示，由诸如光刻胶(photoresist)的光敏材料制备的光敏膜160形成在其上形成有第三导电膜130的阵列基板110上，接着，根据本发明的实施方式，光透过半色调掩膜170选择性地照射到光敏膜160。这里，半色调掩膜170包括使得照射的光能够完全透射的第一透射区I、仅使得一部分光能够完全透射并阻止一部分光的第二透射区II以及阻止全部照射光的阻止区III，这里，仅透过半色调掩膜170透射的光可以照射到光敏膜160。随后，当已经通过半色调掩膜170曝光的光敏膜160显影时，如图SC所示，具有特定厚度的第一光敏膜160a至第五光敏膜160e保持在通过阻止区(III)完全阻止光或者通过第二透射区(II)部分阻止光的区域处，并且完全透射光的透射区(I)处的光敏膜已经完全去除，以使第三导电膜130的表面露出。
此时，在阻止区III处形成的第一光敏膜图案160a至第三光敏膜图案160c比通过第二透射区II形成的第四光敏膜图案160d和第五光敏膜图案160e厚。此外，通过第一 透射区I完全透射光的区域处的光敏膜被完全去除。这是因为使用了正性光刻胶，但是不限于此，在本发明的实施方式中还可以使用负性光刻胶。随后，如图8D所示，下层的第二导电膜和第三导电膜的部分通过使用第一光敏膜图案160a至第五光敏膜团160e作为掩膜来选择性地去除，以在阵列基板110的像素部分处形成由第二导电膜形成的源极122、第一漏极123和第一数据线117。并且，在阵列基板110的数据焊盘部分处形成由第二导电膜形成的第一数据焊盘线 117p。这里，由第三导电膜形成的导电膜图案130’和130”形成在源极122、第一数据线117和第一漏极123上，并且由第三导电膜形成的第二数据焊盘线117p’形成在第一数据焊盘线117p上。此后，执行灰化(ashing)工艺以去除第一光敏膜图案160a至第五光敏膜图案160E的一部分。从而，如图SE所示，第二透射区II处的第四和第五光敏膜图案被完全去除。在这种情况下，仅在与阻止区(III)对应的区域上，保留了第一光敏膜图案至第三光敏膜图案，作为具有去除了第四光敏膜图案和第五光敏膜图案的厚度而得到厚度的第六光敏膜图案160a’至第八光敏膜图案160c’。此后如图8F所示，下层的导电膜图案的一部分通过利用第六光敏膜图案160a’至第八光敏膜图案160c’作为掩膜来去除，以在第一漏极123和第一数据线117的上部形成由第三导电膜形成的第二漏极123’和第二数据线117’。这里，如上所述，第二数据线117’可以形成在第一数据线117上，以使得第二数据线117’具有与第一数据线117的形状基本相同的形状，并且第二漏极123’可以形成在第一漏极123的延伸到像素区的延伸部分上。此后，如图6C和图7C所示，由特定氧化物半导体制备的氧化物半导体层形成在其上形成有第一数据布线和第二数据布线的阵列基板110的整个表面上，并且通过光照工艺来选择性地构图以在阵列基板Iio的源极122和第一漏极123的上部形成由氧化物半导体形成的有源层124。这里，有源层124以岛的形式形成在第二数据线117’与第二漏极123’之间。按照这种方式，在根据本发明的第一实施方式的氧化物TFT中消除了蚀刻阻止层，使得相比现有的蚀刻阻止层结构可以减少单个光照工艺，并且可以由第一数据布线(即，源极122和第一漏极123)确定沟道长度，可以实现长度为大约4 μ m 10 μ m的短沟道。例如，当对每英寸像素(PPi)玻璃产品的透光率进行比较时，可以注意到，氧化物TFT的透光率相比通常的非晶硅TFT增强了 12.3%。作为参照，在采用这种现有的蚀刻阻止层的氧化物半导体TFT的情况下，由于根据蚀刻阻止层的应用增加了 TFT的尺寸，所以相比实现了短沟道的非晶硅TFT，其透光率降低，但是当省略蚀刻阻止层时，透光率提高。此后，如图6D和图7D所示，由特定绝缘材料制备的保护膜115b形成在其上形成有有源层124的阵列基板的整个表面上。
此后，通过光照工艺来选择性地去除栅绝缘层115a和保护膜115b，以在阵列基板110的像素部分处形成露出第二漏极123’的一部分的第一接触孔140a，并且分别在阵列基板110的数据焊盘部分和选通焊盘部分上形成露出第二数据焊盘线117P’和选通焊盘线116p的一部分的第二接触孔140b和第三接触孔140b。这里，保护膜115b可以由诸如氮化硅膜或氧化硅膜的无机绝缘膜或者诸如氧化铪或氧化铝的高介电氧化物膜形成。此外，为了防止第二数据布线的腐蚀，可以在形成有源层124的同时(S卩，例如，在形成氧化物半导体层之后或者在形成保护膜115b之后)执行特定的热处理。接着，如图6E和图7E所示，第四导电膜形成在其上形成有保护膜115b的阵列基板110的整个表面上，接着通过光照工艺来选择性地去除，以在像素部分处形成由第四导电膜形成并通过第一接触孔140a电连接到第二漏极123’的像素电极118。并且，通过该光照工艺形成了数据焊盘电极127p和选通焊盘电极126p，该数据焊盘电极127p和选通焊盘电极126p由阵列基板110的数据焊盘部分和选通焊盘部分上的第四导电膜形成并通过第二接触孔140b和第三接触孔140b电连接到数据焊盘线117p’和选通焊盘线116p。这里，第四导电膜可以由诸如ITO或IZO的具有优良透光率的透明导电材料制备，以便形成像素电极118、数据焊盘电极127p和选通焊盘电极126p。如上所述，由于根据本发明的第一实施方式的氧化物TFT实现了长度为4μπι ΙΟμπι的短沟道，所以可以改进氧化物TFT的性能(诸如导通电流的增强、寄生电容的减小、透光率的增强等)。并且，根据本发明的第一实施方式的氧化物TFT可以省略蚀刻阻止层，消除光照工艺，因而可以简化工艺。此外，在本实施方式中，由于源极和漏极形成在有源层的上部和下部，所以可以增加与有源层的接触面积，在这种情况下，由于欧姆接触的改进，可以增强器件特性。将通过以下的第二实施方式来对此进行详细描述。图9是示意性地示出了根据本发明的第二实施方式的氧化物薄膜晶体管(TFT)的截面图。图10是示意性地示出了根据本发明的第二实施方式的LCD的阵列基板的一部分的平面图。这里，N条选通线与M条数据线交叉，使得实际的IXD装置中存在MXN个像素，但是为便于解释，附图中例示了单个像素。如图所示，选通线216与数据线217和217’被形成为垂直地和水平地设置以在阵列基板210上限定像素区域。作为开关部件的薄膜晶体管(TFT)形成在选通线216与数据线217和217’的交叉处。像素电极218形成在像素区域内部并连接到TFT，以与滤色器基板(未示出)的公共电极一起驱动液晶层(未示出)。这里，根据本发明的第二实施方式的氧化物TFT包括形成在阵列基板210上的栅极221 ;形成在栅极221上的栅绝缘层215a ;形成在栅绝缘层215a上的第一数据布线(SP，第一源极222、第一漏极223和第一数据线217)和第二数据布线(即，第二源极222’、第二漏极223’和第二数据线217’)、由第一源极222和第一漏极223上的氧化物半导体形成的有源层224，该有源层224电连接到第一源极222和第一漏极223、形成在有源层224上的蚀刻阻止层225、第二数据布线(B卩，第二源极222’和第二漏极223’ )和第二数据线217’。根据本发明的第二实施方式的氧化物TFT包括形成在其上形成有有源层224的阵列基板210上的保护膜215b以及通过形成在保护膜215b中的第一接触孔240a电连接到第二漏极223’的像素电极218。这里，栅极221与选通线216相连，并且第一源极222和第二源极222’的一部分 在一个方向延伸从而与第一数据线217和第二数据线217’相连，而且第二数据线217’具有与第一数据线217基本相同的形状并形成在第一数据线217上。在此，与上述的本发明的第一实施方式类似，通过利用氧化物半导体形成有源层224，根据本实施方式的氧化物TFT具有高迁移率，满足恒定电流测试状态，并且保证了均匀的特性，因此根据本发明的实施方式的氧化物TFT能够有利地应用于包括IXD和有机电致发光显示器的大型显示器。此外，最近，强烈的关注和行动集中在透明电子电路上，而且采用氧化物半导体作为有源层224的氧化物TFT具有高迁移率并且可以在低温下制造，因此，氧化物TFT可以有利地用于透明电子电路。并且，氧化物半导体具有宽的带隙(band gap),因此可以用于制造UV LED、白光LED以及具有高色纯度的其它元件，而且，由于可以在低温下对氧化物半导体进行处理，所以可以制造轻质和柔性的产品。氧化物半导体包括诸如a-IGZO的基于非晶氧化锌的半导体。并且，具有以上特性的根据本发明的第二实施方式的氧化物TFT通过在第一数据布线(即，源极222和第一漏极223)上形成有源层224来实现短沟道。也就是说，由于有源层224形成在第一源极222和第一漏极223上，沟道长度可以被设置为是第一源极222与第一漏极223之间的距离，从而沟道长度可以被设计为比通过蚀刻阻止层的线路宽度确定沟道长度的现有结构的沟道长度短。并且，在根据本发明的第二实施方式的氧化物TFT中，由于源极222、222’和漏极223和223’形成在有源层224的上部和下部，所以可以增加有源层224的接触面积，进而，欧姆接触的改进导致器件特性的增强。在如上配置的根据本发明的第二实施方式的阵列基板210的边缘区域上，形成有分别电连接到选通线216和数据线217和217’的选通焊盘电极226p和数据焊盘电极227p，并且分别向选通线216和数据线217和217’发送从外部驱动电路单元(未示出)接收到的扫描信号和数据信号。也就是说，选通线216和数据线217和217’向驱动电路单元延伸并分别连接到选通焊盘线216p和数据焊盘线217p’，并且选通焊盘线216p和数据焊盘线217p’分别通过电连接到选通焊盘线216p和数据焊盘线217p’的选通焊盘电极226p和数据焊盘电极227p从驱动电路单元接收扫描信号和数据信号。这里，数据焊盘线217p’通过第二接触孔240b电连接到数据焊盘电极227p，并且选通焊盘线216p通过第三接触孔240c电连接到选通焊盘电极226p。图IlA至图IlF是依次示出根据本发明的第二实施方式的图10所示的阵列基板的制造工艺的平面图。图12A至图12F是依次示出根据本发明的第二实施方式的图10所示的阵列基板的制造工艺的截面图，其中左侧示出阵列基板的像素部分的制造工艺，右侧示出依次制造阵列基板的数据焊盘部分和选通焊盘部分的工艺。如图IlA和图12A所示，栅极221和选通线216形成在由透明绝缘材料制备的阵列基板210的像素部分处，并且选通焊盘线216p形成在阵列基板210的选通焊盘部分处。 这里，应用于根据本发明的实施方式的氧化物TFT的氧化物半导体可用于低温沉积，使得可以使用可应用于低温工艺的基板，诸如塑料基板、钠钙玻璃等。并且，由于氧化物半导体展现出非晶特性，所以可以使用针对大型显示器的基板。并且，可以通过在阵列基板210的整个表面上沉积第一导电膜接着通过光照工艺选择性地对其进行构图来形成栅极221、选通线216和选通焊盘线216p。这里，第一导电膜可以由例如铝(Al)、铝合金、钨(W)、铜(Cu)、镍(Ni)、铬(Cr)、钥(Mo)、钥合金、钛(Ti)、钼(Pt)、钽(Ta)等的低阻抗不透明导电材料制备。而且，第一导电膜可以由例如铟锡氧化物(ΙΤ0)或铟锌氧化物(ΙΖ0)的透明导电材料制成，并且可以形成为具有将两层或更多层导电材料堆叠起来的多层结构。接着，如图IlB和图12B所示，栅绝缘层215a和第二导电膜依次形成在其上形成有栅极221、选通线216和选通焊盘线216p的阵列基板210的整个表面上。此后，通过光照工艺选择性地对第二导电膜进行构图，以在阵列基板210的像素部分处形成由第二导电膜形成的第一源极222、第一漏极223和第一数据线217，并在阵列基板210的数据焊盘部分处形成由第二导电膜形成的第一数据焊盘线217p(第一数据布线的形成)。这里，栅绝缘层215a可以形成为诸如氮化硅膜SiNx或氧化硅膜SiO2的无机绝缘层或者诸如氧化铪(Hf)或氧化铝的高介电氧化膜。并且，第二导电膜220可以由具有与有源层和栅绝缘层215a的优良接触特性以及与有源层的优良欧姆接触的诸如钥钛(MoTi)、ΙΤ0、钛、钥(Mo)等的金属材料制备，以便形成第一数据布线。这里，第一源极222的一部分在一个方向上延伸以便连接到第一数据线217。此后，如图IlC和图12C所示，由特定氧化物半导体制备的氧化物半导体层和绝缘层形成在其上形成有第一数据布线的阵列基板210的整个表面上，并通过光照工艺来选择性地进行构图，以在阵列基板210的第一源极222和第一漏极223的上部处形成由氧化物半导体形成的有源层224，并在有源层224上形成由绝缘层形成的蚀刻阻止层。这里，有源层224以岛的形式形成在第一源极222和第一漏极223上，并且当使用半色调曝光时，可以通过与蚀刻阻止层225同一的光照工艺来形成有源层224。
接着，如图IlD和图12D所示，第三导电膜形成在其上形成有有源层224的阵列基板210的整个表面上。这里，第三导电膜可以由与第二导电膜不同的金属材料制备，并且在这种情况下，为了形成第二数据布线，第三导电膜可以由具有优良导电性的诸如铝、铜、银、金等的金属材料制备。然而，本发明不限于此。此后，通过光照工艺来选择性地去除第三导电膜，以在有源层224和蚀刻阻止层225上形成由第三导电膜形成的第二源极222’、第二漏极223’和第二数据线217’，并且在第一数据焊盘线217p上形成由第三导电膜形成的第二数据焊盘线217p’(第二数据布线的形成)。这里，第二源极222’的一部分延伸为连接到第二数据线217’，并且第二数据线217’可以具有与第一数据线217基本相同的形状并形成在第一数据线217上。
接着，如图IlE和图12E所示，由特定绝缘材料制备的保护膜215b形成在其上形成有有源层224的阵列基板210的整个表面上。此后，通过光照工艺选择性地去除栅绝缘层215a和保护膜215b，以在阵列基板210的像素部分处形成露出第二漏极223’的一部分的第一接触孔240a，并且在阵列基板210的数据焊盘部分和选通焊盘部分上形成分别露出第二数据焊盘线217p’和选通焊盘线216p的一部分的第二接触孔240b和第三接触孔240b。这里，保护膜215b可以由诸如氮化硅膜或氧化硅膜的无机绝缘膜或者诸如氧化铪或氧化铝的高介电氧化物膜形成。接着，如图IlF和图12F所示，第四导电膜形成在其上形成有保护膜215b的阵列基板210的整个表面上，接着通过光照工艺来选择性地去除，以在像素部分处形成由第四导电膜形成并通过第一接触孔240a电连接到第二漏极223’的像素电极218。并且，通过该光照工艺形成了数据焊盘电极227p和选通焊盘电极226p，该数据焊盘电极227p和选通焊盘电极226p由阵列基板210的数据焊盘部分和选通焊盘部分上的第四导电膜形成并通过第二接触孔240b和第三接触孔240b电连接到数据焊盘线217p’和选通焊盘线216p。这里，第四导电膜可以由诸如ITO或IZO的具有优良透光率的透明导电材料制备，以便形成像素电极218、数据焊盘电极227p和选通焊盘电极226p。在第一实施方式和第二实施方式中，已经描述了在相对于基板在垂直方向上驱动向列相液晶分子的扭曲向列(TN)型LCD装置，但是本发明不限于此。本发明可以应用于各种模式的LCD装置，诸如在与基板平行的方向上驱动液晶分子以增强视角的面内切换(IPS)模式LCD装置、形成在像素电极与公共电极之间的边缘场通过裂缝驱动位于像素区域公共电极之间的液晶分子从而实现图像的边缘场开关(FFS)LCD装置等。除了 IXD装置以外，本发明还可以应用于采用TFT制成的其它显示器装置，例如，OLED (有机电致发光二极管)与驱动晶体管连接的OLED显示器装置。此外，在本实施方式中，由于将具有高迁移率并且能够在低温下处理的非晶氧化物半导体材料用作有源层，所以其能够有利地用于透明电子电路或柔性显示器。由于在不脱离本发明的精神和本质特征的情况下，可以将本发明实现为各种形式，所以应当理解的是，除非另外特别说明，否则以上所述的实施方式并不被前述的说明的 任何细节所限制，而且应当在如所附权利要求所限定的其精神和范围内进行广泛地解读，因此，所附权利要求意在涵盖落入所附权利要求的范围或者这种范围的等同物内的所有的改变以及修改。
权利要求
1.一种制造氧化物薄膜晶体管(TFT)的方法，所述方法包括以下步骤 在基板上形成由第一导电膜形成的栅极和选通线； 在其上形成有所述栅极和所述选通线的所述基板上形成栅绝缘层； 利用半色调曝光，在其上形成有所述栅绝缘膜的所述栅极的上部形成由第二导电膜形成的源极、第一漏极和第一数据线，并且在所述第一漏极的延伸部分和所述第一数据线上形成由第三导电膜形成的第二漏极和第二数据线；以及 在所述源极和所述第一漏极上形成由氧化物半导体制备的有源层。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，所述有源层由基于非晶氧化锌的半导体制备。
3.根据权利要求I所述的方法，其中，所述第二导电膜由从包括钥钛(MoTi)、铟锡氧化物(IT0)、钛、和钥(Mo)的组中选出的金属材料制备。
4.根据权利要求I所述的方法，其中，所述第三导电膜由从包括铝、铜、银、和金的组中选出的、不同于所述第二导电膜的金属材料的金属材料制备。
5.根据权利要求I所述的方法，其中，所述有源层形成为以岛的形式定位在所述第二数据线与所述第二漏极之间。
6.一种制造氧化物薄膜晶体管(TFT)的方法，所述方法包括以下步骤 在基板上形成栅极和选通线； 在其上形成有所述栅极和所述选通线的所述基板上形成栅绝缘层； 在其上形成有所述栅绝缘膜的所述栅极的上部形成源极、第一漏极和第一数据线； 在所述源极和所述第一漏极上形成由氧化物半导体制备的有源层； 在所述有源层上形成蚀刻阻止层；以及 在其上形成有所述蚀刻阻止层的所述有源层的上部形成第二源极和第二漏极，并且在所述第一数据线上形成第二数据线。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一漏极和所述第二漏极分别具有延伸到所述像素区的延伸部分，并且所述第二漏极的所述延伸部分形成在所述第一漏极的所述延伸部分上。
8.一种氧化物薄膜晶体管(TFT )，所述氧化物薄膜晶体管包括 由第一导电膜形成并形成在基板上的栅极和选通线； 形成在其上形成有所述栅极和所述选通线的所述基板上的栅绝缘层； 由第二导电膜形成并形成在其上形成有所述栅绝缘膜的所述栅极的上部的源极、第一漏极和第一数据线； 由第三导电膜形成并形成在所述第一漏极的延伸部分和所述第一数据线上的第二漏极和第二数据线；以及 由氧化物半导体制备并形成在所述源极和所述第一漏极上的有源层。
9.根据权利要求8所述的氧化物薄膜晶体管，其中，所述有源层由基于非晶氧化锌的半导体制备。
10.根据权利要求8所述的氧化物薄膜晶体管，其中，所述第二导电膜由从包括钥钛(MoTi)、铟锡氧化物(ITO)、钛、和钥(Mo)的组中选出的金属材料制备。
11.根据权利要求8所述的氧化物薄膜晶体管，其中，所述第三导电膜由从包括铝、铜、银和金的组中选出的、不同于所述第二导电膜的金属材料的金属材料制备。
12.根据权利要求8所述的氧化物薄膜晶体管，其中，所述有源层形成为以岛的形式定位在所述第二数据线与所述第二漏极之间。
13.一种氧化物薄膜晶体管(TFT )，所述氧化物薄膜晶体管包括 形成在基板上的栅极和选通线； 形成在其上形成有所述栅极和所述选通线的所述基板上的栅绝缘层； 形成在其上形成有所述栅绝缘膜的所述栅极的上部的源极、第一漏极和第一数据线； 由氧化物半导体制备并形成在所述源极和所述第一漏极上的有源层； 形成在所述有源层上的蚀刻阻止层； 形成在其上形成有所述蚀刻阻止层的所述有源层的上部的第二源极和第二漏极；以及 形成在所述第一数据线上的第二数据线。
14.根据权利要求13所述的氧化物薄膜晶体管，其中，所述第一漏极和所述第二漏极分别具有延伸到所述像素区的延伸部分，并且所述第二漏极的所述延伸部分形成在所述第一漏极的所述延伸部分上。
15.根据权利要求13所述的氧化物薄膜晶体管，其中，所述有源层的第一源区和第一漏区电连接到所述第一源极和所述第一漏极，并且所述有源层的第二源区和第二漏区电连接到所述第二源极和所述第二漏极。
全文摘要
提供了一种氧化物薄膜晶体管(TFT)及其制造方法。第一数据布线和第二数据布线由不同的金属材料制备，并且有源层形成在所述第一数据布线上，以实现短沟道，因而增强TFT的性能。与有源层接触的第一数据布线由具有优良接触特性的金属材料制备，并且剩下另一第二数据布线(第二数据布线)由具有优良导电性的金属材料制备，以便用于大规模氧化物TFT工艺。并且，可以通过使用半色调曝光来一起形成第一数据布线和第二数据布线，以简化工艺。
文档编号H01L29/786GK102820319SQ20121018668
公开日2012年12月12日 申请日期2012年6月7日 优先权日2011年6月9日
发明者金焕, 赵兴烈, 吴泰英, 郑至恩 申请人:乐金显示有限公司