显示面板的垂直式薄膜晶体管结构及其制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种垂直式薄膜晶体管结构，其包含有一基板、一源极电极、一绝缘层、一漏极电极、两个第一信道层、栅极绝缘层以及一栅极电极。源极电极、绝缘层以及漏极电极依序设置于基板上。第一信道层分别设置于漏极电极的两相对侧，并从漏极电极的上表面延伸至源极电极的上表面，且各第一信道层与源极电极以及漏极电极相接触。栅极绝缘层覆盖于源极电极、第一信道层以及漏极电极上。栅极电极设置于栅极绝缘层上，并覆盖第一信道层。借此，薄膜晶体管结构的大小可被缩小，且占像素结构大小的比例也随之下降。
【专利说明】显示面板的垂直式薄膜晶体管结构及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种薄膜晶体管结构及其制作方法，特别是涉及一种显示面板的垂直式薄膜晶体管结构及其制作方法。
【背景技术】
[0002]薄膜晶体管(thin film transistor, TFT)已经广泛地应用于主动阵列式平面显示面板中，例如:主动式液晶显示面板或主动式有机电激发光显示面板等装置，用以作为主动组件，驱动显示面板的各像素结构。
[0003]习知的薄膜晶体管结构以底栅极(bottom gate)结构为主，其包含有栅极设置于基板上、栅极绝缘层覆盖于栅极上、作为晶体管信道的半导体层以及源极与漏极分别设置于半导体层的两侧上。由此可知，习知薄膜晶体管结构的信道是呈水平状，因此限制了薄膜晶体管结构的大小。并且，随着像素结构大小日益缩小，薄膜晶体管结构大小占像素结构大小的比例越高，因此降低像素结构的开口率。
[0004]有鉴于此，降低薄膜晶体管结构的上视面积实为相关技术者亟欲改进的课题。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种显示面板的垂直式薄膜晶体管结构及其制作方法，以解决上述薄膜晶体管结构的大小限制了像素结构的开口率的问题。
[0006]一方面，为解决上述技术问题本发明提供了一种显示面板的垂直式薄膜晶体管结构，其包含有一基板、一源极电极、一绝缘层、一漏极电极、两个第一信道层、一栅极绝缘层以及一栅极电极。源极电极设置于基板上，且绝缘层设置于源极电极上。漏极电极设置于绝缘层上。第一信道层分别设置于漏极电极的两相对侧，并从漏极电极的上表面依序沿着漏极电极的两相对侧壁以及绝缘层的两相对侧壁延伸至源极电极的上表面，且各第一信道层与源极电极以及漏极电极相接触。栅极绝缘层覆盖于源极电极、第一信道层以及漏极电极上。栅极电极设置于栅极绝缘层上，并覆盖第一信道层。
[0007]另一方面，为解决上述技术问题本发明提供了一种显示面板的垂直式薄膜晶体管结构的制作方法。首先，提供一基板。然后，于基板上形成一源极电极、一绝缘层以及一漏极电极，且源极电极、绝缘层以及漏极电极依序堆叠于基板上。接着，于漏极电极的两相对侧分别形成两个第一信道层，且第一信道层分别从漏极电极的上表面依序沿着漏极电极的两相对侧壁以及绝缘层的两相对侧壁延伸至源极电极的上表面，且各第一信道层与源极电极以及漏极电极相接触。随后，于源极电极、第一信道层以及漏极电极上覆盖一栅极绝缘层。其后，于栅极绝缘层上形成一栅极电极，且栅极电极覆盖第一信道层。
[0008]本发明的垂直式薄膜晶体管结构的源极电极与漏极电极是堆叠在一起，且第一信道层是从漏极电极的上表面朝垂直基板的方向延伸至源极电极的上表面，因此第一信道层占据基板的上视面积的比例可有效地被降低。如此一来，本实施例的薄膜晶体管结构的大小可被缩小，且占像素结构大小的比例也随之下降。【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1至图14所示为本发明第一优选实施例的显示面板的像素结构的制作方法示意图。
[0010]图15所示为本发明第二优选实施例的显示面板的像素结构的制作方法示意图。
[0011]图16所示为本发明第三优选实施例的垂直式薄膜晶体管结构的制作方法示意图。
[0012]图17所示为本发明第三优选实施例的垂直式薄膜晶体管结构的上视示意图。
[0013]图18所示为本发明第四优选实施例的垂直式薄膜晶体管结构的制作方法示意图。
[0014]图19所示为本发明第四优选实施例 的垂直式薄膜晶体管结构的剖视示意图。
[0015]其中，附图标记说明如下:
[0016]10基板12第一金属层
[0017]14绝缘材料层16第二金属层
[0018]18第一光刻胶图案18a第一厚度部
[0019]18b第二厚度部 20第一金属图案层
[0020]20a资料线20b源极电极
[0021]22绝缘层23第一方向
[0022]24第二金属图案层24a漏极电极
[0023]26第一信道层26a上部
[0024]26b下部28栅极绝缘层
[0025]30栅极导电图案层30a扫描线
[0026]30b栅极电极30c第一开口
[0027]32薄膜晶体管结构34第二方向
[0028]36平坦层36a第二开口
[0029]38像素电极40像素结构
[0030]42有机发光层 44上电极
[0031]46第二信道层 48第二光刻胶图案
[0032]50掺杂区100像素结构
[0033]150薄膜晶体管结构200薄膜晶体管结构
【具体实施方式】
[0034]请参考图1至图14，图1至图14所示为本发明第一优选实施例的显示面板的像素结构的制作方法示意图，其中图12为本发明第一优选实施例的显示面板的像素结构的上视示意图，且图13与图14为本发明第一优选实施例的显示面板的像素结构的剖视示意图。为了方便说明，本发明的各附图仅为示意以容易了解本发明，其详细的比例可依照设计的需求进行调整。如图1所示，首先，提供一基板10，例如:玻璃、塑料或石英等基板。然后，依序于基板10上形成一第一金属层12、一绝缘材料层14以及一第二金属层16。如图2至图4所示，图3为图2沿着剖视线A-A’的剖视示意图，图4为图2沿着剖视线B-B’的剖视示意图。接着，利用一半色调光掩模(halftone photomask)作为一第一光掩模,于第二金属层16上形成一第一光刻胶图案18,且第一光刻胶图案18暴露出第二金属层16的一部分。并且，第一光刻胶图案18具有一第一厚度部18a与一第二厚度部18b，且第一厚度部18a的厚度小于第二厚度部18b的厚度。
[0035]如图5至图7所示，图6为图5沿着剖视线A_A’的剖视示意图，且图7为图5沿着剖视线B-B’的剖视示意图。接下来，利用第一光刻胶图案18作为掩模进行一蚀刻工艺，以移除第一光刻胶图案18所暴露出的第二金属层16以及其下方的绝缘材料层14与第一金属层12。此时,所残留的第一金属层12构成一第一金属图案层20,包含有一沿着一第一方向22设置的资料线20a，且资料线20a的一部分作为一源极电极20b，约略对应于第一光刻胶图案18的第二厚度部18b，而数据线20a的其它部分约略对应第一光刻胶图案18的第一厚度部18a。然后，进行另一蚀刻工艺蚀刻第一光刻胶图案18，以移除第一光刻胶图案18的第一厚度部18a，因此暴露出第一厚度部18a下方的第二金属层16，并缩减第二厚度部18b的厚度。接着，以残留第二厚度部18b作为掩模进行另一蚀刻工艺，移除对应于第一厚度部18a的第二金属层16与绝缘材料层14，并暴露出部分数据线20a。所残留的绝缘材料层14构成一绝缘层23，且所残留的第二金属层16构成一第二金属图案层24。随后，移除残留第一光刻胶图案18的第二厚度部18b。于本实施例中，第二金属图案层24包含有一漏极电极24a，且绝缘层22与漏极电极24a是在以第二厚度部18b为掩膜的同一蚀刻工艺中所形成，因此具有相同上视图案，并位于对应第二厚度部18b的源极电极20b的正上方。借此，源极电极20b、绝缘层22以及漏极电极24a依序堆叠于基板10上，且绝缘层22位于漏极电极24a与源极电极20b之间，可用以电性绝缘漏极电极24a与源极电极20b。并且，在形成绝缘层22与漏极电极24a的蚀刻工艺中，数据线20a并未被移除，因此部分源极电极20b可从漏极电极24a的正下方延伸出，而未与漏极电极24a重叠。本发明形成源极电极20b、绝缘层22以及漏极电极24a的方法并不限上述利用半色调光掩模来形成。于本发明的其它实施例中，形成源极电极、绝缘层以及漏极电极的方法也可以先利用一光刻工艺于基板上形成数据线，然后于数据线与基板上沉积绝缘材料层与第二金属层。随后，利用另一光刻工艺来图案化绝缘材料层与第二金属层，以形成绝缘层与漏极电极，但本发明不以此为限。
[0036]如图8与图9所示，图9为图8沿着剖视线A_A’的剖视示意图。然后，进行一沉积工艺，于基板10上覆盖一信道材料层(图未示)。随后，利用一第二光掩模，进行另一光刻工艺，图案化信道材料层，以于漏极电极24a横跨资料线20a的两相对侧分别形成两个第一信道层26。其中，第一信道层26分别从漏极电极24a的上表面依序沿着漏极电极24a的两相对侧壁以及绝缘层22的两相对侧壁延伸至源极电极20b的上表面，使第一信道层26分别与源极电极20b相接触，且第一信道层26也分别与漏极电极24a相接触。在本实施例中，形成信道材料层的材料包含有一金属氧化物，例如:氧化铟镓锌，但不限于此。值得一提的是，由于部分源极电极20b可从漏极电极24a的正下方延伸出，因此在形成绝缘层22与漏极电极24a的蚀刻工艺之后所形成的各第一信道层26可从漏极电极24a上表面朝约略垂直基板10方向延伸至源极电极20b的上表面，而为一垂直式信道。并且，各第一信道层26可具有与漏极电极24a上表面相接触的一上部26a以及与源极电极20b上表面相接触的一下部26b，以增加各第一信道层26与漏极电极24a上表面以及源极电极20b上表面相接触的面积，并避免各第一信道层26与漏极电极24a以及源极电极20b接触不良的情况。
[0037]如图10与图11所示，图11为图10沿着剖视线A_A’的剖视示意图。接下来，于第一信道层26、漏极电极24a、数据线20a以及基板10上覆盖一栅极绝缘层28。然后，于栅极绝缘层28上覆盖一栅极导电层(图未示)。随后，利用一第三光掩模，进行另一光刻工艺，图案化栅极导电层，以形成栅极导电图案层30。至此已完成本实施例的薄膜晶体管结构32。在本实施例中，由于金属氧化物容易与水气或氢气反应，而影响其电性，因此为了避免形成栅极绝缘层28的步骤破坏第一信道层26的电性，形成栅极绝缘层28的材料优选包含有氧化物，例如:氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钛或氮氧化硅等。并且，栅极导电图案层30包含有一沿着不同于第一方向22的第二方向34设置的扫描线30a，且扫描线30a与数据线20a交错的部分具有一栅极电极30b。栅极电极30b覆盖第一信道层26，且栅极电极30b并未完全覆盖漏极电极24a,而具有一第一开口 30c。第一开口 30c未与第一信道层26重叠，并位于各栅极电极30b之间，用以避免薄膜晶体管结构32的栅极电极30b与漏极电极24a之间的寄生电容过高。在本实施例中，第一开口 30c于第一方向22上的宽度约略大于2微米，且第一开口 30c于第二方向34上的宽度约略大于2微米。并且，各栅极电极30b于第一开口 30c中的侧壁优选与各第一信道层26的上部26a的侧壁切齐，以降低薄膜晶体管结构32的栅极电极30b与漏极电极24a之间的寄生电容。
[0038]如图12至图14所示，图13为图12沿着剖视线A_A’的剖视示意图，且图14为图12沿着剖视线C-C’的剖视示意图。于扫描线30a与栅极绝缘层28上覆盖一平坦层36。接着，利用一第四光掩模，进行另一光刻工艺，于平坦层36中形成一第二开口 36a,暴露出漏极电极24a。随后，进行一沉积工艺，于平坦层36上覆盖一导电层(图未示)，且导电层经由第二开口 36a与漏极电极24a相接触。然后，利用一第五光掩模，进行另一光刻工艺，图案化导电层，以形成一像素电极38。至此已完成本实施例的像素结构40。于本实施例中，像素电极38是由透明导电材料所构成，例如:氧化铟锡、氧化铟锌、氧化铝锡或氧化铝锌，使像素电极38可作为显示面板中液晶层的驱动电极。因此，本实施例的显示面板为一液晶显示面板。
[0039]值得注意的是，本实施例的源极电极20b与漏极电极24a是堆叠在一起，且作为薄膜晶体管结构32的信道区的第一信道层26是从漏极电极24a的上表面朝垂直基板10的方向延伸至源极电极20b的上表面，因此所制作出的薄膜晶体管结构32为一垂直式薄膜晶体管结构，且可有效地降低第一信道层26占据基板10的上视面积的比例。如此一来，本实施例的薄膜晶体管结构32的大小可有效地被缩小，且占像素结构40大小的比例随之下降。借此，使用本实施例的薄膜晶体管结构32的像素结构40的开口率可被有效的提升。并且，本实施例的垂直式薄膜晶体管结构32因具有两个第一信道层26而具有一定的信道宽度与导通电流，借此可避免信道过窄的情况发生。
[0040]本发明的显示面板的像素结构与薄膜晶体管结构以及其制作方法并不以上述实施例为限。下文将继续揭示本发明的其它实施例或变化形，然为了简化说明并突显各实施例或变化形之间的差异，下文中使用相同标号标注相同组件，并不再对重复部分作赘述。
[0041]请参考图15，图15所示为本发明第二优选实施例的显示面板的像素结构的制作方法示意图，且也是本发明第二优选实施例的像素结构的剖面示意图。如图15所示，相较于上述第一实施例，本实施例像素结构100的制作方法另于形成像素电极38的步骤之后依序于像素电极38上形成一有机发光层42与一上电极44,使有机发光层42与上电极44,依序堆叠于像素电极38上。由此可知，本实施例的显示面板为一主动阵列有机发光二极管显示面板。于本实施例中，上电极44可由不透光导电材料所构成，例如:金属。并且，有机发光层42优选未与薄膜晶体管结构32重叠,使有机发光层42所产生的光线可从基板10下方射出，但本发明并不限于此。于本发明的其它实施例中，上电极也可以由透明导电材料所构成，使有机发光层所产生的光线也可以朝上电极射出。并且，像素电极也可以由不透光导电材料所构成。
[0042]请参考图16与图17，图16所示为本发明第三优选实施例的垂直式薄膜晶体管结构的制作方法示意图，且图17所示为本发明第三优选实施例的垂直式薄膜晶体管结构的上视示意图。如图16与图17所示，相较于第一实施例，本实施例薄膜晶体管结构150的制作方法另包含有在形成第一信道层26的步骤中于第一信道层26之间形成第二信道层46,使第二信道层46与第一信道层26同时形成,并构成一体成形的一 U形信道层。并且，第二信道层46设置于第一信道层26之间的漏极电极24a的侧壁上，并从漏极电极24a的上表面依序沿着漏极电极24a的侧壁以及绝缘层22的侧壁延伸至源极电极20b的上表面，且第二信道层46连接各第一信道层26的侧边。相较上述实施例的垂直式薄膜晶体管结构，本实施例的垂直式薄膜晶体管结构150因具有第二信道层46，而具有信道宽度较第一信道层26的信道宽度宽的U形信道层，借此可提升垂直式薄膜晶体管结构150的导通电流。
[0043]请参考图18与图19，图18所示为本发明第四优选实施例的垂直式薄膜晶体管结构的制作方法示意图，且图19所示为本发明第四优选实施例的垂直式薄膜晶体管结构的剖视示意图。如图18与图19所示，相较于第一实施例，本实施例薄膜晶体管结构200的制作方法中，形成第一信道层26的材料包含有多晶硅或非晶硅，且形成第一信道层26的步骤包含有形成一第二光刻胶图案48覆盖于绝缘层22正上方的第一信道层26、进行一离子植入工艺于各第一信道层26与源极电极20b以及漏极电极24a相接触的两部分中植入导电掺质、进行一热趋入工艺于各第一信道层26与源极电极20b以及漏极电极24a相接触的两部分中分别形成两个掺杂区50、以及移除第二光刻胶图案48。由此可知，各第一信道层26与源极电极20b相接触的一部分具有掺杂区50，且各第一信道层26与漏极电极24a相接触的另一部分具有掺杂区50，借此掺杂区50可作为接触掺杂区，用以降低各第一信道层26与源极电极20b之间的接触电阻以及各第一信道层26与漏极电极24a之间的接触电阻。并且，本实施例的掺杂区50的导电类型可依据实际所欲制作的薄膜晶体管结构200的类型来决定。
[0044]于本发明的其它实施例中，显示面板的像素结构与薄膜晶体管结构的制作方法也可以为上述至少两个实施例的结合，且显示面板的像素结构与薄膜晶体管结构也可以为上述至少两个实施例的结合。
[0045]综上所述，本发明的薄膜晶体管结构的源极电极与漏极电极是堆叠在一起，且第一信道层是从漏极电极的上表面朝垂直基板的方向延伸至源极电极的上表面，因此第一信道层占据基板的上视面积的比例可有效地被降低。如此一来，本实施例的薄膜晶体管结构的大小可被缩小，且占像素结构大小的比例也随之下降。借此，本发明的像素结构的开口率可被有效的提升。
[0046]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种显示面板的垂直式薄膜晶体管结构，其特征在于，包含有: 一基板； 一源极电极，设置于所述基板上； 一绝缘层，设置于所述源极电极上； 一漏极电极，设置于所述绝缘层上； 两个第一信道层，分别设置于所述漏极电极的两相对侧，并从所述漏极电极的上表面依序沿着所述漏极电极的两相对侧壁以及所述绝缘层的两相对侧壁延伸至所述源极电极的上表面，且各所述第一信道层与所述源极电极以及所述漏极电极相接触； 一栅极绝缘层，覆盖于所述源极电极、所述第一信道层以及所述漏极电极上；以及 一栅极电极，设置于所述栅极绝缘层上，并覆盖所述第一信道层。
2.如权利要求1所述的显示面板的垂直式薄膜晶体管结构，其特征在于，另包含有一第二信道层，设置于所述第一信道层之间，使所述第二信道层与所述第一信道层构成一 U形信道层。
3.如权利要求1所述的显示面板的垂直式薄膜晶体管结构，其特征在于，各所述第一信道层具有一上部以及一下部，所述上部与所述漏极电极的上表面相接触，且所述下部与所述源极 电极的上表面相接触。
4.如权利要求1所述的显示面板的垂直式薄膜晶体管结构，其特征在于，各所述第一信道层包含有一金属氧化物。
5.如权利要求4所述的显示面板的垂直式薄膜晶体管结构，其特征在于，所述金属氧化物为氧化铟镓锌。
6.如权利要求1所述的显示面板的垂直式薄膜晶体管结构，其特征在于，其特征在于，各所述第一信道层包含有多晶硅或非晶硅。
7.如权利要求6所述的显示面板的垂直式薄膜晶体管结构，其特征在于，各所述第一信道层与所述源极电极相接触的一部分具有一掺杂区，且各所述第一信道层与所述漏极电极相接触的另一部分具有另一掺杂区。
8.如权利要求1所述的显示面板的垂直式薄膜晶体管结构，其特征在于，所述显示面板为一主动阵列有机发光二极管显示面板。
9.如权利要求1所述的显示面板的垂直式薄膜晶体管结构，其特征在于，所述显示面板为一液晶显示面板。
10.一种显示面板的垂直式薄膜晶体管结构的制作方法，其特征在于，包含有: 提供一基板； 于所述基板上形成一源极电极、一绝缘层以及一漏极电极，且所述源极电极、所述绝缘层以及所述漏极电极依序堆叠于所述基板上； 于所述漏极电极的两相对侧分别形成两个第一信道层，且所述第一信道层分别从所述漏极电极的上表面依序沿着所述漏极电极的两相对侧壁以及所述绝缘层的两相对侧壁延伸至所述源极电极的上表面，且各所述第一信道层与所述源极电极以及所述漏极电极相接触； 于所述源极电极、所述第一信道层以及所述漏极电极上覆盖一栅极绝缘层；以及 于所述栅极绝缘层上形成一栅极电极，且栅极电极覆盖所述第一信道层。
11.如权利要求10所述的显示面板的垂直式薄膜晶体管结构的制作方法，其特征在于，形成所述源极电极、所述绝缘层以及所述漏极电极的步骤包含有:于所述基板上依序形成一第一金属层、一绝缘材料层以及一第二金属层；利用一半色调光掩模，于所述第二金属层上形成一光刻胶图案，且所述光刻胶图案暴露出所述第二金属层的一部分，其中所述光刻胶图案具有一第一厚度部与一第二厚度部，且所述第一厚度部的厚度小于第二厚度部的厚度；移除所述光刻胶图案所暴露出的所述第二金属层的所述部分以及位于所述部分下方的所述绝缘材料层与所述第一金属层，以形成所述源极电极；移除所述光刻胶图案的所述第一厚度部以及位于所述第一厚度部下方的所述第二金属层与所述绝缘材料层，以形成所述绝缘层以及所述漏极电极；以及移除所述光刻胶图案的所述第二厚度部。
12.如权利要求10所述的显示面板的垂直式薄膜晶体管结构的制作方法，其特征在于，形成所述第一信道层的步骤包含有于所述第一信道层之间形成一第二信道层，且所述第二信道层与所述第一信道层构成一 U形信道层。
13.如权利要求10所述的显示面板的垂直式薄膜晶体管结构的制作方法，其特征在于，形成所述第一信道层的材料包含有一金属氧化物。
14.如权利要求13所述的显示面板的垂直式薄膜晶体管结构的制作方法，其特征在于，所述金属氧化物为氧化铟镓锌。
15.如权利要求10所述的显示面板的垂直式薄膜晶体管结构的制作方法，其特征在于，其特征在于，形成所述`第一信道层的材料包含有多晶硅或非晶硅。
16.如权利要求15所述的显示面板的垂直式薄膜晶体管结构的制作方法，其特征在于，形成所述第一信道层的步骤包含有于各所述第一信道层与所述源极电极以及所述漏极电极相接触的两部分中分别形成两个掺杂区。
【文档编号】H01L29/786GK103730508SQ201210392837
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年10月16日 优先权日:2012年10月16日
【发明者】张荣芳, 张民杰, 赖瑞麒 申请人:瀚宇彩晶股份有限公司