專利名稱：薄膜晶體管平面顯示器面板的結構及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種平面顯示器面板的結構及其制造方法，特別是涉及一種薄膜晶體管平面顯示器面板的結構及其制造方法。
請參見圖2，其為一低溫多晶硅薄膜晶體管(Low Temperature PolySilicon Thin Film Transistor，LTPS-TFT)成長于一玻璃基版上的制造工藝步驟示意圖。圖2(a)表示出于該玻璃基版20上形成一緩沖區21(butterlayer，通常以二氧化硅完成)以及一本質非晶硅(i-a-Si)層后，再利用一激光結晶(laser crystallization)制造工藝，將本質非晶硅(i-a-Si)層轉換成一本質多晶硅(i-poly-Si)層22，然后利用一光罩微影制造工藝于該本質多晶硅(i-poly-Si)層22上方形成一光阻罩幕結構23后，對露出的部分進行一N型摻質的植入制造工藝(以As或是P離子完成)，進而形成N溝道薄膜晶體管的源/漏極構造221。
請參見圖2(b)，其為于去除光阻罩幕結構23后，在整個基板上方覆蓋上一層絕緣材質(通常以二氧化硅完成)，用以形成一柵極絕緣層24，接著于柵極絕緣層24上濺鍍(sputtering)上一層柵極導體層后，再以另一光罩微影蝕刻制造工藝來形成所需的柵極導體結構221，然后利用該柵極導體結構221做罩幕，進行一微量N型摻質的植入制造工藝，進而子N溝道薄膜晶體管中形成一輕摻雜漏極結構(Lightly Doped Drain)222。
而上述構造再經后續制造工藝，便形成如圖2(c)所示的構造，其中于整個基板上方形成一內層介電材料層(inter-layer dielectrics layer)26后，于適當位置定義出所需的接觸孔(contact hole)，最后再以濺鍍(sputtering)方式形成一層金屬導體層并定義出所需的源/漏極接線構造27。
由于上述的低溫多晶硅薄膜晶體管結構由傳統的底部柵極構造(bottomgate structure)改為頂部柵極結構(top gate structure)，因此會具有較佳的元件特性，但是當低溫多晶硅薄膜晶體管處于關閉(OFF)的狀態時，薄膜晶體管的溝道(channel)仍會受到背光光源的照射而產生大量的光電流(如圖2(c)所示)，使元件的漏電流大幅上升，這將會使液晶的灰階變化容易產生誤差，而嚴重影響顯示器的品質。
本發明的上述目的是這樣實現的一種薄膜晶體管平面顯示器面板的結構，其包含一透光基板；一緩沖層，形成于該透光基板上；一頂部柵極薄膜晶體管結構，形成于該緩沖層上，其包含一溝道區；以及一遮光結構，該遮光結構的部分區域形成于該溝道區的下方區域，以避免該溝道區受該平面顯示器面板的一背光光源照射，且該緩沖層介于該遮光結構與該頂部柵極薄膜晶體管結構之間。
根據上述構想，本發明結構中該透光基板為一玻璃基板。
根據上述構想，本發明結構中該緩沖層選自氮化硅、氧化硅或是其組合所完成。
根據上述構想，本發明結構中該遮光結構以選自鉻、鉏、鎢等熔點高且不透光物質所完成。
根據上述構想，結構中該頂部柵極薄膜晶體管結構包含一半導體層，形成于該緩沖層上，其包含該溝道層及一源/漏極結構；一柵極絕緣結構，形成于該半導體層上；一柵極導體結構，形成于該柵極絕緣結構上，且覆蓋于該溝道區的上方區域；一介電層，形成于該柵極導體結構及該柵極絕緣結構上；一導體接線結構，形成于該介電層上，且穿越部分該絕緣層與該柵極絕緣結構而與該源/漏極接觸。
根據上述構想，本發明結構中該半導體層還包含一輕摻雜漏極結構，其形成于該溝道區的外圍區域，且該源/漏極結構形成于該輕摻雜漏極結構的外圍區域。
根據上述構想，本發明結構中該半導體層為一多晶硅層。
根據上述構想，本發明結構中該柵極導體結構以選自鉻、鉬化鎢、鉭、鋁或銅等材質中之一來完成。
根據上述構想，本發明結構中該柵極絕緣結構以氧化硅所完成。
本發明的另一目的在于提供一種薄膜晶體管平面顯示器面板的制造方法，其包含下列步驟提供一透光基板；于該透光基板上方依序形成一緩沖層及一頂部柵極薄膜晶體管結構；于該透光基板上方形成一遮光結構，使該緩沖層介于該遮光結構與該頂部柵極薄膜晶體管結構之間，且該遮光結構的部分區域形成于該頂部柵極薄膜晶體管結構的溝道區的下方區域，以避免該溝道區受該平面顯示器面板的一背光光源照射。
根據上述構想，本發明制造方法中該透光基板為一玻璃基板。
根據上述構想，本發明制造方法中該緩沖層選自氮化硅、氧化硅或是其組合所完成根據上述構想，本發明制造方法中該遮光結構以選自鉻、鉬、鎢等熔點高且不透光物質所完成。
根據上述構想，本發明制造方法中該頂部柵極薄膜晶體管結構的制造方法，包含下列步驟于該緩沖層上依序形成一半導體層及一光阻層，利用該遮光結構為光罩由下而上透過該透光基板對該光阻層進行曝光并去除曝過光的該光阻層；以未曝光的該光阻層為罩幕，對該半導體層進行一重摻雜離子布植制造工藝而形成一薄膜晶體管的源/漏極結構；于該半導體層上依序形成一柵極絕緣層及一第一導體層后，以一第二道光罩微影蝕刻制造工藝對該第一導體層定義出一薄膜晶體管的柵極導體結構；于具有該柵極導體結構的該柵極絕緣層上方形成一介電層，以一第三道光罩微影蝕刻制造工藝對該柵極絕緣層及該介電層定義出一接觸孔；以及于具有該接觸孔的該介電層上形成一第二導體層并以一第四光罩微影蝕刻制造工藝定義出一源/漏極接線結構。
根據上述構想，本發明制造方法中該頂部柵極薄膜晶體管結構的制造方法進一步包含下列步驟以該柵極導體結構為罩幕，對該柵極絕緣層進行一輕摻雜離子布植制造工藝而形成一輕摻雜漏極結構(Lightly Doped Drain)。
根據上述構想，本發明制造方法中該半導體層為一多晶硅層。
根據上述構想，本發明制造方法中該柵極導體結構以選自鉻、鉬化鎢、鉭、鋁或銅等材質中之一來完成。
根據上述構想，本發明制造方法中該柵極絕緣結構以氧化硅所完成。
根據上述構想，本發明制造方法中該遮光結構的部分區域作為一黑色矩陣(black matrix)。
根據上述構想，本發明制造方法中該頂部柵極晶體管為一低溫多晶硅薄膜晶體管。
下面，結合具體實施例及其附圖
，對本發明作進一步詳細說明。
請參見圖3(a)～圖3(f)，其分別為本發明薄膜晶體管平面顯示器面板制造方法的第一較佳實施例步驟示意圖，其中圖3(a)表示出在透光基板300上形成一遮光層后，以第一道光罩微影蝕刻制造工藝來定義出遮光結構301，接著如圖3(b)所示，于具有遮光結構301的透光基板300的上方依序形成一緩沖層302以及一非晶硅層(a-SiH)，之后用激光結晶制造工藝將非晶硅(a-Si)層轉換成一多晶硅(poly-Si)層，然后于該多晶硅層304上形成一光阻層并利用該遮光結構301為光罩由下而上透過該透光基板300對該光阻層進行曝光并去除曝過光的該光阻層(如圖3(c)所示)，接著以未曝光的該光阻罩幕結構305為罩幕對該多晶硅層304進行一重摻雜離子布植制造工藝而形成一薄膜晶體管的源/漏極結構306(如圖3(d)所示)，圖3(e)所示則是去除該光阻罩幕結構305后，于該多晶硅層301上依序形成一柵極絕緣層307及以一導體層，然后以第二道光罩微影蝕刻制造工藝對該導體層定義出一柵極導體結構308，接著利用該柵極導體結構308做罩幕，進行一微量N型摻質的植入制造工藝，進而于N溝道薄膜晶體管中形成一輕摻雜漏極結構(Lightly DopedDrain)309，圖3(f)所示則是于具有該柵極導體結構308的該柵極絕緣層307上方形成一內層介電材料層(inter-layer dielectrics layer)310后，以第三道光罩微影蝕刻制造工藝于適當位置定義出所需的接觸孔，最后于具有該接觸孔的該內層介電材料層上形成一層金屬導體層并以第四光罩微影蝕刻制造工藝定義出一源/漏極導體接線結構311而完成制造。
請參見圖4(a)～圖4(f)，其分別為本發明薄膜晶體管平面顯示器面板制造方法的第二較佳實施例步驟示意圖，其中圖4(a)表示出在透光基板400上依序形成一第一緩沖層4021及一遮光層后，以第一道光罩微影蝕刻制造工藝來定義出遮光結構401，接著如圖4(b)所示，于具有遮光結構401的第一緩沖層4021的上方依序形成一第二緩沖層4022以及一非晶硅層(a-SiH)，然后用激光結晶制造工藝將非晶硅(a-Si)層轉換成一多晶硅(poly-Si)層，然后于該多晶硅層404上形成一光阻層并利用該遮光結構401為光罩由下而上透過該透光基板400對該光阻層進行曝光并去除曝過光的該光阻層(如圖4(c)所示)，接著以未曝光的該光阻罩幕結構405為罩幕對該多晶硅層404進行一重摻雜離子布值制造工藝而形成一薄膜晶體管的源/漏極結構406(如圖4(d)所示)，圖4(e)所示則是去除該光阻罩幕結構405后，于該多晶硅層401上依序形成一柵極絕緣層407及一導體層，然后以第二道光罩微影蝕刻制造工藝對該導體層定義出一柵極導體結構408，接著利用該柵極導體結構408做罩幕，進行一微量N型摻質的植入制造工藝，進而于N溝道薄膜晶體管中形成一輕摻雜漏極結構(Lightly Doped Drain)409，圖4(f)所示則是于具有該柵極導體結構408的該柵極絕緣層407上方形成一內層介電材料層(inter-layerdielectrics layer)410后，以第三道光罩微影蝕刻制造工藝于適當位置定義出所需的接觸孔，最后于具有該接觸孔的該內層介電材料層上形成一層金屬導體層并以第四光罩微影蝕刻制造工藝定義出一源/漏極導體接線結構411而完成制造。
而上述各較佳實施例中的透光基板可用透光玻璃所完成，而導體層(厚度約200nm)可使用濺鍍方式形成，其選自鉻、鉬化鎢、鉭、鋁或銅等材料中之一來完成。緩沖層(厚度約600nm)用等離子體化學氣相沉積法(PECVD)形成，可以選自氮化硅、氧化硅或是兩者的組合所完成。遮光層(厚度約100nm)可使用濺鍍方式形成，至于其材料可選自鉻、鉬、鎢等熔點高且不透光物質所完成。其中非晶硅層(厚度約100nm)于使用激光結晶制造工藝的前需先使用高溫爐于400度退火去氫30分鐘，且激光結晶制造工藝的能量需在300mJ/cm2下進行100次射擊(shots)。該重摻雜離子布植制造工藝可以As或是P離子進行摻雜且其摻雜濃度(doping concentration)約為5×1014cm2，該微量N型摻質的植入制造工藝的摻雜濃度約為1×1013cm2。柵極絕緣層(厚度約100nm)是用等離子體化學氣相沉積法(PECVD)形成，通常以氧化硅所完成。
另外，該遮光結構除了可用來遮住背光光源的照射，還可以將其它區域用來作為一黑色矩陣(black matrix)，可省去后續制造工藝中另行制作黑色矩陣的困擾與對準問題。
綜上所述，本發明利用該遮光結構來遮住該平面顯示器面板的背光光源照射，以降低光電流而改善元件的漏電流問題。且本發明也提出背面曝光的方式，并在不增加光罩數的前提下完成此低溫多晶硅薄膜晶體管平面顯示器面板結構。故本發明可以由熟悉此技術的人員任施匠思而進行諸般修飾，但是均不脫離權利要求所希望保護的范圍。
權利要求
1.一種薄膜晶體管平面顯示器面板的結構，其特征在于，包含一透光基板；一緩沖層，形成于該透光基板上；一頂部柵極薄膜晶體管結構，形成于該緩沖層上，其包含一溝道區；以及一遮光結構，該遮光結構的部分區域形成于該溝道區的下方區域，以避免該溝道區受該平面顯示器面板的一背光光源照射，且該緩沖層介于該遮光結構與該頂部柵極薄膜晶體管結構之間。
2.如權利要求1所述的薄膜晶體管平面顯示器面板的結構，其特征在于，該透光基板為一玻璃基板。
3.如權利要求1所述的薄膜晶體管平面顯示器面板的結構，其特征在于，該緩沖層選自氮化硅、氧化硅或是其組合所完成。
4.如權利要求1所述的薄膜晶體管平面顯示器面板的結構，其特征在于，該遮光結構以選自鉻、鉬、鎢等熔點高且不透光物質所完成。
5.如權利要求1所述的薄膜晶體管平面顯示器面板的結構，其特征在于，該頂部柵極薄膜晶體管結構包含一半導體層，形成于該緩沖層上，其包含該溝道層及一源/漏極結構；一柵極絕緣結構，形成于該半導體層上；一柵極導體結構，形成于該柵極絕緣結構上，且覆蓋于該溝道區的上方區域；一介電層，形成于該柵極導體結構及該柵極絕緣結構上；一導體接線結構，形成于該介電層上，且穿越部分該絕緣層與該柵極絕緣結構而與該源/漏極接觸；其中該半導體層還包含一輕摻雜漏極結構，其形成于該溝道區的外圍區域，且該源/漏極結構系形成于該輕摻雜漏極結構的外圍區域。
6.如權利要求5所述的薄膜晶體管平面顯示器面板的結構，其特征在于，該半導體層為一多晶硅層。
7.一種薄膜晶體管平面顯示器面板的制造方法，其特征在于，包含下列步驟提供一透光基板；于該透光基板上方依序形成一緩沖層及一頂部柵極薄膜晶體管結構；于該透光基板上方形成一遮光結構，使該緩沖層介于該遮光結構與該頂部柵極薄膜晶體管結構之間，且該遮光結構的部分區域形成于該頂部柵極薄膜晶體管結構的溝道區的下方區域，以避免該溝道區受該平面顯示器面板的一背光光源照射。
8.如權利要求7所述的薄膜晶體管平面顯示器面板的制造方法，其特征在于，該頂部柵極薄膜晶體管結構的制造方法，包含下列步驟于該緩沖層上依序形成一半導體層及一光阻層，利用該遮光結構為光罩由下而上透過該透光基板對該光阻層進行曝光并去除曝過光的該光阻層；以未曝光的該光阻層為罩幕，對該半導體層進行一重摻雜離子布植制造工藝而形成一薄膜晶體管的源/漏極結構；于該半導體層上依序形成一柵極絕緣層及一第一導體層后，以一第二道光罩微影蝕刻制造工藝對該第一導體層定義出一薄膜晶體管的柵極導體結構；于具有該柵極導體結構的該柵極絕緣層上方形成一介電層，以一第三道光罩微影蝕刻制造工藝對該柵極絕緣層及該介電層定義出一接觸孔；以及于具有該接觸孔的該介電層上形成一第二導體層并以一第四光罩微影蝕刻制造工藝定義出一源/漏極接線結構。
9.如權利要求8所述的薄膜晶體管平面顯示器面板的制造方法，其特征在于，該頂部柵極薄膜晶體管結構的制造方法進一步包含下列步驟以該柵極導體結構為罩幕，對該柵極絕緣層進行一輕摻雜離子布植制造工藝而形成一輕摻雜漏極結構。
10.如權利要求7所述的薄膜晶體管平面顯示器面板的制造方法，其特征在于，該遮光結構的部分區域作為一黑色矩陣。
全文摘要
本發明公開了一種薄膜晶體管平面顯示器面板的結構及其制造方法,其結構包含一透光基板、一緩沖層、一頂部柵極薄膜晶體管結構以及一遮光結構,該方法包含下列步驟:提供一透光基板;于該透光基板上方依序形成一緩沖層及一頂部柵極薄膜晶體管結構;以及于該透光基板上方形成一遮光結構,使該緩沖層介于該遮光結構與該頂部柵極薄膜晶體管結構之間,且該遮光結構的部分區域形成于該頂部柵極薄膜晶體管結構的溝道區的下方區域,以避免該溝道區受該平面顯示器面板的一背光光源照射。
文檔編號H01L27/12GK1388406SQ0212308
公開日2003年1月1日 申請日期2002年6月13日 優先權日2002年6月13日
發明者石安 申請人:統寶光電股份有限公司