專利名稱：薄膜晶體管及其應用的顯示元件的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種薄膜晶體管及其應用的顯示元件的制造方法，且尤其涉及 一種利用一具有四種不同光穿透度的光掩膜，以減少制造程序中光掩膜使用數 目的薄膜晶體管及其應用的顯示元件的制造方法。
背景技術：
傳統的薄膜晶體管液晶顯示元件(TFT-LCD)在工藝上使用五道或四道光掩 膜工藝，包括形成柵極(第一金屬層)、介電層、半導體層、源極和漏極(第二 金屬層)、保護層和透明電極(例如IT0)等。然而為了簡化工藝步驟和節省制 造成本，本領域技術人員仍期望以更少的光掩膜數目來達到薄膜晶體管的同樣 效能。發明內容本發明所要解決的技術問題在于提供一種薄膜晶體管及其應用的顯示元 件的制造方法，可減少光掩膜使用數目，以降低制造成本。根據本發明的目的，提出一種薄膜晶體管(Thin Film Transistor, TFT) 的制造方法，其中薄膜晶體管的一通道區位于一源極區和一漏極區之間，該方 法包括在一基板上形成一圖案化第一導電層，該圖案化第一導電層包括一柵 極；在該圖案化第一導電層上依序形成一介電層、 一半導體層、 一第二導電層 和一光刻膠層；提供一具有不同光穿透度的光掩膜并對該光刻膠層進行曝光顯 影，所產生的一圖案化后光刻膠層具有至少三種厚度，其中柵極接墊區無光刻 膠形成，其中對應于該通道區、電容區及像素區等處的光刻膠具有一第一厚度， 對應于該源極區/該漏極區的外圍的像素連接區以及數據接墊區的光刻膠具有 一第二厚度，對應于該源極區和該漏極區的光刻膠則具有一第三厚度，且該第 三厚度大于該第二厚度大于該第一厚度；移除對應于該通道區處具有該第一厚 度的光刻膠，并蝕刻位于該通道區處的該第二導電層及及部份該半導體層(即 n+非晶硅層)，以形成該薄膜晶體管的一通道、 一源極和一漏極；移除具有該 第二厚度的光刻膠，并露出該源極和該漏極其中的該像素連接區；加熱對應于 該源極區和該漏極區及其外圍的剩余光刻膠，使再流動(reflow)后的光刻膠覆 蓋該通道；以再流動后的該光刻膠與圖案化后的該第二導電層為掩膜，移除露 出的該半導體層；以及形成一圖案化透明電極，部分覆蓋于裸露出的該源極或 該漏極其中的該像素連接區上。而且，為實現上述目的，，再提出一種顯示元件的制造方法，其中顯示元 件具有多個掃瞄信號線(Scan Line)與多個數據信號線(Data Line)以陣列的形 式垂直相交，且該些掃瞄信號線與該些數據信號線定義出多個像素區，每一像 素區由相鄰的一對掃瞄信號線與相鄰的一對數據信號線所定義，每一掃描信號 線延伸連接在一柵極接墊(Gate-pad)區的一柵極接墊，每一數據信號線延伸連 接在一數據接墊(Data-pad)區的一數據接墊，該制造方法包括在一基板上形 成一圖案化第一導電層，該圖案化第一導電層包括每一柵極信號線，在每一像 素區的一薄膜晶體管區(TFT region)的一柵極和一電容區(Cst region)的一電 容電極，以及每一柵極接墊區內的該柵極接墊；在該基板上依序形成一介電層、 一半導體層、 一第二導電層和一光刻膠層，整個覆蓋該基板；提供一具有四種 不同光穿透度的光掩膜并對該光刻膠層進行曝光顯影，所產生的一圖案化后光 刻膠層包含(a)在對應于該薄膜晶體管區的一通道區、電容區及像素區等處 的光刻膠具有一第一厚度，對應于一源極區/一漏極區的外圍的像素連接區及 數據接墊區的光刻膠具有一第二厚度，對應于該源極區和該漏極區的光刻膠則 具有一第三厚度，且該第三厚度大于該第二厚度大于該第一厚度，(b)在對應 于該柵極接墊區的該柵極接墊處的光刻膠完全去除，對應于該柵極接墊處的外 圍的光刻膠則具有該第一厚度；依序移除該柵極接墊區的該第二導電層、該半 導體層和該介電層，以裸露出該柵極接墊，同時去除具有該第一厚度的該光刻 膠層，露出部分該第二導電層；以該第二與第三厚度的該光刻膠層為掩膜，移 除露出的該第二導電層及及部份半導體層(即n+非硅晶層)，以形成該薄膜晶 體管區的一通道、一源極和一漏極，以及每一該數據信號線和每一該數據接墊； 移除對應于該源極區和該漏極區及其外圍具該第二厚度的光刻膠層，并露出 該源極和該漏極其中的像素連接區及數據接墊區；加熱對應于該源極區和該 漏極區及其外圍的剩余光刻膠，使再流動(reflow)后的光刻膠覆蓋該通道；以 再流動后的該光刻膠以及圖案化后的該第二導電層為掩膜，移除露出的該半導 體層；及形成一圖案化透明電極，部分覆蓋于裸露出的該源極或該漏極其中的 像素連接區上。采用本發明，利用一具有四種不同光穿透度的光掩膜，以形成三種不同 厚度的光刻膠圖形，而經過再流動而成形后的光刻膠則可作為顯示元件中的保 護層，進而免除了后續形成保護層的步驟，達到減少光掩膜使用數目和降低制 造成本的目的。
圖1A至圖1J為依照本發明其中，附圖標記 9:基板 111:接墊 131:柵極Tl:光刻膠層的第一厚度T3:光刻膠層的第三厚度17:電容區19:數據接墊區101:氮化硅層105、 105': n+非晶硅層127:像素連接區21a、 21b、 21c和21d:第-23a、 23b、 23c和23d:第三33:通道一較佳實施例的顯示元件的制造方法。11:柵極接墊區 13:薄膜晶體管區15、 153、 153'、 159:光刻膠層T2:光刻膠層的第二厚度 154:再流動后的光刻膠 171:電容電極 197:數據接墊103、 103':非晶硅層107:第二金屬層 20:光掩膜-透光區22a和22b:第二透光區 三透光區24a:第四透光區41、 43、 49:透明電極具體實施方式
本發明提出一種可減少光掩膜使用數目的制造方法(三道工藝)，利用一 具有四種不同光穿透度的光掩膜，以形成三種不同厚度的光刻膠圖形，并使用 感光耐熱的有機光刻膠，達到減少光掩膜數目的目的，進而降低制造成本。此 方法可應用于具有不同結構的薄膜晶體管的顯示元件，例如背通道蝕刻式結構
(Back-Channel Etching (BCE) Type TFT)和蝕刻停止式結構(Etch Stop Type TFT)的薄膜晶體管；或是應用在具有Cst on gate或Cst on Com結構的顯示 元件，本發明對這些并沒有特別限制。以下提出一較佳實施例作為本發明的說明，其中實施例的顯示元件中的薄 膜晶體管為背通道蝕刻式(BCE)結構；而實施例所提出的顯示元件僅為舉例說 明之用，并不會對本發明欲保護的范圍作限縮。另外，實施例中的附圖也省略 不必要的元件，以利清楚顯示本發明的技術特點。請參照圖IA至圖1J，其為依照本發明一較佳實施例的顯示元件的制造方 法。其中顯示元件具有多個掃瞄信號線(未顯示)與多個數據信號線(未顯示) 以陣列的形式垂直相交，且掃瞄信號線與數據信號線定義出多個像素，每一像 素由相鄰的一對掃瞄信號線與相鄰的一對數據信號線所定義。而在此實施例 中，每一像素以具有一柵極接墊區11、 一薄膜晶體管區13、 一電容區(Cst region) 17和一數據接墊區(data-pad region) 19作此實施例制造方法的說明。 第一道工藝首先，在一基板9上形成一第一導電層例如是第一金屬層(未顯示)，再對 第一導電層圖案化(如蝕刻)后，分別在每一像素的柵極接墊區11、薄膜晶體 管區13和電容區17內形成一柵極接墊(gate pad) 111、 一柵極131和一電容 電極171，如圖1A所示。第二道工藝接著，如圖1B所示，在基板9上依序形成一介電層如氮化硅(SiNx)層101、 一半導體層包括非晶硅層(a-Si Layer)103和n+非晶硅層(n+a-Si)105;再于 n+非晶硅層105上形成一第二導電層例如第二金屬層107。其中，氮化硅層101 覆蓋住基板9上的柵極接墊Ul、柵極131和電容電極171。之后，形成一光刻膠層于第二金屬層107上，并提供一具有四種不同光穿 透度的光掩膜20以對該光刻膠層進行曝光顯影。在每一像素中，此實施例的 光掩膜20具有多個第一透光區21a、 21b、 21c和21d，第二透光區22a和22b， 第三透光區23a、 23b、 23c和23d，和第四透光區24a。其中透光程度由最小 到最大排列，分別是第一、第二、第三和第四透光區。另外光刻膠層15為一 正型光刻膠層，例如是由一有機材料所構成，并具有耐蝕刻和高溫下可再流動 的特性。
而顯影后所產生的一圖案化后光刻膠層15具有三種不同厚度，請同時參 照圖1C:(a) 在對應于薄膜晶體管區13的一通道區處的光刻膠具有第一厚度Tl， 對應于源極區/漏極區的外圍的像素連接區(即圖1G中標號127的區域)的光刻 膠具有第二厚度T2，對應于源極區/漏極區的光刻膠則具有第三厚度T3，且第 三厚度T3大于第二厚度T2，第二厚度T2大于該第一厚度T1;(b) 在對應于柵極接墊區11的柵極接墊111處的光刻膠完全去除，而對應 于柵極接墊111外圍處的光刻膠則具有第一厚度Tl;(c) 在對應于電容區17的光刻膠具有第一厚度Tl。(d) 在對應于數據接墊區19處的光刻膠具有第二厚度T2。之后，如圖1D所示，利用干式蝕刻依序移除柵極接墊區11的第二金屬層 107、 n+非晶硅層105、非晶硅層103和氮化硅層101，以裸露出柵極接墊111。接著，對光刻膠層15進行薄化步驟。利用干式蝕刻(Dry etching)或灰化 (Ashing)的方式，減去光刻膠層15的厚度，薄化后的光刻膠圖形如圖1E所示， 包括(1) 薄膜晶體管區13中對應于通道區處的光刻膠完全移除，而對應于源極 區/漏極區的光刻膠則進行減薄，如光刻膠153所示；(2) 完全移除柵極接墊區11和電容區17處的光刻膠；(3) 對應于數據接墊區19處的光刻膠則進行減薄，如光刻膠159所示。 然后，如圖1F所示，根據薄膜晶體管區13內的光刻膠153，對位于通道區處的第二金屬層107和n+非晶硅層105進行蝕刻(例如濕式蝕刻)，以形成 薄膜晶體管區13的一通道33、 一源極S和一漏極D。在進行此步驟時，也可 同時蝕刻以全部移除柵極接墊區11和電容區17處的第二金屬層107和n+非 晶硅層105。而數據接墊區19處則形成一數據接墊197，數據接墊197上方具 有一光刻膠圖案159。接著，如圖1G所示，對薄膜晶體管區13內的光刻膠153再次進行減薄， 薄化后特別是對應于源極區/漏極區及其外圍的光刻膠153'可適當地暴露出源 極S/漏極D其中的像素連接區127。薄化方式例如是蝕刻或灰化(ashing)。而 在薄化光刻膠153的同時，也移除數據接墊區19處的光刻膠圖案159，以裸 露出數據接墊197。
然后，加熱對應于源極區和漏極區及其外圍的剩余光刻膠153'，使其再流動(reflow)以覆蓋通道33。如圖1H所示，再流動后的光刻膠154覆蓋通道33 并保護源極S/漏極D(圖案化第二金屬層107而形成)。另外，在進行加熱光刻 膠的步驟前，更可較佳地包括對通道33進行一電漿處理(Plasma Treatment) 的步驟，以增進薄膜晶體管的電性。接著，如圖II所示，以再流動后的光刻膠154與圖案化后的第二導電層(即 第二金屬層107)為掩膜，將其它露出的半導體層(包括n+非晶硅層105和非晶 硅層103)完全移除，此時柵極接墊區11和電容區17處僅剩氮化硅層101，而 數據接墊區19處則形成包括數據接墊197、 n+非晶硅層105'和非晶硅層103' 的一堆棧體。而圖II也為依照本發明較佳實施例的第二道光掩膜工藝完成后 所得到的結構。 第三道工藝最后，形成一透明導電層(例如是氧化銦錫層一ITO layer)于氮化硅層101 上，經過圖案化后，形成一透明電極43于裸露出的源極S/漏極D的像素連接 區127上、 一透明電極41于柵極接墊區11的柵極接墊111上、和一透明電極 49于數據接墊區19處的數據接墊197上，如圖1J所示。其中，數據接墊區 19的透明電極49包覆由數據接墊197、 n+非晶硅層105'和非晶硅層103'所組 成的堆棧體。根據上述實施例，利用一具有四種不同光穿透度的光掩膜，以形成三種不 同厚度的光刻膠圖形，而經過再流動而成形后的光刻膠154則可作為顯示元件 中的保護層，進而免除了后續形成保護層的步驟，達到減少光掩膜使用數目和 降低制造成本的目的。當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情 況下，熟悉本領域的普通技術人員當可根據本發明做出各種相應的改變和變 形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種薄膜晶體管的制造方法，該薄膜晶體管的一通道區位于一源極區和一漏極區之間，其特征在于，該方法包括在一基板上形成一圖案化第一導電層，該圖案化第一導電層包括一柵極；在該圖案化第一導電層上依序形成一介電層、一半導體層、一第二導電層和一光刻膠層；提供一具有不同光穿透度的光掩膜并對該光刻膠層進行曝光顯影，所產生的一圖案化后光刻膠層具有至少三種厚度，對應于該通道區處的光刻膠具有一第一厚度，對應于該源極區/該漏極區外圍的一像素連接區的光刻膠具有一第二厚度，對應于該源極區和該漏極區的光刻膠則具有一第三厚度，且該第三厚度大于該第二厚度大于該第一厚度；移除對應于該通道區處具有該第一厚度的光刻膠，并蝕刻位于該通道區處的該第二導電層及部份該半導體層，以形成該薄膜晶體管的一通道、一源極和一漏極；移除具有該第二厚度的光刻膠，并露出該源極和該漏極其中的該像素連接區；加熱對應于該源極區和該漏極區及其外圍的剩余光刻膠，使再流動后的光刻膠覆蓋該通道；以再流動后的該光刻膠與圖案化后的該第二導電層為掩膜，移除露出的該半導體層；以及形成一圖案化透明電極，部分覆蓋于裸露出的該源極或該漏極其中的該像素連接區上。
2. 根據權利要求1所述的制造方法，其特征在于，形成該柵極的步驟包括形成一第一金屬層于該基板上；和 圖案化該第一金屬層以形成該柵極。
3. 根據權利要求1所述的制造方法，其特征在于，該半導體層包括一非晶 硅層。
4. 根據權利要求3所述的制造方法，其特征在于，還包括在該非晶硅層上形成一n+非晶硅層。
5. 根據權利要求1所述的制造方法，其特征在于，包括利用干式蝕刻或灰化的方式以移除對應于該通道區處具有該第一厚度的光刻膠，并利用濕式蝕刻 的方式去除位于該通道區處的該第二導電層。
6. 根據權利要求1所述的制造方法，其特征在于，包括利用蝕刻或灰化的 方式以移除對應于該源極區和該漏極區及其外圍的光刻膠。
7. 根據權利要求1所述的制造方法，其特征在于，在進行加熱光刻膠的步驟前，還包括對該通道進行一電漿處理。
8. 根據權利要求1所述的制造方法，其特征在于，該光刻膠層包括一有機材料。
9. 根據權利要求1所述的制造方法，其特征在于，該介電層包括一氮化硅 層，該透明電極包括一氧化銦錫層。
10. —種顯示元件的制造方法，該顯示元件具有多個掃瞄信號線與多個數 據信號線以陣列的形式垂直相交，且該些掃瞄信號線與該些數據信號線定義出 多個像素區，每一像素區由相鄰的一對掃瞄信號線與相鄰的一對數據信號線所 定義，每一掃描信號線延伸連接在一柵極接墊區的一柵極接墊，每一數據信號線延伸連接在一數據接墊區的一數據接墊，其特征在于，該制造方法包括在一基板上形成一圖案化第一導電層，該圖案化第一導電層包括每一柵極 信號線，在每一像素區的一薄膜晶體管區的一柵極和一電容區的一電容電極，以及每一柵極接墊區內的該柵極接墊；在該基板上依序形成一介電層、一半導體層、一第二導電層和一光刻膠層， 整個覆蓋該基板；提供一具有四種不同光穿透度的光掩膜并對該光刻膠層進行曝光顯影，所 產生的一圖案化后光刻膠層包含(a)在對應于該薄膜晶體管區的一通道區處 的光刻膠具有一第一厚度，對應于一源極區/一漏極區的外圍的一像素連接區 的光刻膠具有一第二厚度，對應于該源極區和該漏極區的光刻膠則具有一第三 厚度，且該第三厚度大于該第二厚度大于該第一厚度，(b)在對應于該柵極接 墊區的該柵極接墊處的光刻膠完全去除，對應于該柵極接墊處的外圍的光刻膠 則具有該第一厚度；依序移除該柵極接墊區的該第二導電層、該半導體層和該介電層，以裸露出該柵極接墊，同時去除具有該第一厚度的該光刻膠層，露出部分該第二導電 層；以該第二與第三厚度的該光刻膠層為掩膜，移除露出的該第二導電層及部 份該半導體層，以形成該薄膜晶體管區的一通道、 一源極和一漏極，以及每一該數據信號線和每一該數據接墊；移除對應于該源極區和該漏極區及其外圍具該第二厚度的光刻膠層，并露 出該源極和該漏極其中的該像素連接區；加熱對應于該源極區和該漏極區及其外圍的剩余光刻月交，使再流動后的光刻膠覆蓋該通道；以再流動后的該光刻膠以及圖案化后的該第二導電層為掩膜，移除露出的 該半導體層；及形成一圖案化透明電極，部分覆蓋于裸露出的該源極或該漏極其中的該像 素連接區上。
11. 根據權利要求10所述的制造方法，其特征在于，形成一第一金屬層于 該基板上，并圖案化該第一金屬層以形成該柵極、該電容電極和該柵極接墊。
12. 根據權利要求IO所述的制造方法，其特征在于，該半導體層包括一非晶娃層o
13. 根據權利要求12所述的制造方法，其特征在于，還包括在該非晶硅層 上形成一 n+非晶硅層。
14. 根據權利要求13所述的制造方法，其特征在于，在蝕刻該薄膜晶體管 區中該通道區處的該第二導電層和該n+非晶硅層時，還包括步驟同時蝕刻以全部移除該柵極接墊區和該電容區處的該第二導電層和該n+ 非晶娃層。
15. 根據權利要求IO所述的制造方法，其特征在于，在對該光刻膠層進行曝光顯影的步驟中，所產生的該圖案化后光刻膠層還包括 (C)在該電容區處的光刻膠具有該第一厚度。
16. 根據權利要求10所述的制造方法，其特征在于，包括利用干式蝕刻或 灰化的方式以移除該薄膜晶體管區中對應于該通道區處的光刻膠，并利用濕式 蝕刻的方式去除位于該通道區處的該第二導電層。
17. 根據權利要求10所述的制造方法，其特征在于，在裸露出該柵極接墊 區的該柵極接墊后，還包括利用干式蝕刻或灰化的方式對該圖案化后光刻膠層進行處理，以完全移除 該柵極接墊區和該電容區處的光刻膠。
18. 根據權利要求10所述的制造方法，其特征在于，包括利用蝕刻或灰化 的方式以薄化該薄膜晶體管區中對應于該源極區和該漏極區及其外圍的光刻 膠。
19. 根據權利要求IO所述的制造方法，其特征在于，在進行加熱光刻膠的 歩驟前，還包括對該薄膜晶體管區的該通道進行一電漿處理。
20. 根據權利要求IO所述的制造方法，其特征在于，在形成該圖案化透明 電極于裸露出的該源極或該漏極上的步驟時，該圖案化透明電極也同時覆蓋于 該柵極接墊區的該柵極接墊上。
21. 根據權利要求10所述的制造方法，其特征在于，數據接墊區在對該光刻膠層進行曝光顯影的步驟中，所產生的該圖案化后光刻膠層還包括 (d)在該數據接墊區處的光刻膠具有該第二厚度。
22. 根據權利要求21所述的制造方法，其特征在于，在移除對應于該源極 區和該漏極區及其外圍的光刻膠時，也同時移除該數據接墊區處的該光刻膠圖 案以裸露出該數據接墊。
23. 根據權利要求22所述的制造方法，其特征在于，在形成該圖案化透明 電極于裸露出的該源極或該漏極上的步驟時，該圖案化透明電極也同時覆蓋于 該數據接墊區處的該數據接墊上。
24. 根據權利要求10所述的制造方法，其特征在于，該光刻膠層包括一有機材料。
25. 根據權利要求IO所述的制造方法，其特征在于，該介電層包括一氮化 硅層，該透明電極包括一氧化銦錫層。
全文摘要
本發明公開一種薄膜晶體管的制造方法，首先形成一包括柵極的圖案化第一導電層于一基板上；在圖案化第一導電層上依序形成一介電層、一半導體層、一第二導電層和一光刻膠層；提供一具有不同光穿透度的光掩膜并對光刻膠層進行曝光顯影，圖案化后的光刻膠層至少具有三種不同的厚度；移除對應于通道區處的光刻膠，并蝕刻第二導電層及部分半導體層，形成薄膜晶體管的通道、源極和漏極；移除對應于源極和漏極及其外圍的光刻膠，露出像素連接區及數據接墊區；加熱剩余光刻膠，使再流動后的光刻膠覆蓋通道；以再流動后的光刻膠與圖案化后的第二導電層為掩膜，移除露出的半導體層；及形成一圖案化透明電極部分覆蓋于裸露出的源極或漏極其中的像素連接區上。
文檔編號H01L21/70GK101114619SQ20071014258
公開日2008年1月30日 申請日期2007年8月29日 優先權日2007年8月29日
發明者林漢涂, 黃國有 申請人:友達光電股份有限公司