專利名稱：薄膜晶體管、使用其的液晶顯示器、以及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜晶體管、使用該薄膜晶體管的液晶顯示器、以及制造該薄膜晶體管的方法。更具體地，本發(fā)明涉及具有改進(jìn)的導(dǎo)通電流和溝道長(zhǎng)度的薄膜晶體管、使用該薄膜晶體管的液晶顯示器、以及該薄膜晶體管的制造方法。
背景技術(shù)：
使用薄膜晶體管(TFT)作為開關(guān)元件的液晶顯示器已經(jīng)廣泛地普及。在許多無(wú)定形硅(α-Si)TFT中采用了反交錯(cuò)結(jié)構(gòu)(invertedstaggered structure)。盡管TFT分類為溝道保護(hù)型或溝道蝕刻型，但為了減少制造步驟的數(shù)量，在目前溝道蝕刻型是主流。
盡管通過使用五個(gè)或六個(gè)掩模來實(shí)現(xiàn)的制造溝道蝕刻型TFT的方法已經(jīng)被常規(guī)地采用，但是為了進(jìn)一步減少制造步驟的數(shù)量，已經(jīng)公開了通過使用四個(gè)掩模來實(shí)現(xiàn)的制造溝道蝕刻型TFT的方法。
例如，根據(jù)日本未決專利No.2000-164886，通過使用在TFT的溝道區(qū)域薄薄地形成的并在源極和漏極電極形成區(qū)域中厚厚地形成的光敏膜，而在其它區(qū)域中去除光敏膜以便將由相同的金屬層構(gòu)成的源極和漏極電極隔離的方法，減小了制造步驟的數(shù)量。首先，在絕緣襯底上形成導(dǎo)電層，并且在應(yīng)用光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)時(shí)通過使用第一光掩模來對(duì)導(dǎo)電層構(gòu)圖以形成柵極布線。在柵極布線上形成柵極絕緣膜并且層疊半導(dǎo)體層、n+摻雜半導(dǎo)體層以及源極和漏極金屬層。接著，通過使用第二光掩模和光刻技術(shù)，光敏膜被厚厚地形成在源極電極形成區(qū)域上和漏極電極形成區(qū)域上并且被薄薄地形成在源極和漏極電極形成區(qū)域之間的區(qū)域上。此外，通過使用該光敏膜作為掩模來蝕刻源極和漏極金屬層、n+摻雜半導(dǎo)體層以及半導(dǎo)體層以構(gòu)圖源極和漏極電極、n+摻雜半導(dǎo)體層以及半導(dǎo)體層。在n+摻雜半導(dǎo)體層和半導(dǎo)體層的蝕刻的同時(shí)，光敏膜的厚度通過去除源極和漏極電極形成區(qū)域之間的區(qū)域中的薄光敏層的受控量而被減少。
源極和漏極電極形成區(qū)域上的光敏膜的厚度減少了但仍保留在其上。通過蝕刻暴露在源極和漏極電極形成區(qū)域之間的源極和漏極金屬層并且進(jìn)一步蝕刻在源極和漏極電極形成區(qū)域之間的n+摻雜半導(dǎo)體層，來構(gòu)圖源極和漏極電極以及n+摻雜半導(dǎo)體層。然后，去除光敏膜。
接著，形成鈍化層并在應(yīng)用光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)時(shí)通過使用第三光掩模來形成接觸孔。接著，形成透明導(dǎo)電膜并在應(yīng)用光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)時(shí)通過使用第四光掩模來形成像素電極。
上述光敏膜在下文將被描述為光致抗蝕劑膜。
同時(shí)，日本未決專利No.2001-324725公開了光掩模圖形，其構(gòu)造為在源極和漏極電極形成區(qū)域厚厚地形成光致抗蝕劑圖形并且在源極和漏極電極形成區(qū)域之間的區(qū)域薄薄地形成光致抗蝕劑圖形。如圖1 A所示，該光掩模圖形包括用于覆蓋以形成源極和漏極電極的兩個(gè)光遮擋區(qū)域111a，以及布置在兩個(gè)光遮擋區(qū)域111a之間的并同時(shí)分別插入縫隙113a的細(xì)長(zhǎng)矩形光遮擋部分112a。使用上述光掩模圖形進(jìn)行曝光?；谶@樣的理解，即當(dāng)使用上述掩模圖形時(shí)，會(huì)產(chǎn)生在源極和漏極電極形成區(qū)域之間的溝道區(qū)域中的薄光致抗蝕劑圖形的厚度變得不均勻的問題，所以還公開了一種光掩模圖形，例如，其包括在兩端上具有切角(cut-off corner)的光遮擋區(qū)域111b，如圖1B所示。通過使用上述光掩模圖形，形成光致抗蝕劑圖形，并然后蝕刻金屬層、n+α-Si層以及α-Si層以構(gòu)圖源極和漏極電極、α-Si層以及n+α-Si層。此后，去除在源極和漏極電極形成區(qū)域之間的光致抗蝕劑圖形的薄的部分。此外，通過使用獨(dú)立的光致抗蝕劑圖形作為掩模蝕刻n+α-Si層和α-Si層。
同時(shí)，日本未決專利No.2002-55364還公開了各種形狀的光掩模圖形。例如，如圖2A所示，公開了包括在兩個(gè)光遮擋區(qū)域111d之間布置了多個(gè)細(xì)長(zhǎng)矩形光遮擋部分112d并插入縫隙113d的光掩模圖形。當(dāng)通過使用該掩模圖形制造薄膜晶體管時(shí)，由于光的干涉現(xiàn)象，以彎曲的方式形成了在柵極電極102上且在源極電極106a和漏極電極106b之間的半導(dǎo)體膜104，即半導(dǎo)體膜104中的溝道區(qū)域的每個(gè)端部，如圖2C所示。在本申請(qǐng)中，TFT的溝道區(qū)域的這樣的端部在下文將都被稱作邊緣部分(edge rim portion)。當(dāng)彎曲發(fā)生在該半導(dǎo)體膜104的兩邊部分中時(shí)，TFT的導(dǎo)通電流路徑也彎曲了。因此，通過以矩陣形式布置這樣的TFT而形成的液晶顯示器的圖像質(zhì)量將會(huì)降低。為防止發(fā)生兩邊部分上的彎曲，例如，還公開了一種技術(shù)以通過使用圖2B所示的形狀的光掩模圖形來形成圖2D所示的寬半導(dǎo)體膜104。
此外，日本未決專利No.2002-57338公開了薄光致抗蝕劑圖形的厚度的均勻性通過使用圖1A所示的上述光掩模圖形而被降低，其中光致抗蝕劑圖形用于在源極和漏極電極形成區(qū)域之間形成溝道區(qū)域。此外，該公報(bào)還公開下述問題，當(dāng)使用如圖1A所示的光掩模圖形時(shí)，由于光致抗蝕劑圖形的膜厚度的非均勻性而增加了TFT中的溝道長(zhǎng)度的不均勻性，并且后果是液晶顯示器的顯示特性降低。為解決這些問題，如圖1C所示公開了一種光掩模圖形的光遮擋區(qū)域111c的形狀的改進(jìn)。
順便提及，這些光掩模圖形中的每一個(gè)都包括光透明部分、光遮擋區(qū)域以及半透明區(qū)域，該半透明區(qū)域低于曝光設(shè)備的分辨力的光透明和光遮擋圖形構(gòu)成。該半透明區(qū)域的光透射量被懷疑在制造中引起了光掩模圖形的不均勻。例如，在圖1B所示的光掩模圖形中，孔縫隙的每個(gè)端部形成為比孔縫隙的中央部分寬，而半透明區(qū)域的寬度選擇為等于或窄于曝光設(shè)備的分辨力。特別地，制造中引起的光掩模圖形的不均勻的影響在端部比在孔縫隙的中心更為顯著。因此，在半透明區(qū)域中的光透射量與在孔縫隙的中心和端部之間不同。因此，存在半透明區(qū)域中形成的光致抗蝕劑圖形的厚度變得不均勻的問題。
同時(shí)，在圖2B所示的光掩模圖形中，在溝道區(qū)域中的半透明部分包括縱向排列的孔縫隙和光遮擋區(qū)域，并且在溝道區(qū)域的上部和下部上的兩個(gè)邊部分包括橫向排列的孔縫隙和光遮擋區(qū)域。如果縱向中的光掩模圖形的尺寸精度與橫向中的尺寸精度不同，那么在溝道區(qū)域中形成的光致抗蝕劑圖形的厚度與在溝道區(qū)域的上部和下部上將要形成的兩個(gè)邊部分上形成的光致抗蝕劑圖形的厚度不同。如果在溝道區(qū)域的中央部分的光致抗蝕劑的厚度與在其兩個(gè)邊部分的光致抗蝕劑的厚度不同，那么由于曝光量的變化使溝道長(zhǎng)度和溝道寬度的放大量波動(dòng)，并因此難以穩(wěn)定TFT的導(dǎo)通電流特性。例如，當(dāng)在兩個(gè)邊部分的光致抗蝕劑的厚度變得比溝道區(qū)域的中心部分的光致抗蝕劑的厚度薄時(shí)，最適合溝道長(zhǎng)度的曝光量波動(dòng)并由此降低了TFT的導(dǎo)通電流。相反，當(dāng)在兩個(gè)邊部分的光致抗蝕劑的厚度變得比溝道區(qū)域的中心部分的光致抗蝕劑的厚度厚時(shí)，TFT的導(dǎo)通電流增加但是必需確保自溝道寬度到柵極電極的端部的足夠的間隔。因此，必需延長(zhǎng)柵極電極。當(dāng)該柵極電極被延長(zhǎng)時(shí)，TFT所占據(jù)的區(qū)域擴(kuò)展，而孔徑比降低。因此，優(yōu)選地設(shè)置在光掩模圖形的縱向中和其橫向中的二維精度在相同的程度，并且在制造中必需嚴(yán)格控制光掩模的不均勻。
此外，當(dāng)光從透明絕緣襯底側(cè)照射時(shí)，在光到達(dá)漏極電極的附近中的α-Si層而不被柵極電極遮擋時(shí)，TFT的截止電流，即，光漏電流會(huì)增加。如圖2D所示，在用過使用圖2B的光掩模形成的TFT中，突出于漏極電極之上并位于柵極電極之外的α-Si的每一部分都對(duì)產(chǎn)生漏電流有貢獻(xiàn)。因此，光漏電流進(jìn)一步增加。
同時(shí)，在圖1C所示的掩模圖形中，突出的部分形成在孔縫隙113c的端部的附近中的細(xì)長(zhǎng)矩形部分112c中，而光透明區(qū)域的寬度選擇為等于或低于曝光設(shè)備的分辨力。但是，制造中光掩模圖形的不均勻的影響在孔縫隙113c的端部的附近中的突出部分比在其中心部分大。因此，產(chǎn)生了與使用圖1B所示的掩模圖形的情況相似的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種能夠穩(wěn)定導(dǎo)通電流并抑制溝道長(zhǎng)度的不均勻的薄膜晶體管，使用該薄膜晶體管的液晶顯示器，以及制造該薄膜晶體管的方法。
此外，本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一種能夠通過使用光掩模圖形來降低對(duì)薄膜晶體管的導(dǎo)通電流特性的影響的制造薄膜晶體管的方法，該光掩模圖形能夠降低薄膜晶體管的導(dǎo)通電流特性的影響。
根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管，在源極電極和漏極電極之間延伸的半導(dǎo)體膜的兩個(gè)邊上，在垂直于半導(dǎo)體膜的延伸方向中形成不規(guī)則。不規(guī)則的凹部位于連接源極電極和漏極電極的相對(duì)邊的兩端的一對(duì)虛擬直線所夾著的區(qū)域之外。
本發(fā)明的薄膜晶體管的特點(diǎn)在于半導(dǎo)體膜的寬度比位于柵極電極上的源極電極的寬度和漏極電極的寬度寬，并且在溝道區(qū)域中的兩個(gè)邊部分的半導(dǎo)體膜具有包括凹部和凸部的不規(guī)則形狀。
本發(fā)明的液晶顯示器包括具有形成在其上薄膜晶體管的有源矩陣襯底，以及與有源矩陣襯底相對(duì)并配置為插入液晶層的相對(duì)襯底。這里，薄膜晶體管包括半導(dǎo)體膜，以及位于溝道區(qū)域下面的柵極電極，在半導(dǎo)體膜和柵極電極之間插入了柵極絕緣膜。半導(dǎo)體膜在源極電極和漏極電極之間延伸。在垂直于其延伸方向中，半導(dǎo)體膜的兩邊上形成了不規(guī)則。此外，半導(dǎo)體膜的不規(guī)則的凹部位于源極電極和漏極電極的相對(duì)邊的兩端的一對(duì)虛擬直線所夾著的區(qū)域之外。柵極電極布置在溝道區(qū)域之下，在半導(dǎo)體膜和柵極電極之間插入柵極絕緣膜。
制造本發(fā)明的薄膜晶體管的方法包括如下步驟在絕緣襯底上形成柵極電極；在絕緣襯底和柵極電極上形成半導(dǎo)體膜和導(dǎo)電膜，其中半導(dǎo)體膜和柵極電極之間插入柵極絕緣膜；在半導(dǎo)體膜上和導(dǎo)電膜上形成光致抗蝕劑膜；通過使用光致抗蝕劑膜作為掩模來構(gòu)圖導(dǎo)電膜和半導(dǎo)體膜，并由此以島的形狀形成導(dǎo)電膜和半導(dǎo)體膜；通過構(gòu)圖導(dǎo)電膜彼此隔離地形成源極電極和漏極電極；以及對(duì)源極電極和漏極電極之間的半導(dǎo)體膜進(jìn)行溝道蝕刻。這里，在垂直于延伸方向的方向中，在沿其延伸方向提供的半導(dǎo)體膜的兩個(gè)邊上形成不規(guī)則。此外，不規(guī)則的凹部位于連接源極電極和漏極電極的相對(duì)邊的兩端的一對(duì)虛擬直線所夾著的區(qū)域之外。
優(yōu)選地，光致抗蝕劑膜包括對(duì)應(yīng)于厚的源極和漏極電極形成區(qū)域的厚的部分，以及對(duì)應(yīng)于源極電極形成區(qū)域和漏極電極形成區(qū)域之間的區(qū)域的薄的部分。
優(yōu)選地，使用包括具有不同光透射量的三個(gè)區(qū)域的光掩模時(shí)，通過曝光和顯影形成光致抗蝕劑膜，并且光掩模包括對(duì)應(yīng)于源極電極形成區(qū)域和漏極電極形成區(qū)域的一對(duì)光遮擋區(qū)域、位于一對(duì)光遮擋區(qū)域之間分別穿過縫隙的矩形部分、以及除了光遮擋區(qū)域和半透明區(qū)域之外的光透明區(qū)域，其中矩形部分與縫隙一起構(gòu)成半透明區(qū)域。
優(yōu)選地，光掩模的矩形部分比該對(duì)光遮擋區(qū)域的寬度寬。
優(yōu)選地，光掩模的多個(gè)矩形部分穿過縫隙。
優(yōu)選地，用于形成光致抗蝕劑膜的光掩模包括對(duì)應(yīng)于源極和漏極形成區(qū)域的一對(duì)光遮擋區(qū)域、光透明區(qū)域、以及具有光透明和光遮擋圖形的半透明區(qū)域，其具有等于或低于曝光設(shè)備的分辨力的尺寸。這里，光透明和光遮擋圖形包括一對(duì)縫隙和一個(gè)細(xì)長(zhǎng)矩形部分，并且細(xì)長(zhǎng)矩形部分比對(duì)應(yīng)于源極和漏極形成區(qū)域的該對(duì)光遮擋區(qū)域的相對(duì)部分的寬度長(zhǎng)。
優(yōu)選地，在對(duì)應(yīng)于源極和漏極形成區(qū)域的該對(duì)光遮擋區(qū)域的相對(duì)部分處，構(gòu)成光掩模的半透明區(qū)域的光透明和光遮擋圖形的細(xì)長(zhǎng)矩形部分比源極形成區(qū)域的寬度和漏極形成區(qū)域的寬度長(zhǎng)1.5μm或更長(zhǎng)。
優(yōu)選地，在對(duì)應(yīng)于源極和漏極形成區(qū)域的該對(duì)光遮擋區(qū)域的相對(duì)部分處，構(gòu)成光掩模的半透明區(qū)域的光透明和光遮擋圖形的細(xì)長(zhǎng)矩形部分比源極形成區(qū)域的寬度和漏極形成區(qū)域的寬度在一側(cè)上長(zhǎng)包括1.5μm到3.0μm在內(nèi)的范圍并且在兩側(cè)上總共長(zhǎng)包括3.0μm到6.0μm在內(nèi)的范圍。
在本發(fā)明中，薄膜晶體管的半導(dǎo)體膜在源極電極和漏極電極之間延伸。在沿延伸方向上的該半導(dǎo)體膜的兩邊上，在垂直于延伸方向的方向中形成不規(guī)則。此外，不規(guī)則的凹部位于連接源極電極和漏極電極的相對(duì)邊的兩端的一對(duì)虛擬直線所夾著的區(qū)域之外。因此，發(fā)生了TFT導(dǎo)通電流的路徑彎曲，由此，可以抑制液晶顯示器的圖像質(zhì)量的降低。
此外，在本發(fā)明中，用于形成光遮擋區(qū)域、光透明區(qū)域、以及半透明區(qū)域的光掩模包括對(duì)應(yīng)于源極和漏極形成區(qū)域的光遮擋區(qū)域、光透明區(qū)域、以及由光透明和光遮擋圖形構(gòu)成的半透明區(qū)域，半透明區(qū)域具有等于或低于曝光設(shè)備的分辨力的尺寸。這里，光透明和光遮擋圖形包括一對(duì)縫隙部分和一個(gè)細(xì)長(zhǎng)矩形部分，或者可以替換地，包括多個(gè)縫隙部分和多個(gè)細(xì)長(zhǎng)矩形部分，并且多個(gè)細(xì)長(zhǎng)矩形部分中的一個(gè)或者每個(gè)都形成為比對(duì)應(yīng)于源極和漏極形成區(qū)域的該對(duì)光遮擋區(qū)域的相對(duì)部分的寬度長(zhǎng)。這樣，甚至當(dāng)光掩模圖形中的縱向的尺寸精度與橫向尺寸精度不同時(shí)，也能夠避免溝道區(qū)域中的兩邊部分上形成的光致抗蝕劑圖形比用于形成溝道區(qū)域的內(nèi)部的光致抗蝕劑圖形薄，并由此抑制了由于曝光量的變化從源極和漏極的溝道長(zhǎng)度和溝道寬度的擴(kuò)大量的波動(dòng)。這樣，能夠穩(wěn)定TFT的導(dǎo)通電流特性。因此，能夠在制造光掩模中放松縱向或橫向中的尺寸精度，從而抑制產(chǎn)量降低。此外，用于形成源極電極形成區(qū)域和漏極電極形成區(qū)域之間的溝道區(qū)域的薄的光致抗蝕劑圖形的厚度的均勻性可以得到改善。因此，能夠解決由于溝道長(zhǎng)度的不均勻性引起的液晶顯示器的顯示特性降低的問題。
根據(jù)本發(fā)明的TFT和應(yīng)用TFT的液晶顯示器，具有穩(wěn)定TFT的導(dǎo)通電流和抑制溝道長(zhǎng)度的不均勻性的效果。此外，根據(jù)本發(fā)明的制造TFT的方法，具有減小在制造中引起的光掩模圖形的不均勻性對(duì)TFT的導(dǎo)通特性的影響的效果。


參考本申請(qǐng)并結(jié)合附圖，本發(fā)明的這些和其它的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)以及進(jìn)一步的說明對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)更明顯，其中圖1A到圖1C是示出了現(xiàn)有技術(shù)的光掩模圖形的平面圖。
圖2A和圖2B是示出了現(xiàn)有技術(shù)的光掩模圖形的平面圖，以及圖2C和圖2D是示出了通過使用圖2A和圖2B所示的光掩模圖形制造的薄膜晶體管的平面圖。
圖3A是示出了使用根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的薄膜晶體管的在有源矩陣襯底上的單元像素，圖3B是沿圖3A中的線I-I的剖面圖，以及圖3C是用于說明連接源極和漏極電極的相對(duì)邊的兩端的一對(duì)虛擬直線的單元像素的另一個(gè)平面圖。
圖4A到圖4D是示出了沿圖3A中的線I-I的制造步驟順序的剖面圖。
圖5是用于制造根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的薄膜晶體管的光掩模圖形的平面圖。
圖6A是示出了圖5所示的光掩模的矩形突出長(zhǎng)度與溝道邊和源極-漏極邊之間的距離之間的關(guān)系的特性圖，而圖6B是示出了圖5所示的光掩模的矩形突出長(zhǎng)度和TFT的漏極電流-漏極電壓之間的關(guān)系的特性圖。
圖7是使用圖3A和圖3B所示的有源矩陣襯底的液晶顯示器的剖面圖。
圖8是示出了使用根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的薄膜晶體管的有源矩陣襯底上的單元像素的平面圖，圖8B是用于制造根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的薄膜晶體管的光掩模圖形的平面圖，以及圖8C是用于解釋連接源極和漏極電極的相對(duì)邊的兩端的一對(duì)虛擬直線的單元像素的另一個(gè)平面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，參考

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。將參考圖3A到圖7說明第一實(shí)施例并參考圖8A到8C說明第二實(shí)施例。任何一個(gè)實(shí)施例的目的在于限定位于柵極電極上的半導(dǎo)體膜的寬度，半導(dǎo)體膜構(gòu)成了在薄膜晶體管中的源極電極和漏極電極之間的溝道區(qū)域。特別地，半導(dǎo)體膜在源極電極和漏極電極之間延伸，并且在沿延伸方向上的該半導(dǎo)體膜的兩邊上，在垂直于延伸方向的方向中形成不規(guī)則。這里，不規(guī)則的凹部位于連接源極電極和漏極電極的相對(duì)邊的兩端的一對(duì)虛擬直線所夾著的區(qū)域之外。
首先，將參考

第一實(shí)施例。如圖3A所示，本實(shí)施例的薄膜晶體管的目的在于限定位于柵極電極2上的半導(dǎo)體膜4的寬度，該半導(dǎo)體膜構(gòu)成了源極電極6a和漏極電極6b之間的溝道區(qū)域。具體地，半導(dǎo)體膜4在源極電極6a和漏極電極6b之間延伸，并且在沿延伸方向提供的該半導(dǎo)體膜4的兩個(gè)邊上，在垂直于延伸方向的方向上形成了不規(guī)則(凹部4b和凸部4a)。這里，如圖3C所示，假設(shè)有連接源極電極6a和漏極電極6b的相對(duì)邊的兩端的一對(duì)虛擬直線30。不規(guī)則的凹部4b位于該對(duì)虛擬直線30所夾著的區(qū)域之外。換句話說，位于柵極電極2上的該半導(dǎo)體膜4的寬度比源極電極6a的寬度和漏極電極6b的寬度寬，并且在溝道區(qū)域的兩個(gè)邊部分的每個(gè)邊處的半導(dǎo)體膜4具有包括凸部4a和凹部4b的不規(guī)則形狀。
當(dāng)具有上述形狀的TFT用于液晶顯示器時(shí)，TFT以矩陣形式布置在有源矩陣襯底上并且源極電極6a通過接觸孔8電氣連接到像素電極9。
參考圖3B，在透明絕緣襯底1上形成由金屬層等構(gòu)成的柵極電極。要提供溝道區(qū)域的半導(dǎo)體膜4形成在該柵極電極2上，在半導(dǎo)體膜4和柵極電極2之間插入柵極絕緣膜3。此外，由金屬層等構(gòu)成的源極電極6a和漏極電極6b形成在該半導(dǎo)體膜4的兩側(cè)上，在半導(dǎo)體膜4和源極與漏極電極6a、6b之間插入高雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體膜5。此外，形成鈍化膜7以覆蓋這些部分，并且形成像素電極9以通過在鈍化膜7處開的接觸孔8與源極電極6a電氣連接。盡管TFT的源極和漏極由施加到柵極、源極和漏極上的工作電位決定，但在本申請(qǐng)中，連接到像素電極的電極被稱為源極電極。
接著，將參考圖4A到圖5說明具有圖3A所示的平面布局和圖3B所示的剖面結(jié)構(gòu)的TFT的制作方法。
首先，在諸如玻璃的透明絕緣襯底1上，通過使用濺射方法等，形成諸如Mo、Cr、Ta、或在Al上的Mo的疊層、或包含前述金屬作為主要成分的合金層疊膜等的金屬層，厚度在從200nm到300nm的范圍內(nèi)。此外，通過使用光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)將該金屬層形成為柵極電極2。
接著，通過使用等離子體增強(qiáng)CVD方法形成由SiN膜或SiO2膜和SiN膜的層疊膜構(gòu)成的柵極絕緣膜3，厚度從350nm到500nm。然后，依次形成厚度從100nm到250nm范圍內(nèi)的α-Si層4A作為半導(dǎo)體膜，并且然后形成厚度從20nm到50nm的n+α-Si層5作為用磷(P)摻雜的高雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體膜。接著，通過使用濺射方法等將Mo、Cr、Ta，或Mo、Al以及Mo的層疊膜形成為用于源極和漏極電極的金屬層6，厚度從200nm到300nm。此后，在絕緣襯底1上涂敷厚度從1μm到2μm的正光致抗蝕劑。
接著，通過使用如圖5所示的光掩模圖形將光致抗蝕劑曝光和顯影。具體地，圖5所示的光掩模圖形是包括具有彼此不同的光透射量的三個(gè)區(qū)域的半色調(diào)(halftone)掩模，也就是說，包括光遮擋區(qū)域、半透明區(qū)域以及光透明區(qū)域。光遮擋區(qū)域包括用于形成源極和漏極區(qū)域的一對(duì)光遮擋區(qū)域11。半透明區(qū)域包括縫隙13、以及穿過縫隙13布置在該對(duì)光遮擋區(qū)域11之間并且具有大于該對(duì)光遮擋區(qū)域11的寬度的一個(gè)細(xì)長(zhǎng)矩形部分12。也就是說，沿TFT柵極寬度方向的細(xì)長(zhǎng)矩形部分12的寬度大于光遮擋區(qū)域11的寬度。在該實(shí)施例中，在該對(duì)光遮擋區(qū)域11之間布置單個(gè)的細(xì)長(zhǎng)矩形部分12。此外，除了光遮擋部分和半透光部分之外的區(qū)域作為光透明區(qū)域。通過利用如此構(gòu)造的光掩模圖形進(jìn)行曝光和顯影。在該情況下，控制曝光量以便去除位于光透明區(qū)域中的光致抗蝕劑膜，保持與涂敷時(shí)基本上相同的光致抗蝕劑膜的厚度下保留位于光遮擋區(qū)域11中的光致抗蝕劑膜，以及保留在半透明區(qū)域中的薄光致抗蝕劑膜，該半透明區(qū)域包括細(xì)長(zhǎng)矩形部分12和縫隙13，其具有等于或低于曝光設(shè)備的分辨力的尺寸。位于半透明區(qū)域中的光致抗蝕劑膜的厚度減小到變?yōu)楣庹趽鯀^(qū)域11中的光致抗蝕劑膜的厚度的20％到60％，或者例如到從大約200nm到600nm的厚度。這樣，如圖4A所示形成包括厚的源極和漏極形成部分10a和薄的溝道形成部分10b的光致抗蝕劑膜。
接著，使用剩余的光致抗蝕劑膜作為掩模，通過干法蝕刻或濕法蝕刻構(gòu)圖源極和漏極金屬層6。例如，當(dāng)源極和漏極金屬層6由Cr制成時(shí)，應(yīng)用CeNHO3蝕刻劑的濕法蝕刻，當(dāng)源極和漏極金屬層6由Mo制成時(shí)，應(yīng)用SF6或CF4與O2氣的混和氣體的干法蝕刻。此后，通過使用SF6與HCl或O2的混和氣體的干法蝕刻，蝕刻由n+α-Si制成的高雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體膜5(5A)和由α-Si制成的半導(dǎo)體膜4(4A)的暴露的部分。這樣，在圖3A中的陰影部分，以及被源極電極6a、漏極電極6b以及漏極總線所覆蓋的由n+α-Si制成的高雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體膜5(5A)和由α-Si制成的半導(dǎo)體膜4(4A)部分被保留。保留的圖形在對(duì)應(yīng)于各單元像素的部分具有島的形狀，以單個(gè)漏極總線整體地形成。
這里，如圖4C所示，包括厚的源極和漏極形成部分10a和薄的溝道形成部分10b的光致抗蝕劑膜也被蝕刻。對(duì)于整個(gè)光致抗蝕劑膜，薄的溝道形成區(qū)域10b被去除，而厚的源極和漏極形成區(qū)域10a被保留。通過使用這樣保留的光致抗蝕劑膜進(jìn)行源極和漏極金屬層6、n+α-Si層5和α-Si層4的首次蝕刻。可以選擇地，通過使用SF6或CF4與HCl或O2的混和氣體的干法蝕刻，由n+α-Si制成的高雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體膜5和由α-Si層制成的半導(dǎo)體膜4的部分被去除。當(dāng)保留如圖4B所示的薄的溝道形成部分10b時(shí)通過使用O2氣體的干灰化(dryashing)去除光致抗蝕劑膜的薄的溝道形成部分10b，而如圖4C所示保留了源極和漏極形成部分10a。在對(duì)光致抗蝕劑膜的平面布局的響應(yīng)中，由n+α-Si制成的高雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體膜5和由α-Si制成的半導(dǎo)體膜4形成為柵極電極2上面的不規(guī)則形狀，該不規(guī)則形狀包括凸部4a和凹部4b。
接著，如圖4D所示，通過與用于源極和漏極金屬層6以及n+α-Si層5A的首次蝕刻相似的蝕刻來進(jìn)行用于源極和漏極金屬層6和位于光致該對(duì)抗蝕劑膜10a之間的n+α-Si層5A的二次蝕刻。當(dāng)蝕刻n+α-Si層5A時(shí)，α-Si層4A的部分表面被蝕刻以便保留一定厚度，如保留膜形成時(shí)從50％到80％范圍的厚度以形成溝道4B。接著，通過去除光致抗蝕劑膜形成圖4D所示的TFT。這里，在源極和漏極金屬層6的二次蝕刻之后去除該光致抗蝕劑膜。可以替換的，在去除光致抗蝕劑膜之后，還能夠通過使用源極和漏極金屬層6作為掩模蝕刻n+α-Si層5A來形成溝道區(qū)域4B。
接著，通過等離子體增強(qiáng)CVD方法形成厚度為300nm到400nm的SiN制成的鈍化膜7，然后通過使用光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)開接觸孔8。盡管其中沒有示出，在柵極絕緣膜3和鈍化膜7上形成用于連接?xùn)艠O布線的接觸孔，并且在鈍化膜7處開用于連接漏極布線的接觸孔。此外，通過濺射方法在鈍化膜7閃過形成ITO膜，厚度從40nm到140nm，并且然后通過使用光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)形成連接到源極電極6a的像素電極9。這樣，能夠制造使用圖3A和圖3B所示的薄膜晶體管的有源矩陣襯底。
接著，參考圖6A說明光掩模圖形的細(xì)長(zhǎng)矩形部分12的突出長(zhǎng)度d1與溝道邊-源極和漏極距離d2之間的關(guān)系。距離圖5所示的光掩模圖形的光遮擋區(qū)域11的細(xì)長(zhǎng)矩形部分12的突出量定義為光掩模矩形的突出長(zhǎng)度d1。此外，源極和漏極電極6a和6b的邊和在溝道區(qū)域中的半導(dǎo)體膜4的凹部4b的邊之間的距離被定義為溝道邊和源極-漏極邊之間的距離d2，其中源極和漏極電極6a和6b是通過使用具有矩形突出長(zhǎng)度d1的光掩模圖形進(jìn)行曝光和顯影而制造的。也就是說，圖6A示出了當(dāng)改變用于形成半透明區(qū)域的細(xì)長(zhǎng)矩形部分12的長(zhǎng)度d1時(shí)，距離d2的變化。根據(jù)圖6A，當(dāng)突出長(zhǎng)度d1超過1.5μm時(shí)，可以明顯看出距離d2變?yōu)檎?，即，在溝道區(qū)域中的半導(dǎo)體區(qū)域4的凹部4b變得比源極和漏極電極6a和6b的邊寬。
圖6b示出了當(dāng)改變突出長(zhǎng)度d1分別到0μm、1.5μm和3.0μm時(shí)，TFT的漏極電流Id-漏極電壓Vd特性。這里，柵極電壓設(shè)為10V。從圖6A和圖6B可以明顯看出，當(dāng)光掩模矩形突出長(zhǎng)度d1設(shè)置為等于或大于1.5μm時(shí)在溝道區(qū)域中的兩個(gè)邊部分上形成了不規(guī)則4a和4b，并且甚至當(dāng)兩邊部分彎曲時(shí)，也能抑制對(duì)TFT導(dǎo)通電流的影響。
這里，在溝道區(qū)域中的半導(dǎo)體膜4的邊和柵極電極2的邊之間的距離定義為圖6A所示的柵極電極突出長(zhǎng)度d3。當(dāng)從透明襯底1側(cè)照射光時(shí)，如果光不被柵極電極2遮擋并且到達(dá)α-Si層4，那么TFT的截止電流，即，光漏電流增加。為抑制截止電流增加，柵極電極突出長(zhǎng)度d3不能設(shè)置為短于預(yù)定的長(zhǎng)度。因此，像素電極的面積減小并且孔徑比由此減小。當(dāng)矩形突出長(zhǎng)度d1增加，不能同時(shí)減小柵極電極突出長(zhǎng)度d3。但是，當(dāng)矩形突出長(zhǎng)度d1等于或低于3.0μm時(shí)不會(huì)產(chǎn)生這個(gè)問題。總而言之，在對(duì)應(yīng)于源極和漏極形成區(qū)域的該對(duì)光遮擋區(qū)域的相對(duì)部分處，光掩模的半透明區(qū)域中的細(xì)長(zhǎng)矩形部分12被設(shè)置為比源極和漏極形成區(qū)域的寬度在一側(cè)上長(zhǎng)包括1.5μm到3.0μm在內(nèi)的范圍并且在兩側(cè)上總共長(zhǎng)包括3.0μm到6.0μm在內(nèi)的范圍。
接著，將簡(jiǎn)單說明使用上述薄膜晶體管的液晶顯示器。參考圖7，該液晶顯示器在有源矩陣襯底和相對(duì)襯底之間插入了液晶層15，該有源矩陣襯底在其上形成了第一實(shí)施例的上述TFT，該相對(duì)襯底包括形成在透明絕緣襯底14上的光遮擋膜16、彩色濾光層17、用于平面化光遮擋膜16和彩色濾光膜17的表面的平面膜18、以及形成在平面膜18上的相對(duì)電極19。定向膜20分別形成在接觸液晶層15的有源矩陣襯底和相對(duì)襯底的表面上。
如上所述，在本實(shí)施例的薄膜晶體管中，半導(dǎo)體膜4在源極電極6a和漏極電極6b之間延伸。沿延伸方向的該半導(dǎo)體膜4的兩個(gè)邊上，在垂直于延伸方向的方向上形成了不規(guī)則(凹部4b和凸部4a)。此外，不規(guī)則的凹部4b位于連接源極電極6a和漏極電極6b的相對(duì)邊的兩端的該對(duì)虛擬直線30所夾著的區(qū)域之外。因此，能夠穩(wěn)定導(dǎo)通電流和實(shí)現(xiàn)溝道長(zhǎng)度不均勻性的抑制。
此外，在本實(shí)施例的液晶顯示器中，薄膜晶體管的半導(dǎo)體膜4在源極電極6a和漏極電極6b之間延伸。沿延伸方向的該半導(dǎo)體膜4的兩個(gè)邊上，在垂直于延伸方向的方向上形成了不規(guī)則(凹部4b和凸部4a)。此外，不規(guī)則的凹部4b位于連接源極電極6a和漏極電極6b的相對(duì)邊的兩端的該對(duì)虛擬直線30所夾著的區(qū)域之外。因此，能夠穩(wěn)定薄膜晶體管的導(dǎo)通電流和實(shí)現(xiàn)溝道長(zhǎng)度不均勻性的抑制。這樣，能夠防止顯示特性的降低。
此外，通過使用包括矩形突出長(zhǎng)度d1設(shè)計(jì)在1.5μm到3.0μm范圍內(nèi)的光掩模圖形，在溝道區(qū)域中的兩個(gè)邊部分上形成了不規(guī)則4a和4b，并且即使在兩個(gè)邊部分發(fā)生彎曲時(shí)也能夠抑制對(duì)TFT的導(dǎo)通電流的影響。此外，能夠防止孔徑比的降低且抑制了光漏電流的增加。
接著，將說明本發(fā)明的第二實(shí)施例。本實(shí)施例的薄膜晶體管也試圖限定柵極電極2上的半導(dǎo)體膜4的寬度，該半導(dǎo)體膜4構(gòu)成了源極電極6a和漏極電極6b之間的溝道區(qū)域。具體地，半導(dǎo)體膜4在源極電極6a和漏極電極6b之間延伸，并且在沿延伸方向提供的該半導(dǎo)體膜4的兩個(gè)邊上，在垂直于延伸方向的方向上形成了不規(guī)則(凹部4b和凸部4a)。這里，如圖8C所示，假設(shè)有連接源極電極6a和漏極電極6b的相對(duì)邊的兩端的一對(duì)虛擬直線80。不規(guī)則的凹部4b位于該對(duì)虛擬直線80所夾著的區(qū)域之外。換句話說，該半導(dǎo)體膜4的寬度比位于柵極電極2上的源極電極6a的寬度和漏極電極6b的寬度寬，并且在溝道區(qū)域的兩個(gè)邊部分的每個(gè)處的半導(dǎo)體膜4具有包括凸部4a和凹部4b的不規(guī)則形狀。在本實(shí)施例中，如圖8A所示，在溝道區(qū)域中的半導(dǎo)體膜4的兩個(gè)邊部分的每一個(gè)具有包括兩個(gè)凸部4a和三個(gè)凹部4b的不規(guī)則形狀。也就是說，在半導(dǎo)體膜4的兩個(gè)邊部分的每一個(gè)中分別形成了多個(gè)凸部4a和多個(gè)凹部4b。
當(dāng)制造該TFT時(shí)，與第一實(shí)施例的上述制造方法相似，使用了包括光遮擋區(qū)域、半透明區(qū)域以及光透明區(qū)域的半色調(diào)掩模。但是，這里使用的光掩模的圖形與第一實(shí)施例的圖形不同。在本實(shí)施例中，光遮擋區(qū)域包括一對(duì)光遮擋區(qū)域11。半透明區(qū)域包括縫隙13，以及穿過縫隙13布置在該對(duì)光遮擋區(qū)域11之間并且具有大于該對(duì)光遮擋區(qū)域11的寬度的細(xì)長(zhǎng)矩形部分12。具體的，在本實(shí)施例中，在該對(duì)光遮擋區(qū)域11之間布置了兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)矩形部分12和三個(gè)縫隙13。除了光遮擋部分和半透光部分之外的區(qū)域作為光透明區(qū)域。通過使用該光掩模圖形進(jìn)行曝光和顯影形成了TFT，該光掩模圖形包括半透明區(qū)域，其具有比光遮擋區(qū)域11的相對(duì)部分的寬度長(zhǎng)的兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)矩形部分12。
在本實(shí)施例的液晶顯示器中，半導(dǎo)體膜4在源極電極6a和漏極電極6b之間延伸。沿延伸方向的該半導(dǎo)體膜4的兩個(gè)邊上，在垂直于延伸方向的方向上形成了不規(guī)則(凹部4b和凸部4a)。此外，不規(guī)則的凹部4b位于連接源極電極6a和漏極電極6b的相對(duì)邊的兩端的該對(duì)虛擬直線80所夾著的區(qū)域之外。因此，能夠穩(wěn)定薄膜晶體管的導(dǎo)通電流和實(shí)現(xiàn)溝道長(zhǎng)度不均勻性的抑制。這樣，能夠防止顯示特性的降低。
此外，在本實(shí)施例中，能夠抑制在該曝光和顯影中響應(yīng)曝光量的變化的光致抗蝕劑膜的膜厚度的變化，該光致抗蝕劑膜用于形成源極和漏極形成區(qū)域之間的薄溝道區(qū)域。因此，該實(shí)施例與第一實(shí)施例相比具有能夠進(jìn)一步抑制溝道長(zhǎng)度的不均勻性的優(yōu)點(diǎn)。
此外，與第一實(shí)施例相似，通過使用光掩模圖形在溝道區(qū)域中的兩個(gè)邊部分上形成了不規(guī)則4a和4b，該光掩模圖形包括設(shè)計(jì)在從1.5μm到3.0μm范圍內(nèi)的光掩模矩形突出長(zhǎng)度d1，并且即使在兩邊部分彎曲時(shí)也能抑制對(duì)TFT的導(dǎo)通電流的影響。此外，能夠防止孔徑比的降低且抑制了光漏電流的增加。
盡管已經(jīng)參考

了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是可以作出各種變化和修改而不偏離本發(fā)明的真正范圍。
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管，包括在源極電極和漏極電極之間延伸的半導(dǎo)體膜，所述半導(dǎo)體膜包括沿半導(dǎo)體膜的延伸方向的其兩個(gè)邊上并且在垂直于延伸方向中形成的不規(guī)則，不規(guī)則的凹部位于連接所述源極電極和所述漏極電極的相對(duì)邊的兩端的一對(duì)虛擬直線所夾著的區(qū)域之外；以及布置在所述溝道區(qū)域下的柵極電極，在所述半導(dǎo)體膜和所述柵極電極之間插入柵極絕緣膜。
2.一種液晶顯示器，包括在其上形成了薄膜晶體管的有源矩陣襯底；以及與所述有源矩陣襯底相對(duì)的用于插入液晶層的相對(duì)襯底，其中，每個(gè)所述薄膜晶體管包括在源極電極和漏極電極之間延伸的半導(dǎo)體膜，所述半導(dǎo)體膜包括沿半導(dǎo)體膜的延伸方向的其兩個(gè)邊上并且在垂直于延伸方向中形成的不規(guī)則，不規(guī)則的凹部位于連接所述源極電極和所述漏極電極的相對(duì)邊的兩端的一對(duì)虛擬直線所夾著的區(qū)域之外；以及布置在所述溝道區(qū)域下的柵極電極，在所述半導(dǎo)體膜和所述柵極電極之間插入柵極絕緣膜。
3.一種制造薄膜晶體管的方法，包括如下步驟在絕緣襯底上形成柵極電極；在所述絕緣襯底上和所述柵極電極上形成半導(dǎo)體膜和導(dǎo)電膜，其中在所述絕緣襯底和所述柵極電極以及所述半導(dǎo)體膜之間插入柵極絕緣膜；在所述半導(dǎo)體膜上和所述導(dǎo)電膜上形成光致抗蝕劑膜；通過使用所述光致抗蝕劑膜作為掩模來構(gòu)圖所述導(dǎo)電膜和所述半導(dǎo)體膜，并由此以島的形狀形成導(dǎo)電膜和半導(dǎo)體膜；通過構(gòu)圖所述導(dǎo)電膜彼此隔離地形成源極電極和漏極電極；以及對(duì)所述源極電極和所述漏極電極之間的所述半導(dǎo)體膜進(jìn)行溝道蝕刻，其中，在沿延伸方向提供的所述半導(dǎo)體膜的兩個(gè)邊上并且在垂直于延伸方向的方向中形成不規(guī)則，并且不規(guī)則的凹部位于連接所述源極電極和所述漏極電極的相對(duì)邊的兩端的一對(duì)虛擬直線所夾著的區(qū)域之外。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的制造薄膜晶體管的方法，其中所述光致抗蝕劑膜包括對(duì)應(yīng)于源極電極形成區(qū)域和漏極電極形成區(qū)域的厚的部分；以及對(duì)應(yīng)于所述源極電極形成區(qū)域和所述漏極電極形成區(qū)域之間的溝道形成區(qū)域的薄的部分，其具有的厚度比所述厚的部分的厚度薄。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的制造薄膜晶體管的方法，其中所述光致抗蝕劑膜是使用包括具有不同光透射量的三個(gè)區(qū)域的光掩模時(shí)，通過曝光和顯影形成的，以及所述光掩模包括對(duì)應(yīng)于所述源極電極形成區(qū)域和所述漏極電極形成區(qū)域的一對(duì)光遮擋區(qū)域、位于所述一對(duì)光遮擋區(qū)域之間分別穿過縫隙的矩形部分、以及除了所述光遮擋區(qū)域和所述半透明區(qū)域之外的光透明區(qū)域，其中所述矩形部分與所述縫隙一起構(gòu)成半透明區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的制造薄膜晶體管的方法，其中，所述光掩模的所述矩形部分比所述一對(duì)光遮擋區(qū)域的寬度寬。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的制造薄膜晶體管的方法，其中，多個(gè)矩形部分穿過所述縫隙，每個(gè)矩形部分與所述光掩模的所述矩形部分相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的制造薄膜晶體管的方法，其中用于形成所述光致抗蝕劑膜的光掩模包括對(duì)應(yīng)于源極和漏極形成區(qū)域的一對(duì)光遮擋區(qū)域、光透明區(qū)域、以及具有光透明和光遮擋圖形的半透明區(qū)域，其具有等于或低于曝光設(shè)備的分辨力的尺寸，所述光透明和光遮擋圖形包括一對(duì)縫隙和一個(gè)細(xì)長(zhǎng)矩形部分，并且所述細(xì)長(zhǎng)矩形部分比對(duì)應(yīng)于所述源極和漏極形成區(qū)域的所述一對(duì)光遮擋區(qū)域的相對(duì)部分的寬度長(zhǎng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的制造薄膜晶體管的方法，其中在對(duì)應(yīng)于所述源極和漏極形成區(qū)域的所述一對(duì)光遮擋區(qū)域的相對(duì)部分處，構(gòu)成所述光掩模的所述半透明區(qū)域的所述光透明和光遮擋圖形的所述細(xì)長(zhǎng)矩形部分比所述源極形成區(qū)域的寬度和所述漏極形成區(qū)域的寬度中的任何一個(gè)長(zhǎng)1.5μm或更多。
10.根據(jù)權(quán)利要求4的制造薄膜晶體管的方法，其中在對(duì)應(yīng)于所述源極和漏極形成區(qū)域的所述一對(duì)光遮擋區(qū)域的相對(duì)部分處，構(gòu)成所述光掩模的半透明區(qū)域的所述光透明和光遮擋圖形的所述細(xì)長(zhǎng)矩形部分比所述源極形成區(qū)域的寬度和所述漏極形成區(qū)域的寬度中的任何一個(gè)在一側(cè)上長(zhǎng)包括1.5μm到3.0μm在內(nèi)的范圍并且在兩側(cè)上總共長(zhǎng)包括3.0μm到6.0μm在內(nèi)的范圍。
全文摘要
位于柵極電極上用來形成在源極電極和漏極電極之間的溝道區(qū)域的半導(dǎo)體膜具有比位于柵極電極上的源極電極的寬度和漏極電極的寬度寬的寬度。在溝道區(qū)中的兩邊部分上的半導(dǎo)體膜的寬度方向上形成了不規(guī)則。
文檔編號(hào)H01L21/336GK1655039SQ20051000945
公開日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2005年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月10日
發(fā)明者大石三真, 木村聰 申請(qǐng)人:Nec液晶技術(shù)株式會(huì)社