專利名稱：一種tft矩陣結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜晶體管(TFT)矩陣結(jié)構(gòu)及其制造方法，特別涉及一 種由四次光刻制備的TFT矩陣結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
液晶顯示方式是目前平板顯示的主流，而有源驅(qū)動TFT LCD (薄膜晶體 管液晶顯示器)則是液晶顯示領(lǐng)域中的主導顯示方式。TFT LCD的制造工藝 與傳統(tǒng)的IC電路相兼容，顯示品質(zhì)優(yōu)異，功耗低、重量輕、無輻射，是一種 非常友好的人機交流界面，其主要應(yīng)用領(lǐng)域有筆記本電腦、臺式計算機監(jiān)視 器、工作站、工業(yè)監(jiān)視器、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、個人數(shù)據(jù)處理、游戲 機、可視電話、便攜式VCD、 DVD及其它一些便攜裝置。為了有效地降低TFT LCD的價格和提高其成品率，有源驅(qū)動薄膜晶體管 (TFT )矩陣的制造工藝逐步得到簡化，從開始的七次或六次光刻到現(xiàn)在普遍 采用的五次光刻。近來，基于灰色調(diào)掩模版光刻"Gray Tone Mask"技術(shù)的 四次光刻工藝開始涉足TFT LCD的制造領(lǐng)域并逐步得到應(yīng)用，其核心工藝就 是用源漏電極(S/D) Gray Tone Mask代替?zhèn)鹘y(tǒng)五次光刻工藝中的有源層光 刻(Active Mask)和源漏電極光刻(S/DMask)。其具體工藝過程如下首 先，由第一次光刻形成柵電極，接著在柵電極上連續(xù)沉積一層柵絕緣層、有 源層、歐姆接觸層和源漏金屬層。接著在第二次光刻后通過S/D濕法刻蝕、 多步刻蝕(有源層刻蝕—灰化(Ashing) — Mo千法刻蝕—n+刻蝕)形成數(shù)據(jù)線、 有源區(qū)、源漏電極和TFT溝道圖形。然后沉積一層鈍化層，由第三次光刻在 鈍化層上形成連接孔。最后沉積一層透明的像素電極層并由第四次光刻形成 像素電極。該四次光刻工藝相對于傳統(tǒng)五次光刻工藝盡管取得了一些進步，但仍存在幾個主要的缺點 一是多步刻蝕工藝復(fù)雜，開發(fā)難度大，而且不可避免地 會產(chǎn)生一些缺陷，如金屬Mo殘留、溝道表面粗糙等。二是在Mo干法刻蝕中 產(chǎn)生的側(cè)向刻蝕將影響溝道的寬長比，導致TFT電學特性的改變，如開態(tài)電 流偏j氐等。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出了一種由四次光刻制備有源驅(qū)動TFT 矩陣結(jié)構(gòu)及其制造方法，從而縮短了 TFT矩陣的生產(chǎn)周期，降低了其生產(chǎn)成 本。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種TFT矩陣結(jié)構(gòu)，其中包括 一基板；一4冊線和與其一體的柵電極，形成在所述基板上，柵線和柵電極的上方依次覆蓋有第一層絕緣層、半導體層、歐姆接觸層；一薄膜晶體管溝道形成在所述柵電極上的歐姆接觸層上； 一第二層柵絕緣層，形成在所述歐姆接觸層上，并在所述薄膜晶體管溝道及兩側(cè)位置露出薄膜晶體管溝道及部分歐姆接觸層；—數(shù)據(jù)線及與其一體的源電極，形成在所述第二層絕緣層的上方，且源電極直接搭接到所述薄膜晶體管溝道一側(cè)的歐姆接觸層上；一漏電極，形成在所述第二層絕緣層的上方，且漏電極直接恭接到所述薄膜晶體管溝道另 一側(cè)的歐姆接觸層上；一《屯化層，形成在所述數(shù)據(jù)線、源電極及漏電極的上方； 一像素電極，形成在所述第二絕緣層上，并與所述漏電極部分搭接； 一凹槽，形成在所述數(shù)據(jù)線之間的柵線上，所述凹槽截斷柵線上方的歐姆接觸層并露出第一層絕緣層，所述凹槽露出第一絕緣層的上方覆蓋一層像素電極材料層。 上述方案中，所述柵線、柵電極、源電極、數(shù)據(jù)線或漏電極為Cr、 W、 Ti、 Ta、 Mo、 Al或Cu的單層膜，或者為Cr、 W、 Ti、 Ta、 Mo、 Al或Cu 之一或^f壬意組合所構(gòu)成的復(fù)合膜。所述第一層絕緣層、第二層柵絕緣層或 鈍化層為氧化物、氮化物或者氧氮化合物。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明同時提供一種TFT矩陣結(jié)構(gòu)的制造方法， 其中包括步驟1，在基板上，依次沉積柵金屬層、第一層絕緣層、半導體層和 歐姆接觸層，采用第一塊掩模版，進行掩模、曝光和刻蝕，形成柵線、柵 電極和薄膜晶體管溝道部分；步驟2，在完成步驟1的基板上沉積第二層柵絕緣層，采用第二塊掩 模版，進行掩模、膝光和刻蝕后，將薄膜晶體管溝道上方及其兩側(cè)的歐姆 接觸層上的部分第二層柵絕緣層刻蝕掉，露出薄膜晶體管溝道部分級兩側(cè)的歐姆接觸層；同時將相鄰像素間柵線上的部分第二層絕緣層刻蝕掉，形 成一凹處；步驟3,在完成步驟2的基板上沉積源漏金屬層，采用第三塊掩模版， 進行掩模、曝光和刻蝕后形成源電極和漏電極，其中源電極和漏電極直接 搭接到薄膜晶體管溝道兩側(cè)的歐姆接觸層上；步驟4，在完成步驟3的基板上沉積鈍化層，采用第四塊掩模版，進 行掩模、曝光和刻蝕后形成鈍化層圖形，其中本步驟中刻蝕要刻蝕掉步驟 2中凹處上方的鈍化層，并繼續(xù)刻蝕凹處下方的歐姆接觸層和半導體層， 形成一凹槽；刻蝕完成后保留鈍化層上的光刻膠，接著在鈍化層上沉積像 素電極材料層，最后由化學溶液剝離掉光刻膠和光刻膠上面的像素電極材 料層，形成像素電極。上述方案中，所述步驟1中依次沉積柵金屬層、第一層絕緣層、半導 體層和歐姆接觸層為連續(xù)沉積。所述步驟l中采用的掩模版為灰色調(diào)掩模 版，所迷灰色調(diào)掩模版瀑光后，得到光刻膠未膝光區(qū)域、光刻膠部分瀑光
區(qū)域和光刻膠完全曝光區(qū)域，其中光刻膠未曝光區(qū)域?qū)?yīng)形成柵線和柵電極部位；光刻膠部分曝光區(qū)域?qū)?yīng)形成TFT溝道部位；光刻膠完全曝光區(qū) 域?qū)?yīng)其它部分。所述步驟1的刻蝕是柵金屬層、第一層絕緣層、半導體 層和歐姆接觸層在多步刻蝕中一次形成。所述步驟l中形成薄膜晶體管溝 道時要進行過刻，將溝道區(qū)的歐姆接觸層完全刻蝕掉。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的TFT矩陣結(jié)構(gòu)及其制造方法中，溝道 的形成僅通過灰化(Ashing)—歐姆接觸層刻蝕即可完成，大大簡化了 TFT 溝道的制備過程，同時可以明顯減少各種缺陷如溝道殘留、溝道短路、溝 道表面粗糙化、源漏電極短路(ESD)等，提高了 TFT矩陣的成品率。再者，本發(fā)明提出的由一次光刻和剝離工藝形成鈍化層和像素電極的 工藝方法，簡單實用，同時節(jié)省了大量的化學藥液。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。附困說明

圖1是本發(fā)明的TFT矩陣單元結(jié)構(gòu)的俯視圖； 圖2是圖1A-A部分截面圖； 圖3是圖1B-B部分截面圖；圖4是本發(fā)明在基板上進行連續(xù)沉積柵金屬層、第一層絕緣層、半導 體層、歐姆接觸層后的截面圖；圖5是本發(fā)明采用灰色調(diào)掩模版光刻工藝中光刻膠完全曝光對應(yīng)區(qū)域 的柵金屬層、第一層絕緣層、半導體層、歐姆接觸層刻蝕后的截面圖；圖6是本發(fā)明采用灰色調(diào)掩模版光刻工藝中光刻膠部分曝光對應(yīng)區(qū)域 的歐姆接觸層刻蝕后的截面圖；圖7是本發(fā)明在基板、半導體層、歐姆接觸層上沉積第二層柵絕緣層 后本發(fā)明的截面圖；圖8是本發(fā)明通過第二次光刻刻蝕掉部分歐姆接觸層上的第二層柵絕
緣層后的截面圖；圖9是本發(fā)明第三次光刻形成源漏電極后的截面圖。圖中標記21、基板；22、柵金屬層；22a、柵線；22b、柵電極；23、第一層絕緣層；24、半導體層；25、歐姆接觸層；26、第二層絕緣層；27、源漏金屬層；27a、源電極；27b、漏電極；27c、數(shù)據(jù)線；28、鈍化層；29、像素電極材料層；30、凹槽；31、像素電極。
具體實施方式
圖1、圖2和圖3所示為本發(fā)明TFT矩陣的結(jié)構(gòu)。如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明的TFT矩陣結(jié)構(gòu)，包括基板21;柵 線22a和與其一體的柵電極22b，形成在基板21上；柵線22a和柵電極22b 的上方依次覆蓋有第一層絕緣層23、半導體層24和歐姆接觸層25;薄膜晶 體管溝道形成在柵電極22b上的歐姆接觸層25上；第二層柵絕緣層26,形 成在歐姆接觸層25上，并在薄膜晶體管溝道及兩側(cè)位置露出薄膜晶體管溝道 及部分歐姆接觸層；數(shù)據(jù)線27c及與其一體的源電極27a，形成第二層絕緣 層26的上方，且源電極27a直接搭接到薄膜晶體管溝道一側(cè)的歐姆接觸層 25上；漏電極27b,形成在第二層絕緣層26的上方，且漏電極27b直接搭接 到薄膜晶體管溝道另一側(cè)的歐姆接觸層25上；鈍化層28，形成在數(shù)據(jù)線27c、 源電極27a及漏電極27b等的上方；像素電極31，形成在第二絕緣層26上， 并與漏電極27b部分搭接；凹槽30，形成在數(shù)據(jù)線27c之間的柵線22a上， 凹槽30截斷柵線22a上方的歐姆接觸層25，凹槽30露出第一層絕緣層23的 上方覆蓋一層像素電極材料層29。圖4至圖IO給出了采用四次光刻制造本發(fā)明TFT矩陣結(jié)構(gòu)的制造方法。在基^反21 (透明玻璃或者石英)上，采用濺射或熱蒸發(fā)的方法沉積上厚度 約為3600 A的柵金屬層22。柵金屬可以選用Cr、 W、 Ti、 Ta、 Mo、 Al、 Cu
等金屬或他們合金，由多層金屬或合金組成的柵金屬層也能滿足需要。接著在柵金屬層22上通過PECVD方法連續(xù)沉積厚度約為4000 A的第一層絕緣層 23、厚度約為1800 A的半導體層24和厚度約為500 A的歐姆接觸層25,如 圖4所示。第一層絕緣層23可以選用氧化物、氮化物或者氧氮化合物，對應(yīng) 的反應(yīng)氣體可以為SiH4、 NH3或者N2，亦或SiH2C12、 NH3或者N2。半導體 層24和歐姆接觸層25對應(yīng)的反應(yīng)氣體可為SiH4和H2或SiH2C12和H2。采用第一塊掩模版，即灰色調(diào)掩模版(Gray Tone mask)進行掩模、曝光 和刻蝕。其中膝光后，得到光刻膠未曝光區(qū)域、光刻膠部分曝光區(qū)域(Gray Tone)和光刻膠完全曝光區(qū)域，其中光刻膠未曝光區(qū)域光刻膠完全保留，為 完全保留光刻膠區(qū)域，對應(yīng)形成柵線和柵電極部位；光刻膠部分膝光區(qū)域光 刻膠部分保留，為部分保留光刻膠區(qū)域，對應(yīng)形成TFT溝道部位；光刻膠完 全曝光區(qū)域部分光刻膠完全去除，為無光刻膠區(qū)域。采用多步干刻的方法刻蝕掉無光刻膠區(qū)域?qū)?yīng)的柵金屬層22、第一層絕 緣層23、半導體層24和歐姆接觸層25,形成柵線22a和柵電極22b，如圖5 所示。柵金屬層22的刻蝕氣體可選用SF6/02或C12/02,第一層絕緣層23 的刻蝕氣體可選用SF6/02、 C12/02或HC1/02,半導層24和歐姆接觸層25 的刻蝕氣體可選用SF6/C12或SF6/HC1等氣體。在多步干刻結(jié)束之后，進行光刻膠灰化工藝，主要是為了去除光刻膠部 分保留區(qū)域的光刻膠，灰化氣體可選為SF6、 02或SF6/02混合氣體等。此 時，光刻膠完全保留區(qū)域的光刻膠也被部分去除(厚度變薄)?；一瓿珊?， 光刻膠部分保留區(qū)域?qū)?yīng)的歐姆接觸層25便被暴露出來，接著通過一步干刻 工藝將暴露出的歐姆接觸層刻蝕掉，形成TFT的溝道，如圖6所示?？涛g氣 體可選為SF6/C12或SF6/HC1等氣體。為了保證將溝道區(qū)的歐娟t接觸層完全 刻蝕掉， 一般采取過刻蝕的方法。在TFT的溝道形成后，通過等離子化學氣相沉積法(PECVD)在基板21、 歐姆接觸層25和暴露出的半導體層上沉積厚度約為2500 A的第二層柵絕緣
層26,如圖7所示。第二層柵絕緣層26可以選用氧化物、氮化物或者氧氮 4b合物，對應(yīng)的反應(yīng)氣體可以為SiH4、 NH3或者N2,亦或SiH2C12、 NH3或 者N2。采用第二塊普通掩模版，進行掩模、曝光和刻蝕后將歐姆接觸層25和薄 膜晶體管溝道上的部分第二層柵絕緣層26，如圖8所示。刻蝕方法為干法刻 蝕，刻蝕氣體可選用SF6/02、 C12/02或HC1/02。這樣歐姆接觸層25和薄膜 晶體管溝道就會暴露出來。此步驟刻蝕中，要同時將相鄰像素間柵線22a上的 部分第二層絕緣層26刻蝕掉，在柵線上形成一凹處。在第二層柵絕緣層26刻蝕完成后，通過濺射或熱蒸發(fā)的方法沉積上厚度 約為2200 A的源漏金屬層27。源漏金屬層可以選用Cr、 W、 Ti、 Ta、 Mo、 Al、 Cu等金屬或他們合金，結(jié)構(gòu)上可以為單層或多層。接著釆用第三塊掩模版，進行掩模、膝光和刻蝕后形成源電極27a和漏 電極27b，如圖9所示，采取的刻蝕方法可以為干法刻蝕或濕法刻蝕，其中 源電極27a和漏電極27b分別直接搭接到柵電極22b上的歐姆接觸層25上。源電極27 a和漏電極27b形成后，通過PECVD方法沉積厚度約為2000 A 的鈍化層28。鈍化層28可以選用氧化物、氮化物或者氧氮化合物，對應(yīng)的 反應(yīng)氣體可以為SiH4、冊3或者N2，亦或SiH2C12、 NH3或者N2。然后采用 第四塊掩模版，進行掩模、曝光和刻蝕后形成鈍化層圖形，此時溝道區(qū)僅僅 由鈍化層28覆蓋。其中鈍化層刻蝕要刻蝕掉第二次光刻后形成凹處上方的鈍 化層28，并繼續(xù)刻蝕該凹處下方的歐姆接觸層25和半導體層24，形成凹槽 30。鈍化層28圖形形成后，保留鈍化層上的光刻膠，通過濺射或熱蒸發(fā)的方 法沉積上厚度約為400 A的透明像素電極材料層29, —般為IT0，最后由化 學溶液剝離掉光刻膠和光刻膠上面的透明導電材料層，形成像素電極31，完 成薄膜晶體管矩陣的制作，如圖2所示。其中凹槽30上方保留透明像素電極 材料層29，如圖3所示。
綜合上述，本發(fā)明具體工藝過程大致如下第一次灰色調(diào)掩模版光刻形 成TFT矩陣的柵金屬層、第一層絕緣層、有源區(qū)(半導體層和歐姆接觸層)、 和溝道部分。其中柵電極、第一層絕緣層、有源區(qū)圖形通過一步刻蝕工藝形 成，溝道的形成通過光刻膠灰化(Ashing)—歐姆接觸層刻蝕工藝完成；第二 次光刻完成第二層柵絕緣層圖形；第三次光刻形成源漏電極；第四次光刻形 成鈍化層和像素電極。由上可見，本發(fā)明的薄膜晶體管矩陣結(jié)構(gòu)和制造方法中，溝道的形成僅 通過光刻膠灰化(Ashing)—歐姆接觸層刻蝕即可完成，大大簡化了 TFT溝道 的制備過程，同時可以明顯減少各種缺陷如溝道殘留、溝道短路、溝道表面 粗糙化、ESD等，提高了 TFT矩陣的成品率。同時，本發(fā)明提出的由一次光刻和剝離工藝形成鈍化層和像素電極的工 藝方法，簡單實用，同時節(jié)省了大量的化學藥液。最后應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制， 盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當 按照需要可使用不同材料和設(shè)備實現(xiàn)之，即可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修 改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1、 一種TFT矩陣結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括 一基板；一柵線和與其一體的柵電極，形成在所述基板上，柵線和柵電極的上方依次覆蓋有第一層絕緣層、半導體層、歐姆接觸層；一薄膜晶體管溝道形成在所述柵電極上的歐姆接觸層上；一第二層柵絕緣層，形成在所述歐姆接觸層上，并在所述薄膜晶體管溝 道及兩側(cè)位置露出薄膜晶體管溝道及部分歐姆接觸層；一數(shù)據(jù)線及與其一體的源電極，形成在所述第二層絕緣層的上方，且源 電極直接搭接到所述薄膜晶體管溝道一側(cè)的歐姆接觸層上；一漏電極，形成在所述第二層絕緣層的上方，且漏電極直接搭接到所述 薄膜晶體管溝道另 一側(cè)的歐姆接觸層上；一鈍化層，形成在所述數(shù)據(jù)線、源電極及漏電極的上方； 一像素電極，形成在所述第二絕緣層上，并與所述漏電極部分搭接； 一凹槽，形成在所述數(shù)據(jù)線之間的柵線上，所述凹槽截斷柵線上方的歐姆接觸層并露出第一層絕緣層，所述凹槽露出第一絕緣層的上方覆蓋一層像素電極材料層。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的矩陣結(jié)構(gòu)，其特征在于所述柵線、柵電極、 源電極、數(shù)據(jù)線或漏電極為Cr、 W、 Ti、 Ta、 Mo、 Al或Cu的單層膜，或者為 Cr、 W、 Ti、 Ta、 Mo、 Al或Cu之一或任意組合所構(gòu)成的復(fù)合膜。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的矩陣結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一層絕緣層、 第二層柵絕緣層或鈍化層為氧化物、氮化物或者氧氮化合物。
4、 一種TFT矩陣結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括步驟l，在基板上，依次沉積柵金屬層、第一層絕緣層、半導體層和歐 姆接觸層，采用第一塊掩模版，進行掩模、曝光和刻蝕，形成柵線、柵電 極和薄膜晶體管溝道部分；步驟2，在完成步驟1的基板上沉積第二層柵絕緣層，采用第二塊掩 模版，進行掩模、曝光和刻蝕后，將薄膜晶體管溝道上方及其兩側(cè)的歐姆 接觸層上的部分第二層柵絕緣層刻蝕掉，露出薄膜晶體管溝道部分級兩側(cè) 的歐姆接觸層；同時將相鄰像素間柵線上的部分第二層絕緣層刻蝕掉，形 成一凹處；步驟3,在完成步驟2的基板上沉積源漏金屬層，采用第三塊掩模版， 進行掩模、曝光和刻蝕后形成源電極和漏電極，其中源電極和漏電極直接 搭接到薄膜晶體管溝道兩側(cè)的歐姆接觸層上；步驟4,在完成步驟3的基板上沉積鈍化層，采用第四塊掩模版，進 行掩模、曝光和刻蝕后形成鈍化層圖形，其中本步驟中刻蝕要刻蝕掉步驟 2中凹處上方的鈍化層，并繼續(xù)刻蝕凹處下方的歐姆接觸層和半導體層， 形成一凹槽；刻蝕完成后保留鈍化層上的光刻膠，接著在鈍化層上沉積像 素電極材料層，最后由化學溶液剝離掉光刻膠和光刻膠上面的像素電極材 料層，形成像素電極。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于所述步驟1中依 次沉積柵金屬層、第一層絕緣層、半導體層和歐姆接觸層為連續(xù)沉積。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于所述步驟1中采 用的掩模版為灰色調(diào)掩模版，所述灰色調(diào)掩模版曝光后，得到光刻膠未曝 光區(qū)域、光刻膠部分曝光區(qū)域和光刻膠完全曝光區(qū)域，其中光刻膠未膝光 區(qū)域?qū)?yīng)形成柵線和柵電+及部位；光刻月交部分曝光區(qū)域?qū)?yīng)形成TFT溝道 部位；光刻膠完全曝光區(qū)域?qū)?yīng)其它部分。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于所述步驟l的刻 蝕是柵金屬層、第一層絕緣層、半導體層和歐姆接觸層在多步刻蝕中一次 形成。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于所述步驟l中形 成薄膜晶體管溝道時要進行過刻，將溝道區(qū)的歐姆接觸層完全刻蝕掉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種TFT矩陣結(jié)構(gòu)，其中包括一基板；一柵線和與其一體的柵電極，柵線和柵電極的上方依次覆蓋有第一層絕緣層、半導體層、歐姆接觸層；一薄膜晶體管溝道；一第二層柵絕緣層，形成在歐姆接觸層上，露出薄膜晶體管溝道及部分歐姆接觸層；一數(shù)據(jù)線及與其一體的源電極，直接搭接到歐姆接觸層上；一漏電極，直接搭接到歐姆接觸層上；一鈍化層，形成在數(shù)據(jù)線、源電極及漏電極的上方；一像素電極，形成在所述第二絕緣層上，并與漏電極部分搭接；一凹槽，形成在數(shù)據(jù)線之間的柵線上，截斷柵線上方的歐姆接觸層。本發(fā)明同時公開了該矩陣結(jié)構(gòu)的制造方法。本發(fā)明的矩陣結(jié)構(gòu)及其制造方法縮短了TFT矩陣的生產(chǎn)周期，降低了其生產(chǎn)成本。
文檔編號H01L27/12GK101145562SQ20061015202
公開日2008年3月19日 申請日期2006年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月11日
發(fā)明者林承武, 王章濤, 邱海軍, 閔泰燁 申請人:北京京東方光電科技有限公司;京東方科技集團股份有限公司