CN100378554C - 液晶显示器的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种液晶显示器的制造方法，其先在玻璃基底上依序形成导电层、金属层与重掺杂层。然后使用第一掩模形成周边CMOS电路区、晶体管区、反射区、穿透区、及电容区。接着，形成多晶硅薄膜层与绝缘层，并以第二掩模形成源极/漏极区，通道区，以及栅极绝缘层。然后，再形成树脂层配合使用第三掩模而得以使前述树脂层在反射区内具有凹凸状连续表面。接着在整个结构表面全面性沉积一金属层，并以第四掩模形成栅极结构与反射电极。并以第五掩模形成光阻层，进行离子注入，以形成PMOS晶体管源极/漏极结构。随后，形成保护层，并以第六掩模形成穿透区，同时进行金属层与重掺杂层的剥离以暴露出导电层。

Description

液晶显示器的制造方法

技术领域

本发明涉及一种液晶显示器的制造方法，并特别涉及一种半穿透半反射式的液晶显示器制造方法。

背景技术

长久以来，液晶显示器早已广泛的应用在电子手表、计算器等数字化的电子产品上。并且随着薄膜晶体管-液晶显示器其技术持续的发展与进步，由于其具有体积小、重量轻、驱动电压低、以及消耗功率低的优点，而被大量的应用在笔记型计算机、个人数字化处理系统、以及彩色电视上，并逐渐的取代传统显示器的显象管。然而随着薄膜晶体管-液晶显示器其设计朝着大尺寸发展的趋势，在制造与研发上也遭遇诸多的问题。例如目前薄膜晶体管-液晶显示器(TFT-LCD)其产品成品率仍然偏低，且产能无法有效提高，因此导致制造成本居高不下。

一般而言，薄膜晶体管-液晶显示器(TFT-LCD)包括了由薄膜晶体管(TFT)和像素电极所形成的底板与具有彩色滤光片的顶板。其中在顶板和底板间则充填着液晶。在操作时可施加一信号电压至TFT的栅极上，也即每个单位像素的开关组件上，当TFT接收到信号电压后便会开启，如此一来，携带影像信息的数据电压便可经由TFT而施加在相对应的像素电极及液晶上。值得注意的是当数据电压加到TFT，液晶分子的排列会产生改变，因而改变其光学特性并显示出影像。一般而言，像素电极上的电压是由相对应的TFT经信号线(signal line)施加在其上，而该TFT则是经由栅极线(gate line)所提供的栅极电压来进行切换控制。

在传统技术中为了有效的降低工艺所耗费的成本、减少工艺的复杂程序、且缩短工艺所需时间，往往在设计上会尽量缩减工艺中所需光刻次数，也即降低工艺中所需的掩模数量。

在传统技术中，欲在反射式或穿透式液晶显示器中同时形成TFT组件与周边互补式金氧半导体(CMOS)场效晶体管电路，往往需耗费八组掩模(或更多)工艺，才得以完成，如此会有工艺不经济，耗费大量掩模成本的情形发生。

如图1所示，为薄膜晶体管(TFT)组件200与其周边CMOS控制电路202的结构，形成在玻璃基板100之上，且其上具有由光阻确定位置与大小的由多晶硅薄膜所构成的TFT组件200与其周边CMOS控制电路202的活动区(active area)101，102与103，其中活动区102与103在后续工艺中用以分别形成CMOS中的N型金氧半导体(NMOS)与P型金氧半导体(PMOS)。之后，绝缘层104形成在前述玻璃基板100之上，用以覆盖多个活动区101，102与103。接着，栅极结构106形成在绝缘层104与活动区101，102与103的上方，再利用离子注入法分别在活动区101，102，形成n+掺杂多晶硅层108，并在活动区103内形成P+掺杂多晶硅层110，其中在形成n+掺杂多晶硅层108步骤之前也可再加入一道形成一轻掺杂漏极区124(Lightly Doped Drain，LDD)的步骤。然后在该绝缘层104的上表面形成内层介电层112，并进行引线孔与接触窗蚀刻，同时填入金属层以形成源极/漏极电极114。接着，保护层116沉积在该内层介电层112之上，其中该保护层116具有接触孔120以暴露出源极/漏极电极114的顶表面。然后，作为像素电极的铟锡氧化物(ITO)层122形成在前述保护层116的上表面，以连接源极/漏极电极114。最后在后续工艺中会将TFT组件200与周边CMOS控制电路202的源极/漏极电极进行连接。

然而值得注意的是如图1所示的TFT组件200与其周边CMOS控制电路202的结构，其中借着利用第一组掩模来形成上述活动区101，102，103；利用第二组掩模来形成栅极结构106；再利用第三组掩模来形成CMOS控制电路202中的NMOS区与TFT结构区，同时进行轻掺杂漏极区124的生成；接着利用第四组掩模来形成n+掺杂多晶硅层108；和利用第五组掩模形成CMOS控制电路202中的PMOS区，与P+掺杂多晶硅层110；利用第六组掩模来形成内层介电层112中的引线孔；再利用第七组掩模来形成源极漏极的金属电极图案；再利用第八组掩模来形成保护层116上的接触孔120；并借着利用第九掩模来形成像素电极铟锡氧化物(ITO)层122图案。如此可以获得如图1中所示具有CMOS周边控制电路202与TFT结构200。然而多至九组掩模的工艺却也使得整个工艺过于复杂，且需耗费较多的工艺时间。

发明内容

鉴于上述的发明背景所述，在传统的技术中，欲在反射式或穿透式液晶显示器中同时形成TFT组件与周边CMOS电路，往往需使用八组掩模(或更多)工艺，才得以完成，如此会有工艺不经济，耗费大量掩模成本的缺点发生。因此需要有一更理想且又不需耗费大量的掩模工艺的方法来同时形成TFT组件与其周边CMOS控制电路，并且能让所形成的薄膜晶体管液晶显示器同时具穿透与反射功能，如此可让部分入射光线可经由穿透区传送，而剩下入射光线经由反射区反射。使得此液晶显示器可在周围光源很弱的情形下，仍保有反射型液晶显示器的优点。

本发明的一个目的在于提供一种使用六组掩模来同时形成TFT组件与其周边CMOS电路的制造方法。

本发明的另一目的在于提供一种使用六组掩模来完成具穿透式与反射式薄膜晶体管液晶显示器的制造方法。

本发明的再一目的在于提供一种可缩减工艺时间、降低耗费成本，来同时形成薄膜晶体管组件与其周边CMOS控制电路制造方法。

根据上述目的，本发明揭露一种液晶显示器的制造方法，系先在一基底之上形成导电层；在导电层之上形成第一金属层；在第一金属层之上形成重掺杂层；图案化重掺杂层、第一金属层与导电层，以形成周边电路区、晶体管区、反射区、穿透区以及电容区；在基底与重掺杂层之上形成半导体层；在半导体层之上形成绝缘层；图案化绝缘层、半导体层以及重掺杂层，以形成源极/漏极区以及通道区，并暴露出部分第一金属层；在基底、第一金属层及绝缘层之上形成树脂层；图案化树脂层，以使树脂层在反射区具有连续不平坦表面；执行热处理工艺，以使连续不平坦表面得以融熔形成较圆滑表面；在树脂层、基底、第一金属层与绝缘层之上形成第二金属层；图案化第二金属层，以形成栅极结构、反射电极以及电容电极；在栅极结构、反射电极、基底、第一金属层、电容电极与绝缘层之上形成图案化光阻层；以图案化光阻层为掩模，对位于周边电路区的源极/漏极区进行离子注入步骤；移除图案化光阻层；在栅极结构、反射电极、基底、第一金属层、电容电极与绝缘层之上形成保护层；图案化保护层，以暴露出穿透区；以及蚀刻去除部分第一金属层，以暴露出导电层。

附图说明

由以下本发明中优选具体实施例的细节描述，可以对本发明的目的、观点及优点有更佳的了解。同时参考下列本发明的图式加以说明，其中：

图1为绝缘透光基底的截面图，显示根据传统技术所形成的薄膜晶体管与其周边CMOS控制电路的结构图；

图2A为绝缘透光基底的截面图，显示根据本发明在绝缘透光基底上依序形成透光导电层、金属层与重掺杂层的步骤；

图2B为绝缘透光基底的截面图，显示根据本发明蚀刻透光导电层、金属层与重掺杂层的步骤；

图3A为绝缘透光基底的截面图，显示根据本发明形成多晶硅薄膜层与绝缘层的步骤；

图3B为绝缘透光基底的截面图，显示根据本发明蚀刻多晶硅薄膜层、绝缘层与重掺杂层的步骤；

图4A为绝缘透光基底的截面图，显示根据本发明沉积树脂层步骤；

图4B为绝缘透光基底的截面图，显示根据本发明加热树脂层之后，所形成具圆滑表面的树脂层步骤；

图5A为绝缘透光基底的截面图，显示根据本发明形成栅极电极与反射电极的步骤；

图5B为绝缘透光基底的俯视图，显示根据本发明所形成TFT结构的俯视图案；

图6为绝缘透光基底的俯视图，显示根据本发明进行离子注入以形成PMOS晶体管的源极/漏极区；

图7A为绝缘透光基底的截面图，显示根据本发明形成保护层的步骤；以及

图7B为绝缘透光基底的俯视图，显示根据本发明去除部分位于穿透区的金属层以暴露出透光导电层的步骤。

组件符号说明：

200  薄膜晶体管组件

202  周边CMOS控制电路

100  玻璃基底

101，102与103活动区

104  绝缘层           106  栅极结构

108  n+掺杂多晶硅层

110  P+掺杂多晶硅层

112  内层介电层       114  源极/漏极电极

116  保护层           120  接触孔

122  铟锡氧化物(ITO)  300  透光绝缘基底

302  透光导电层       304  金属层

306  重掺杂层         308  穿透区

311  反射区

312  周边CMOS控制电路区

314  晶体管区         316  多晶硅薄膜层

318  绝缘层           320  树脂层

322  金属层           324  栅极电极

326  反射电极         328  光阻层

330  箭头             332  保护层

400  NMOS晶体管       402  PMOS晶体管

具体实施方式

在不限制本发明的思想及应用范围之下，以下即以一实施例，介绍本发明的实施；熟悉此领域技艺者，在了解本发明的思想后，当可应用本发明的方法在各种不同液晶显示器中，来同时形成薄膜晶体管与其周边CMOS控制电路。藉由本发明的方法与结构，可在使用较少的掩模数目下，即同时形成薄膜晶体管与其周边CMOS控制电路。且利用本发明的方法，也可在相同的掩模工艺下，来完成具备穿透式与反射式薄膜晶体管液晶显示器，使得部分入射光线可经由穿透区传送，而剩下入射光线经由反射区反射。因此，经由本工艺所制造出的液晶显示器可在周围光源很弱的情形下，仍保有反射型液晶显示器的优点。本发明的应用当不仅限于以下所述的优选实施例。

本发明提供一个同时制造薄膜晶体管(TFT)与其周边CMOS控制电路的方法。其中只需对玻璃基底进行六道光刻工艺，便可形成所需的薄膜晶体管与其周边CMOS控制电路。如此除了可缩短工艺时间外，也可有效的降低工艺所耗费成本。此外本发明更提供了一种新的工艺结构，依此工艺结构可形成同时具有穿透区与反射功能的薄膜晶体管液晶显示器。有关本发明的详细说明如下所述。

请参照图2A，在一优选实施例中，先提供玻璃、石英、或类似的材质来作为透光绝缘基底300，在此实施例中是以玻璃作为透光绝缘基底300，以下叙述称为玻璃基底300。接着可使用溅镀法(sputtering)，在温度大约25℃至100℃的环境中，在该玻璃基底300之上形成厚度约800至1100埃的铟锡氧化物(ITO)薄膜来作为透光导电层302。接着在温度约25至100℃之间形成厚度约1000埃至8000埃的金属层304，以便用来作为后续源极/漏极结构的电极。一般而言，上述金属层304的材料可选择铬、钨、钽、钛、钼、铝、铜、铝合金或其任意组合。然后，使用熟知技术在该金属层304的顶表面形成重掺杂层306以作为后续晶体管区和周边CMOS控制电路区中的NMOS晶体管所需的源极/漏极区。其中，前述重掺杂层306的材料可选择n+掺杂硅层来加以形成，在一优选实施例中，可使用化学气相沉积法形成厚度约300至2000埃的n+掺杂硅层，而其浓度约为1×10¹⁴～1×10¹⁶atom/cm²。

接着，请参照图2B，使用第一掩模对该重掺杂层306进行光刻工艺，蚀刻去除部分透光导电层302、金属层304与重掺杂层306，而在玻璃基底300之上形成晶体管(可为薄膜晶体管，TFT)区314与周边CMOS控制电路区312的源极/漏极结构，同时也分别确定在后续工艺中预定形成反射区310、穿透区308、及电容区340的位置。在一优选实施例中，可使用干蚀刻法或是湿蚀刻法来进行上述工艺，其中若采用湿蚀刻法，其蚀刻溶液可以是HCl与HNO3的混合溶液或是HCl与FeCl2的混合溶液。

接着请参照图3A，在重掺杂层306与玻璃基底300的顶表面(topsurface)形成多晶硅薄膜316，以作为后续晶体管区314与周边CMOS控制电路区312所需的通道(channel)。其中该多晶硅薄膜316，在一优选实施例中，可先使用化学气相沉积法(CVD)在重掺杂层306与玻璃基底300的顶表面形成厚度约500至600埃的非晶硅薄膜，接着利用热回火和以激光(laser)提供能量方式将该非晶硅薄膜转换成多晶硅薄膜316。接着在该多晶硅薄膜316的顶表面形成绝缘层318，其中绝缘层318作为后续栅极结构的栅极绝缘层，其材料可为氧化硅，在一优选实施例中，可使用离子增长化学气相沉积法(PECVD)，形成厚度约500至2000埃的氧化硅层。

请参照图3B，使用第二掩模对上述绝缘层318、多晶硅薄膜316、以及重掺杂层306进行光刻程序，蚀刻去除部分多晶硅薄膜316、绝缘层318以及重掺杂层306，以形成位于晶体管区314与周边CMOS控制电路区312中的源极/漏极区410、通道区420与栅极绝缘层430。在一优选实施例中，可使用干蚀刻法来进行多晶硅薄膜316与绝缘层318的蚀刻工艺。

请参照图4A，在玻璃基底300、绝缘层318、金属层304与栅极绝缘层430的顶表面全面性地沉积一层树脂层(可为感旋光性材料)320。接着使用第三掩模对树脂层320进行光刻程序，将位于反射区310上的树脂层320蚀刻出具有连续凹凸形状的表面，如图4A所示，同时将位于晶体管区314，周边CMOS控制电路区312、穿透区308与电容区340处的树脂层320移除。接着参照图4B，将该完成树脂层320光刻程序的结构，放入高温炉中(图中未绘出)，进行一温度220℃，时间一小时的高温工艺，让该感旋光性树脂320融熔成具较圆滑的形状。

请参考图5A、图5B图，在树脂层320、绝缘层318与栅极绝缘层430的顶表面形成金属层322，其中该金属层322可作为栅极结构440、位于反射区310处的反射电极450，和在电容区340中与金属层304形成电容双电极的另一金属电极460。一般而言，上述的金属层322的材料可选择铝合金，如钼铝(MoAl)合金或AlNd合金。然后，使用第四掩模对该金属层322进行光刻程序，蚀刻去除部分金属层322，以形成栅极结构440、反射电极450和位于电容区340的金属电极460，其中也可将该金属层322保留在CMOS晶体管区中，作为PMOS晶体管与NMOS晶体管间的导体。在一优选实施例中，可使用氯化物所形成的等离子气体来进行金属层322的干蚀刻光刻工艺。

请参照图6，在表面上全面性沉积光阻层328。接着使用第五道掩模对光阻层进行光刻工艺，以暴露出位于周边CMOS控制电路区312中PMOS晶体管402的源极/漏极区410。然后，以此图案化光阻层328作为掩模，以如箭头330所示方向进行PMOS晶体管源极/漏极区410的P型离子注入，以将原以n+掺杂硅层所形成的源极/漏极区410，污染为P+掺杂区域。依据本发明的优选实施例，离子注入的剂量约为10¹⁷/cm²，而所使用的注入能量约为60Kev至70Kev。

请参照图7A，当进行完PMOS晶体管源极/漏极区410的P型离子注入后，移除光阻层328，并在晶体管区314、周边CMOS控制电路区312、反射区310与玻璃基底300之上形成保护层332。其中保护层332的材料可选择一般的介电材料，如氮化层、氧化层、有机材料或其任意的组合。在一优选实施例中，可使用离子增长化学气相沉积法(PECVD)，在温度约330℃的环境中形成厚度约3000至4000埃的氧化硅或氮化硅层。至于在工艺中所使用的反应气体包括SiH4、N2O、NH3、N2或SiH2Cl2、NH3、N2、N2O。接着使用第六道掩模对保护层332进行蚀刻，以形成保护层332的图案，并暴露出穿透区308。在本优选实施例中，当保护层332是由氮化硅层所构成时，其蚀刻配方可选择CF4/H2，CHF3或CH3CHF2。

请参见图7B，进行穿透区308蚀刻，在一优选实施例中，可使用干蚀刻法或湿蚀刻法来进行金属层304的蚀刻，以暴露出的透光导电层302(可为一ITO层)。然后，请继续参照图7B，该图是显示根据本发明所同时形成具有晶体管区314、周边CMOS控制电路区312、反射区310、穿透区308和电容区340的部分液晶显示器结构的侧视图。其中薄膜晶体管区314的像素电极可同时控制反射区310与穿透区308，也即其同时具有穿透式与反射式功能，可使得部分入射光线可经由穿透区308传送，而剩下入射光线经由反射区310反射，因此可具有较高的光利用率。

另一方面，其CMOS控制电路区312也同时形成在该玻璃基底300之上，因此在后续工艺上可很容易的将CMOS控制电路区312与薄膜晶体管区314进行连接，而完成CMOS周边控制电路区312与薄膜晶体管区314的整合。

值得注意的是由于透光导电层302是埋在最下层，而其上依序形成金属层304和作为晶体管源极/漏极结构的重掺杂层306。因此当重掺杂层306要作为数据线(data lines)使用时，并不需要在保护层332处进行源极/漏极结构的金属电极接触窗蚀刻，因为其金属电极已在本发明的第一道掩模处即以定义完成，而透光导电层302即可作为数据线使用。因此本发明对在后续的数据线连接提供了方便。

本发明具有许多优点。首先，借着运用本发明所提供的方法来同时制造CMOS周边控制电路区312、薄膜晶体管区314与电容区340，将可有效的使整个工艺中所使用的掩模数量降为六组，且依此方法所形成的液晶显示器可同时具有反射区与穿透区，可大大提升光的利用率。另外，依本发明方法所形成CMOS周边控制电路区312与薄膜晶体管区314的结构，由于其源极/漏极结构的金属电极，会在本发明的第一道掩模处即加以定义完成，且其金属电极位于源极/漏极结构的下方，因此对在后续数据线的工艺，由于不需再行蚀刻接触窗，可有效的降低工艺的复杂性，且大幅的缩减工艺所需的时间及成本。

本发明用优选实施例说明如上，仅用于帮助了解本发明的实施，而非用来限定本发明的思想，熟悉该领域技术者在领悟本发明的思想后，在不脱离本发明的思想范围内，可做适当的改动和等同变换，其专利保护范围由所附的权利要求范围界定。

Claims (9)

1.一种液晶显示器的制造方法，该方法至少包含下列步骤：

提供基底；

在该基底之上形成导电层；

在该导电层之上形成第一金属层；

在该第一金属层之上形成重掺杂硅层；

图案化该重掺杂硅层、该第一金属层与该导电层，以形成周边电路区、晶体管区、反射区、穿透区以及电容区；

在该基底与该重掺杂硅层之上形成半导体层；

在该半导体层之上形成绝缘层；

图案化该绝缘层、该半导体层以及该重掺杂硅层，以形成源极/漏极区以及通道区，并暴露出部分该第一金属层；

在该基底、该第一金属层及该绝缘层之上形成树脂层；

图案化该树脂层，以使该树脂层在该反射区具有连续不平坦表面；

执行热处理工艺，以使该连续不平坦表面得以融熔形成较圆滑表面；

在该树脂层、该基底、该第一金属层与该绝缘层之上形成第二金属层；

图案化该第二金属层，以形成栅极结构、反射电极以及电容电极；

在该栅极结构、该反射电极、该基底、该第一金属层、该电容电极与该绝缘层之上形成图案化光阻层；

以该图案化光阻层为掩模，对位于该周边电路区的该源极/漏极区进行离子注入步骤，使得该晶体管源极/漏极区污染为不同掺杂区；

移除该图案化光阻层；

在该栅极结构、该反射电极、该基底、该第一金属层、该电容电极与该绝缘层之上形成保护层；

图案化该保护层，以暴露出该穿透区；以及

蚀刻去除部分该第一金属层，以暴露出该导电层。

2.如权利要求1所述的方法，其中该重掺杂硅层具有N型掺杂离子。

3.如权利要求1所述的方法，其中该离子注入步骤是注入P型掺杂离子。

4.如权利要求1所述的方法，其中该重掺杂硅层厚度为300至2000埃。

5.如权利要求1所述的方法，其中该绝缘层厚度为500至2000埃。

6.如权利要求1所述的方法，其中该半导体层厚度为500至600埃。

7.如权利要求1所述的方法，其中该热处理工艺是在温度220℃，时间一小时来进行。

8.如权利要求1所述的方法，其中该第二金属层的材料可选择钼铝MoAl合金或AlNd合金。

9.如权利要求3所述的方法，其中该P型掺杂离子注入能量约为60至70Kev，而注入剂量约为10¹⁷/cm²。

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