專(zhuān)利名稱(chēng)：薄膜晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法和使用它的顯示器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜晶體管結(jié)構(gòu)、薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法和包含該薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的顯示器件，更詳細(xì)地說(shuō)，涉及在減少寄生電容的同時(shí)，增大與薄膜晶體管連接的柵布線的截面積，又不產(chǎn)生信號(hào)延遲的情況下，能進(jìn)行高精細(xì)顯示，并且能提供大型的顯示畫(huà)面的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)、薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法和包含該薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的顯示器件。
背景技術(shù)：
迄今，使用了薄膜晶體管的(TFT)的液晶顯示器多半被用作計(jì)算機(jī)、蜂窩式電話、手表、電視機(jī)之類(lèi)進(jìn)行各種顯示用的裝置的顯示器件。特別是，近年來(lái)，伴隨計(jì)算機(jī)等的能力的提高、存儲(chǔ)容量的增大，對(duì)于使用了TFT的顯示器件，往往要提高大畫(huà)面化、高精細(xì)化的要求。為了達(dá)到使用了TFT的顯示器件的大畫(huà)面化和高精細(xì)化，尤其有必要降低柵布線的電阻，防止信號(hào)的傳輸延遲。因此，對(duì)降低迄今柵布線的材料的電阻進(jìn)行了研究，正在采用從Mo、MoW、MoTa之類(lèi)電阻率較高的材料到Al、Cu之類(lèi)電阻率低的材料。
然而，在使用上述Cu這樣的電阻率極低的材料，并且忽略薄膜晶體管的開(kāi)關(guān)速度的條件下，如果對(duì)用對(duì)角線測(cè)定的30英寸顯示器件進(jìn)行考察，則為了要達(dá)到200PPI以上的高精細(xì)化，現(xiàn)有的柵布線的電阻是難以勝任的。其理由是，即使使用了電阻率低的材料，因?yàn)椴牧系碾娮杪逝c截面積有關(guān)，也要將這種依賴(lài)關(guān)系確定下來(lái)。
即，在使用了TFT的顯示器件中，為了要達(dá)到大畫(huà)面化和高精細(xì)化，除使用低電阻率的材料外，還有必要增大柵布線的截面積。然而，為了增加?xùn)挪季€的截面積，如增大柵電極在平面上的擴(kuò)展程度，就必然要減少像素電極的開(kāi)口率，此外，在柵布線與除它以外的布線或電極之間會(huì)形成電容，這就產(chǎn)生了寄生電容，反過(guò)來(lái)產(chǎn)生了傳輸延遲。此外，盡管也可僅僅增加?xùn)挪季€的厚度，但僅靠增加?xùn)挪季€的厚度，就會(huì)發(fā)生使與柵布線交叉的其它的信號(hào)布線之類(lèi)的其它布線斷線的其它的不良現(xiàn)象。
進(jìn)而，如果看柵布線的制造方法，則柵布線以往都采用濺射等氣相生長(zhǎng)法形成。然而，現(xiàn)有這樣的濺射法等氣相生長(zhǎng)法成膜速度較慢，盡管也可以大幅度增加?xùn)挪季€的厚度，但往往會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)品成品率低、成本高等制造方面的不良現(xiàn)象，從而有必要采用高效的優(yōu)良方法來(lái)制造柵布線。
迄今，為了使在基板上形成的布線微細(xì)化，進(jìn)行了各種試驗(yàn)，例如在特開(kāi)平10-268522號(hào)公報(bào)中，公開(kāi)了在基板上使用正型光致抗蝕劑進(jìn)行構(gòu)圖，通過(guò)對(duì)該基板進(jìn)行非電解鍍而在露出的基板上形成導(dǎo)電圖形的導(dǎo)電圖形形成方法。
另外，在特開(kāi)平11-339672號(hào)公報(bào)中，公開(kāi)了在基板上涂敷光致抗蝕劑進(jìn)行構(gòu)圖，用電解鍍法、非電解鍍法或非電解鍍法加電解鍍法形成電極后，剝離光致抗蝕劑的圖像顯示器件的制造方法。
此外，在特開(kāi)平11-231335號(hào)中公開(kāi)了對(duì)淀積在基板上的二氧化硅膜進(jìn)行構(gòu)圖，在露出的基板上用非電解鍍法形成電極的帶有埋設(shè)電極的基板的制造方法。
然而，在上述的任何方法中，從使包含TFT結(jié)構(gòu)的顯示器件的傳輸延遲成為最小、同時(shí)實(shí)現(xiàn)大畫(huà)面化、高精細(xì)化、以及制造成品率的提高、制造成本的降低諸方面看還不能說(shuō)就是充分的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而進(jìn)行的，本發(fā)明的目的在于在使用了TFT的顯示器中，解決柵布線的傳輸延遲的問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)大畫(huà)面化、高精細(xì)化、提高制造成品率并降低成本。
即，按照本發(fā)明，這是一種在基板上形成源電極、漏電極、柵電極、有源層、與該柵電極連接的柵布線、以及至少形成了溝槽的絕緣性聚合物膜而成的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，在上述絕緣性聚合物膜上形成的上述溝槽提供了用自對(duì)準(zhǔn)方式容納了由導(dǎo)電層構(gòu)成的上述柵布線的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明中，上述柵布線的厚度最好定為2微米～15微米，并且上述柵布線的縱橫比為0.3～3。此外，在本發(fā)明中，對(duì)上述絕緣性聚合物膜可進(jìn)行用于調(diào)節(jié)光學(xué)特性的處理。
此外，在本發(fā)明中，上述絕緣性聚合物膜可以由多種不同的聚合物構(gòu)成。另外，在本發(fā)明中，上述絕緣性聚合物膜也可包含含硅酮的聚合體。在本發(fā)明中，上述柵布線可以由形成了用非電解鍍淀積的籽晶層的導(dǎo)電層和用電鍍淀積的導(dǎo)電層構(gòu)成。在本發(fā)明中，上述薄膜晶體管可以是底柵型薄膜晶體管或頂柵型薄膜晶體管。在本發(fā)明中，上述絕緣性聚合物膜可包含感光性樹(shù)脂或感光性樹(shù)脂組成物。
按照本發(fā)明，這是一種在基板上形成源電極、漏電極、柵電極、有源層、與上述柵電極連接的柵布線、以及至少形成了溝槽的絕緣性聚合物膜而成的形成薄膜晶體管的方法，該方法提供了包含形成源電極、漏電極、柵電極和有源層的步驟；在上述基板上形成絕緣性聚合物膜的步驟；對(duì)上述絕緣性聚合物膜進(jìn)行構(gòu)圖、形成溝槽的步驟；以及在上述溝槽內(nèi)淀積導(dǎo)電層、與上述絕緣性聚合物膜以自對(duì)準(zhǔn)方式形成上述柵布線的步驟的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法。
按照本發(fā)明，可通過(guò)淀積用非電解鍍形成籽晶層的導(dǎo)電層的步驟，以及淀積與用電解鍍形成的上述籽晶層不同的導(dǎo)電層的步驟形成上述柵布線。
在本發(fā)明中，形成上述柵布線的步驟可包含對(duì)上述電解鍍的電流量和時(shí)間進(jìn)行控制的步驟。在本發(fā)明中，形成上述柵布線的步驟可包含用電解鍍形成與形成上述籽晶層的導(dǎo)電層不同的導(dǎo)電層的步驟和使得用上述電解鍍形成的導(dǎo)電層與上述絕緣性聚合物在一個(gè)水平面的步驟。在本發(fā)明中，對(duì)上述絕緣性聚合物膜而言，可包含進(jìn)行用于調(diào)節(jié)光學(xué)特性的處理的步驟。在本發(fā)明中，上述絕緣性聚合物膜可包含含硅酮的聚合體。在本發(fā)明中，可從感光性樹(shù)脂或感光性樹(shù)脂組成物形成上述絕緣性聚合物膜。
按照本發(fā)明，這是一種在基板上形成源電極、漏電極、柵電極、有源層、與上述柵電極連接的柵布線、以及至少形成了溝槽的絕緣性聚合物膜，在上述絕緣性聚合物膜上形成的上述溝槽提供了用自對(duì)準(zhǔn)方式容納了由導(dǎo)電層構(gòu)成的上述柵布線的包含薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的顯示器件。在本發(fā)明中，上述柵布線的厚度可定為2微米～15微米，并且上述柵電極的縱橫比可定為0.3～3。按照本發(fā)明，對(duì)上述絕緣性聚合物膜可進(jìn)行用于調(diào)節(jié)光學(xué)特性的處理。按照本發(fā)明，上述絕緣性聚合物膜可包含感光性樹(shù)脂或感光性樹(shù)脂組成物。按照本發(fā)明，上述絕緣性聚合物膜可包含含硅酮的聚合體。


圖1是示出本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是說(shuō)明本發(fā)明的作用的圖。
圖3是示出本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法的圖。
圖4是示出本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法的繼圖3的工序的圖。
圖5是示出本發(fā)明的另一實(shí)施形態(tài)的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法的圖。
圖6是示出本發(fā)明的另一實(shí)施形態(tài)的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法的繼圖5的工序的圖。
圖7是示出本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法的另一實(shí)施形態(tài)的圖。
圖8是示出本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的又一實(shí)施形態(tài)的圖。
圖9是示出本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的又一實(shí)施形態(tài)的圖。
圖10是利用本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)示出畫(huà)面尺寸和分辨率的圖。
圖11是被用于使用了本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的顯示器件的TFT陣列的斜視圖。
圖12是被用于使用了本發(fā)明的另一實(shí)施形態(tài)的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的顯示器件的TFT陣列的斜視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是示出本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的圖。在圖1(a)中示出了底柵型薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，在圖1(b)中示出了頂柵型薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，在圖1(a)所示的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)中，在絕緣性的玻璃、陶瓷之類(lèi)的基板10上設(shè)置絕緣性聚合物膜11，并在該絕緣性聚合物膜11中所形成的溝槽12內(nèi)埋設(shè)由多個(gè)導(dǎo)電層13a、13b形成的柵布線。本發(fā)明中可使用的絕緣性聚合物膜11可由絕緣性聚合物材料或聚合物組成物構(gòu)成。
具體地說(shuō)，作為本發(fā)明中可使用的聚合物組成物，例如可舉出聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚(丙烯酸酯-苯乙烯)、聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚碳酸酯樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂等的熱塑性或熱固化性樹(shù)脂。另外，在本發(fā)明中，作為可用作絕緣性聚合物膜11的聚合物材料，還有由對(duì)丙烯酸類(lèi)、丙烯酸-苯乙烯類(lèi)、環(huán)氧類(lèi)的聚合物混合了感光性成分的混合物或者與它們進(jìn)行了化學(xué)結(jié)合的感光性樹(shù)脂組成物或感光性樹(shù)脂，所謂可用作光致抗蝕劑的聚合物或者聚合物組成物形成。
作為上述那樣的感光性樹(shù)脂組成物，例如可舉出對(duì)丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂、苯酚·酚醛清漆樹(shù)脂混合了苯醌重氮衍生物的正型光致抗蝕劑；對(duì)丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂、丙烯酸-苯乙烯共聚物或者丙烯酸-羥基苯乙烯共聚物、丙烯酸-烷氧基苯乙烯共聚物混合了光氧化發(fā)生劑的所謂化學(xué)放大類(lèi)的正型或負(fù)型光致抗蝕劑；將丙烯酸樹(shù)脂與具有乙烯性的不飽和鍵的丙烯酸酯(甲基丙烯酸酯)單體混合起來(lái)，利用重氮化物使光聚合成為可能的負(fù)型光致抗蝕劑；以及對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂混合了陰離子聚合引發(fā)劑的環(huán)氧類(lèi)的光致抗蝕劑等。
然而，對(duì)本發(fā)明而言，不限于上述的聚合物或光致抗蝕劑，只要是可對(duì)聚合物材料采用恰當(dāng)?shù)臉?gòu)圖工藝形成溝槽12的聚合物或聚合物組成物，用任何材料均可。
從談到絕緣性的電學(xué)特性來(lái)看，圖1(a)所示的絕緣性聚合物膜11的厚度可定為1微米～15微米的范圍。進(jìn)而，在本發(fā)明中，如考慮到在溝槽12內(nèi)形成柵布線的情況，則從溝槽12的形成性方面看，最好定為2微米～10微米的范圍，又進(jìn)而，在本發(fā)明中，特別是為了進(jìn)行高精細(xì)、大畫(huà)面化，最好定為2微米～5微米的范圍。
如圖1(a)所示，該柵布線系導(dǎo)電層13a與13b層疊而形成，導(dǎo)電層13a是由用非電解鍍形成的Ni之類(lèi)的金屬構(gòu)成的籽晶層形成。另外，導(dǎo)電層13b包含用電解鍍法形成的、使柵布線為低阻的材料形成。
在本發(fā)明中，為了不產(chǎn)生傳輸延遲而達(dá)到高精細(xì)、大畫(huà)面化，導(dǎo)電層13b最好由Al、Cu、Ag之類(lèi)的低電阻率的金屬形成。進(jìn)而，在本發(fā)明中，從導(dǎo)電層13b的穩(wěn)定性的觀點(diǎn)看，導(dǎo)電層13b最好由Al或Cu形成。
在本發(fā)明中，由于柵布線是被埋設(shè)于絕緣性聚合物膜11而形成的，希望使其與絕緣性聚合物膜11的高度為同一高度，圖1(a)所示的柵布線的厚度可根據(jù)需要定為1微米～15微米的范圍。進(jìn)而，在本發(fā)明中，從高精細(xì)化和大畫(huà)面化的方面并且從光刻的再現(xiàn)性、穩(wěn)定性這樣的絕緣性聚合物膜11的制造的觀點(diǎn)看，柵布線的厚度最好定為1微米～10微米的范圍，又進(jìn)而，為使高精細(xì)化、大畫(huà)面化與包含絕緣性聚合物膜11的制造工藝的容易性取得平衡，最好定為2微米～5微米。
另外，在本發(fā)明中，為了對(duì)與柵布線相鄰的薄膜晶體管在電學(xué)方面不產(chǎn)生不良的影響，絕緣性聚合物膜11和柵布線的上端最好用自對(duì)準(zhǔn)的方式形成。
在絕緣性聚合物膜11和柵布線的上側(cè)淀積絕緣膜14，又在該絕緣膜14上淀積源電極15、漏電極16、P+a-Si、N+a-Si之類(lèi)的材料構(gòu)成的有源層17這樣的層，對(duì)之構(gòu)圖，再由Mo、MoW、MoTa之類(lèi)的金屬或合金形成各自的電極，構(gòu)成薄膜晶體管的要素。在圖1中盡管省略了這些電極的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，但迄今所知的任何電極結(jié)構(gòu)均可在本發(fā)明中使用。
在圖1(a)中，柵布線和作為薄膜晶體管要素的柵電極相鄰地形成。然而，在本發(fā)明中，也可以在位置上錯(cuò)開(kāi)形成柵布線和作為薄膜晶體管要素的柵電極，此時(shí)，柵電極和柵布線可以在絕緣膜14上在水平方向錯(cuò)位形成。進(jìn)而，在本發(fā)明中，柵電極的尺寸也可以定為薄膜晶體管結(jié)構(gòu)所需的任何尺寸。
在圖1(a)中，在源電極15、漏電極16、半導(dǎo)體層17之類(lèi)的薄膜晶體管要素方面，形成了由SiOx、SiNy、SiOxNy之類(lèi)的絕緣性材料構(gòu)成的鈍化層18，制成了可保證薄膜晶體管要素工作的結(jié)構(gòu)。
在鈍化層18中形成接觸孔20a、20b，接觸用電極21a和信號(hào)布線21b通過(guò)這些接觸孔20a、20b分別與源電極15和漏電極16連接。
圖1(b)示出了將本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)應(yīng)用于頂柵型薄膜晶體管的實(shí)施形態(tài)。對(duì)圖1(b)所示的薄膜晶體管而言，在絕緣性基板10上形成絕緣層22，在絕緣層22上形成源電極23、漏電極24、有源層25，構(gòu)成薄膜晶體管要素。在源電極23、漏電極24、有源層25之類(lèi)的薄膜晶體管要素的上側(cè)，利用CVD之類(lèi)恰當(dāng)?shù)姆椒ǖ矸e由SiOx、SiNy、SiOxNy之類(lèi)的絕緣性材料構(gòu)成的絕緣膜26。另外，在本發(fā)明中，從特性、成本等方面看，也可不用絕緣層22。
在絕緣膜26上，形成了包含聚合物材料而構(gòu)成的絕緣性聚合物膜27，在絕緣性聚合物膜27上所形成的溝槽28內(nèi)埋設(shè)并形成柵布線29。如圖1(a)中說(shuō)明過(guò)的那樣，在圖1(b)所示的實(shí)施形態(tài)中，說(shuō)明柵電極與柵布線29鄰接地形成的情況，但在本發(fā)明中，柵電極與柵布線29尤其沒(méi)有必要鄰接地形成，也可按照需要使之在水平方向上分開(kāi)形成。
圖1(b)所示的柵布線系由用非電解鍍法形成的籽晶層和用電解鍍法形成的導(dǎo)電層這樣的多個(gè)層構(gòu)成，再有，在本發(fā)明中，無(wú)需將柵布線制成2層結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需要形成2層以上的結(jié)構(gòu)。
在絕緣性聚合物膜27上淀積鈍化膜31，接觸用電極32a和信號(hào)布線32b通過(guò)該鈍化膜31、絕緣性聚合物膜27和絕緣膜26分別與源電極23和漏電極24連接。對(duì)于圖1(b)中說(shuō)明過(guò)的各膜，可采用與圖1(a)中說(shuō)明過(guò)的各層相同的材料和結(jié)構(gòu)。
圖2是詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)中的作用的圖。圖2(a)是示出現(xiàn)有的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的柵布線的圖，圖2(b)是示出本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的柵布線的圖。如圖2(a)所示，在現(xiàn)有的柵布線35的結(jié)構(gòu)中，如果使柵布線35的截面積增加，則從濺射之類(lèi)的成膜方法的成膜速度等方面看，不得不增大柵布線35的平面上的擴(kuò)展程度。另外，盡管通過(guò)厚厚地形成柵布線35使柵電極35的截面積增加，但由于因增厚柵電極35而形成的臺(tái)階差，還使得在其上部形成的布線等產(chǎn)生斷線。
在圖2(b)所示的本發(fā)明中的柵布線的結(jié)構(gòu)中，在絕緣性聚合物膜36所形成的溝槽內(nèi)，用絕緣膜和自對(duì)準(zhǔn)的方式以很高的縱橫比構(gòu)成柵布線35。本發(fā)明中的縱橫比(高寬比)如以下的方式所示，用柵布線35的截面中的高度(h)除以寬度(w)來(lái)定義。
縱橫比(高寬比)＝As＝h/w(1)即，如考慮圖2中柵布線35的截面積為恒定的情形(S1＝S2)，則柵布線35與柵布線35上所構(gòu)成的各層37之間形成的寄生電容隨著柵布線35的水平方向的面積的增大而增大。因此，盡管僅僅增加截面積也可降低電阻，但由于寄生電容增加，無(wú)法充分地與信號(hào)延遲相對(duì)應(yīng)。然而，在本發(fā)明中，由于將縱橫比定在規(guī)定的范圍，同時(shí)增厚柵電極35的膜厚，所以如為相同的截面積，則如圖2所示，可使寄生電容按Lb/La之比減小。因此，通過(guò)增大縱橫比(高寬比As)，可使信號(hào)延遲更加減小。
如圖2(b)所示，通過(guò)既保持充分的特性，又增大柵電極35的截面積即增加?xùn)烹姌O35的厚度，用本發(fā)明的柵電極35的結(jié)構(gòu)在不會(huì)產(chǎn)生信號(hào)延遲之類(lèi)的問(wèn)題的前提下可得到大畫(huà)面化、高精細(xì)化這樣所希望的特性。與以往相比，為了在本發(fā)明中充分地達(dá)到給出柵電極大的截面積，并實(shí)現(xiàn)高精細(xì)化和大畫(huà)面化這樣的目的，柵布線35的厚度為2微米～15微米的范圍，柵電極35的縱橫比(As)可定在0.3≤As≤3的范圍，進(jìn)而，為了實(shí)現(xiàn)高精細(xì)化和大畫(huà)面化這樣的目的而降低柵電極35的電阻，柵布線35的厚度應(yīng)在2微米～15微米的范圍內(nèi)，尤其是柵電極35的縱橫比(As)最好定在0.4≤As≤3的范圍。
圖3是示出用于形成本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法的工序圖。對(duì)于本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法而言，如圖3(a)所示，可根據(jù)需要，準(zhǔn)備進(jìn)行了表面處理等的玻璃、陶瓷之類(lèi)的絕緣性基板10。接著，如圖3(b)所示，首先用硅烷偶聯(lián)劑，具體地說(shuō)用氨基硅烷偶聯(lián)劑對(duì)該基板10進(jìn)行處理，形成用來(lái)進(jìn)行合Pd的非電解鍍的催化劑層41。催化劑層41的形成例如可通過(guò)將基板10浸漬在含市售的Pd離子或Pd膠體的催化劑水溶液中，然后根據(jù)需要使Pd離子還原等以析出金屬來(lái)進(jìn)行。
接著，如圖3(c)所示，采取對(duì)基板10涂敷含聚合物而構(gòu)成的絕緣性聚合物膜42的恰當(dāng)?shù)耐糠蠓椒ǎ缧D(zhuǎn)涂敷法等來(lái)形成。此時(shí)，作為可使用的聚合物，可使用在圖1中說(shuō)明過(guò)的熱塑性樹(shù)脂或熱固化性樹(shù)脂，或者光致抗蝕劑。尤其是，作為上述的聚合物材料，通過(guò)使用感光性樹(shù)脂或感光性樹(shù)脂組成物，可不增加曝光、顯影工序而形成被埋設(shè)的柵布線。
接著，如圖3(d)所示，使用恰當(dāng)?shù)墓庋谀＃瑢?duì)由光致抗蝕劑構(gòu)成的絕緣性聚合物膜42進(jìn)行曝光、顯影，形成供形成柵布線用的溝槽43?？稍谠摐喜鄣南虏勘砻嫔下冻鯬d催化劑，用非電解鍍法有選擇地形成籽晶層。
另外，在本發(fā)明中，在不由感光性樹(shù)脂或感光性樹(shù)脂組成物，而由熱塑性樹(shù)脂或熱固化性樹(shù)脂構(gòu)成絕緣性聚合物膜42的情況下，可不用曝光、顯影工序而使用絲網(wǎng)印刷之類(lèi)的方法形成溝槽43。通過(guò)使用絲網(wǎng)印刷法，所使用的絕緣性聚合物膜42不論是感光性樹(shù)脂或感光性樹(shù)脂組成物，還是熱塑性樹(shù)脂或熱固化性樹(shù)脂，均可減少工藝工序。
在圖3(e)中，本發(fā)明示出了用非電解鍍法在溝槽43內(nèi)形成籽晶層44a的工序。形成具有導(dǎo)電層功能的籽晶層44a的導(dǎo)電材料，迄今所知的任何金屬均可使用，但在本發(fā)明中，尤其是最好采用非電解鍍法用(Ni)形成籽晶層44a。在本發(fā)明中，當(dāng)用Ni形成籽晶層44a時(shí)，可提高對(duì)后面將要述及的形成得較厚的Cu之類(lèi)的金屬基板10的附著性，從而可以改善隨著絕緣性聚合物膜42的增厚所發(fā)生的膜內(nèi)應(yīng)力增加而造成柵布線從基板10的表面剝離，以及因玻璃基板的翹曲而發(fā)生的不良現(xiàn)象。
在本發(fā)明中，上述的籽晶層44a例如可借助于使用了亞磷酸的硫酸鎳水溶液的非電解鍍法而形成。在使該籽晶層44a形成的水溶液中，除硫酸鎳以外，還可添加迄今所知的任何添加劑。圖3(e)所示的籽晶層44a的厚度在本發(fā)明中不作特別限制，只要不因形成籽晶層44a而發(fā)生柵布線的剝離及基板的翹曲之類(lèi)的不良現(xiàn)象，定為任何厚度均可。另外，作為使籽晶層44a形成用的非電解鍍方法，可應(yīng)用迄今所知的任何方法。
接著，對(duì)本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法而言，如圖3(f)所示，可利用電解鍍法淀積由Al、Cu、Ag之類(lèi)的低電阻率的金屬形成的導(dǎo)電層44b，形成柵布線。在應(yīng)用電解鍍法從銅(Cu)之類(lèi)的金屬形成導(dǎo)電層44b時(shí)，將形成了圖3(e)所示的結(jié)構(gòu)的基板10浸漬于硫酸銅(CuSO4)水溶液中，通以電流，從電流量與時(shí)間的乘積可控制按照法拉第定律而析出的Cu析出量，采取與絕緣性聚合物膜42的自對(duì)準(zhǔn)方式形成柵布線。
如上所述，作為可用自對(duì)準(zhǔn)方式形成柵布線45的理由，可推測(cè)為在圖3(e)所示的工序中，在形成籽晶層44a時(shí)，不僅在Pd催化劑附著的部分，而且在本發(fā)明中由于在絕緣性聚合物膜42上形成溝槽43，在該溝槽43的壁面上還在某種程度上附著Pd催化劑；Cu的淀積不僅在厚度方向進(jìn)行，而且對(duì)橫向也可良好地進(jìn)行。
另外，在本發(fā)明中，不僅可嚴(yán)格地控制特別是電流量和時(shí)間這樣的電解鍍條件，以自對(duì)準(zhǔn)方式形成柵布線，而且通過(guò)使柵布線淀積至從溝槽43突出那樣的高度，進(jìn)行研磨、刻蝕之類(lèi)的表面處理，可改善柵布線的自對(duì)準(zhǔn)性。
其后，在本發(fā)明中，使用迄今所知的方法用N+a-Si或P+a-Si、多晶Si之類(lèi)的材料淀積柵電極，形成與柵布線鄰接的柵電極。如上所述，根據(jù)薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的需要，柵電極和柵布線可相互鄰接地形成，或者可分隔形成。
在本發(fā)明中，通過(guò)特別用Ni作為籽晶層44a，用Cu作為導(dǎo)電層44b，可降低包含有厚膜布線的薄膜晶體管中的電阻，滿(mǎn)足大畫(huà)面化、高精細(xì)化的要求，同時(shí)可達(dá)到不發(fā)生因膜內(nèi)應(yīng)力所致的不良現(xiàn)象的目的。
另外，在本發(fā)明中，由于使用了絕緣性聚合物膜42，還可利用籽晶層44a提高柵布線與基板10的一體性，所以與使用SiO2作為絕緣膜的情況相比，可吸收膜內(nèi)應(yīng)力/膨脹率之差，提供可靠性更高的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)。進(jìn)而，柵布線與基板10一體性提高的結(jié)果是，在經(jīng)過(guò)導(dǎo)電處理的柔性基板上也可形成薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，也可提供提高了柔性的顯示器件。
圖4是示出在本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法中，用于形成薄膜晶體管要素的繼圖3所示工序的工序的圖。在圖3的各工序后，如圖4(a)所示，在形成了柵布線和柵電極的絕緣性聚合物膜42上采用CVD之類(lèi)的恰當(dāng)?shù)姆椒ǖ矸e由SiOx、SiNy、SiOxNy之類(lèi)的絕緣層構(gòu)成的絕緣膜47。接著，如圖4(b)所示，在柵絕緣膜47上，可采用淀積、構(gòu)圖、離子注入等迄今所知的任何方法淀積源電極48、漏電極49、有源層50，進(jìn)而可用包括經(jīng)淀積并構(gòu)圖了的Mo、MoTa、MoW、Al之類(lèi)的恰當(dāng)?shù)慕饘倩蚝辖饦?gòu)成這些電極。
其后，如圖4(c)所示，可淀積由SiOx、SiNy、SiOxNy之類(lèi)的絕緣層構(gòu)成的鈍化層51，采用恰當(dāng)?shù)臉?gòu)圖工藝形成接觸孔，形成接觸用電極52a和信號(hào)布線52b，形成圖4(d)所示的本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)。如圖4所示，在本發(fā)明中，作為埋設(shè)結(jié)構(gòu)而形成柵布線。因此，按照本發(fā)明，在形成薄膜晶體管結(jié)構(gòu)時(shí)，不會(huì)生成不需要的臺(tái)階差，可提高薄膜晶體管的可靠性。
圖5是將本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)應(yīng)用于頂柵型薄膜晶體管時(shí)的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法的實(shí)施形態(tài)的工序圖。當(dāng)按照本發(fā)明形成圖5所示的頂柵型薄膜晶體管結(jié)構(gòu)時(shí)，如圖5(a)所示，首先采用進(jìn)行過(guò)恰當(dāng)?shù)谋砻嫣幚淼幕?0，如圖5(b)所示，采用CVD之類(lèi)的恰當(dāng)?shù)姆椒ǖ矸e由SiOx、SiNy、SiOxNy之類(lèi)的材料構(gòu)成的絕緣層61。
接著，在圖5(c)中，采用與圖4(b)中說(shuō)明過(guò)的同樣的工藝，淀積源電極62、漏電極63、有源層64并將它們構(gòu)圖。
接著，如圖5(d)所示那樣，采用CVD之類(lèi)的方法淀積絕緣膜65。在淀積了絕緣膜65以后，與圖3中說(shuō)明過(guò)的一樣，使Pd催化劑66附著在絕緣膜65表面上，其后，在絕緣膜65上形成本發(fā)明中所使用的絕緣性聚合物膜67?？刹捎门c圖3中說(shuō)明過(guò)的同樣的方法進(jìn)行上述各工序。
在圖6中，在圖5(d)中所淀積的絕緣性聚合物膜67上形成溝槽68，在用非電解鍍法形成籽晶層69a(圖6(b))、用電解鍍法淀積導(dǎo)電層69b后(圖6(c))，以上述方式淀積鈍化層70，形成接觸用電極71a和信號(hào)布線71b(圖6(d))，形成頂柵型薄膜晶體管。
圖7是示出本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法的又一實(shí)施形態(tài)的圖。在圖7所示的制造方法中，如圖7(a)所示，可根據(jù)需要，應(yīng)用進(jìn)行過(guò)表面處理的基板10，在該基板10上形成絕緣性聚合物膜80(圖7(b))。在圖7(c)所示的工序中，采用與圖3中詳細(xì)說(shuō)明過(guò)的同樣的方法形成溝槽81。在形成溝槽81后，利用散布了硅酮粒子的散布液，對(duì)絕緣性聚合物膜80和基板10進(jìn)行處理，復(fù)制或形成疏水層82。
其后，如圖7(d)所示，將基板10和形成了絕緣性聚合物膜80的基板10浸漬在Pd催化劑水溶液中，用Pd催化劑進(jìn)行處理。在疏水層82未附著或浸潰的部分，有Pd離子或Pd膠粒83附著，在附著或浸漬疏水層82的部分，無(wú)Pd離子或Pd膠粒83附著。因此，如圖7(e)所示，可用非電解鍍法良好地形成籽晶層84a。其后，采用電解鍍法，淀積Cu之類(lèi)的低電阻率的導(dǎo)電層，形成柵布線。
在本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法的又一實(shí)施形態(tài)中，可在圖7(c)的溝槽81的形成工序前進(jìn)行疏水層82的復(fù)制。此外，在本發(fā)明中，在形成絕緣性聚合物膜80時(shí)，可將混合了含硅酮鏈段的含硅酮聚合體，或者將聚合物本身含硅酮鏈段而形成的含硅酮聚合體用作聚合物。此時(shí)，硅酮鏈段也露出于絕緣性聚合物膜80的表面。
即使在使用了上述含硅酮聚合體，也可應(yīng)用另一工序取得復(fù)制疏水層82時(shí)那樣的疏水效果，而且使有選擇地附著Pd催化劑成為可能。上述含硅酮鏈段的聚合物或者聚合物組成物還可作為感光性樹(shù)脂或感光性樹(shù)脂組成物而構(gòu)成。
此外，在本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的實(shí)施形態(tài)中，在形成圖3和圖5中詳細(xì)說(shuō)明過(guò)的絕緣性聚合物膜后，為了調(diào)節(jié)絕緣性聚合物膜的光學(xué)特性，還可進(jìn)行各種處理。
圖8和圖9是對(duì)底柵型薄膜晶體管結(jié)構(gòu)示出對(duì)上述絕緣性聚合物膜進(jìn)行了處理的薄膜晶體管的實(shí)施形態(tài)的圖。在圖8(a)所示的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的實(shí)施形態(tài)中，對(duì)絕緣性聚合物膜90的表面例如使用了恰當(dāng)?shù)墓饪坦に?，進(jìn)行了粗糙化處理，在經(jīng)過(guò)了該粗糙化處理的面上形成反射膜90a，制成擴(kuò)展了視角的結(jié)構(gòu)。作為反射膜90a，通過(guò)使用了各種材料的例如CVD工藝形成，也可在迄今所知的任何材料、結(jié)構(gòu)的反射膜中使用，例如可作為單層結(jié)構(gòu)或由電介質(zhì)構(gòu)成的多層膜結(jié)構(gòu)形成。
進(jìn)而，在圖8(a)所示的實(shí)施形態(tài)中，形成用于在粗糙化處理面的上側(cè)使之平坦化的絕緣膜91，制成對(duì)薄膜晶體管要素不產(chǎn)生不良影響的結(jié)構(gòu)。作為用于平坦化的絕緣膜91，也可使用與構(gòu)成絕緣性聚合物膜90的材料的相同材料，也可層疊折射率互不相同的材料來(lái)構(gòu)成，使之產(chǎn)生散射效應(yīng)。
在圖8(b)中示出了本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的又一實(shí)施形態(tài)。在圖8(b)示出的薄膜晶體管的實(shí)施形態(tài)中，在絕緣性聚合物膜90上形成了為使棱鏡形成的斜坡90b。在絕緣性聚合物膜90的上側(cè)，還層疊了不同折射率的聚合物層92，構(gòu)成了棱鏡。使用圖8(b)所示的構(gòu)成的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)也能增寬視角，提高亮度。
在圖9所示的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)中，在絕緣性聚合物膜90的表面形成了菲涅耳透鏡90c，還利用了折射率不同的另外的絕緣性材料93進(jìn)行平坦化，控制光線的方向性。作為絕緣性材料93，與絕緣性材料91、92一樣，也可使用聚合物材料，但可根據(jù)需要由聚合物以外的電介質(zhì)形成。在圖8和圖9所示的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)中，無(wú)論在何種情況下，絕緣性聚合物膜90和柵布線94在鄰接部均以自對(duì)準(zhǔn)方式形成，對(duì)上側(cè)所形成的薄膜晶體管要素不產(chǎn)生不良影響。
圖10是在圖2所示的本發(fā)明的薄膜晶體管的實(shí)施形態(tài)中繪制畫(huà)面尺寸(英寸)與分辨率(PPI)的曲線的圖。圖10(a)、(b)、(c)所示的各線是用現(xiàn)有的方法形成的柵布線時(shí)得到的曲線圖，圖10(d)所示的曲線圖是對(duì)本發(fā)明埋設(shè)的柵布線得到的曲線圖。如圖10所示，為提高分辨率，柵布線做得越來(lái)越細(xì)，無(wú)論在何種情況下由于隨著電阻的增加而增加的信號(hào)延遲，呈現(xiàn)出畫(huà)面尺寸減少的情況。
在采用現(xiàn)有的柵布線的結(jié)構(gòu)時(shí)，如圖10所示，如打算達(dá)到400PPI的分辨率，即使使用了電阻率最低的Cu的柵布線，畫(huà)面尺寸也降至約20英寸。因此，示出了對(duì)高精細(xì)化和大畫(huà)面化進(jìn)行折衷的情況。
然而，在通過(guò)采用本發(fā)明埋設(shè)的柵布線的結(jié)構(gòu)而形成的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)中，如圖10(d)所示，由于除了可提高柵布線的截面積外，還不會(huì)產(chǎn)生寄生電容的問(wèn)題，所以在保持400PPI這樣高精細(xì)的分辨率的前提下，提供約25英寸的畫(huà)面尺寸成為可能。如與較低分辨率的情況相比，這種趨勢(shì)更為明顯，使用了具有本發(fā)明的柵布線的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的顯示器件與現(xiàn)有情況相比，表明提供更大畫(huà)面的顯示器件成為可能。
圖11是示出使用了本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)制成TFT陣列的顯示器件的斜視圖。圖11所示的TFT陣列是作為底柵型TFT而被構(gòu)成的，表明它包含在絕緣性基板100上所形成的絕緣性聚合物膜101和在絕緣性聚合物膜101上所淀積的絕緣膜102。
進(jìn)而，在圖11所示的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)中，在絕緣膜102上，源電極103、漏電極104、有源層105均被構(gòu)圖，這些薄膜晶體管要素被鈍化膜106覆蓋，保護(hù)了薄膜晶體管要素。在圖11所示的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)中，還經(jīng)通過(guò)鈍化膜106所形成的接觸孔，接觸用電極107和信號(hào)布線108分別與源電極103和漏電極104連接，它們被配置成陣列。
進(jìn)而，如圖11所示，在本發(fā)明的絕緣性聚合物膜101上所形成的溝槽109的內(nèi)部用淀積了多個(gè)導(dǎo)電層的結(jié)構(gòu)來(lái)埋設(shè)柵布線110。如圖11所示，在本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)中，與以往相比，可增大柵布線110的截面積。此外，在本發(fā)明中，由于大截面積的柵布線110被埋設(shè)于絕緣性聚合物膜101內(nèi)，用非電解鍍和電解鍍使之牢固地一體化，所以因膜內(nèi)的殘留應(yīng)力引起的剝離、翹曲和裂紋之類(lèi)的不良現(xiàn)象都不會(huì)發(fā)生，可保證薄膜晶體管的可靠性，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)大畫(huà)面化和高精細(xì)化。
圖12是示出將本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)應(yīng)用于頂柵型薄膜晶體管時(shí)的TFT陣列的圖。與圖11中說(shuō)明過(guò)的一樣，柵布線110被埋設(shè)于在絕緣性聚合物膜101上形成的溝槽內(nèi)而形成，可增大柵電極的截面積而不會(huì)產(chǎn)生在上部形成的布線的斷線之類(lèi)的不良現(xiàn)象。
本發(fā)明的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)也可使用于如上所述將薄膜晶體管配置成陣列、采用所謂有源矩陣驅(qū)動(dòng)方式的任何顯示器件中，作為這樣的顯示器件，具體來(lái)說(shuō)，可舉出例如液晶顯示器件、使用有機(jī)或無(wú)機(jī)的有源材料的電致發(fā)光器件等。
至此，以附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)作出了說(shuō)明，但本發(fā)明并不限定于附圖中所示的實(shí)施形態(tài)，在各細(xì)部的結(jié)構(gòu)、材料、尺寸之類(lèi)的種種結(jié)構(gòu)要素中，即使是迄今所知的任何材料、結(jié)構(gòu)、尺寸，只要起到本發(fā)明的作用和效果，均可使用。
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，它是在基板上形成源電極、漏電極、柵電極、有源層、與該柵電極連接的柵布線、以及至少形成了溝槽的絕緣性聚合物膜而成的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于在上述絕緣性聚合物膜上形成的上述溝槽用自對(duì)準(zhǔn)方式容納了由導(dǎo)電層構(gòu)成的上述柵布線。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于上述柵布線的厚度被定為2微米～15微米，并且上述柵布線的縱橫比為0.3～3。
3.如權(quán)利要求1或2所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于對(duì)上述絕緣性聚合物膜進(jìn)行了用于調(diào)節(jié)光學(xué)特性的處理。
4.如權(quán)利要求1～3的任一項(xiàng)中所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于上述絕緣性聚合物膜由多種不同的聚合物構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1～4的任一項(xiàng)中所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于上述絕緣性聚合物膜包含含硅酮的聚合體。
6.如權(quán)利要求1～5的任一項(xiàng)中所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于上述柵布線由形成了用非電解鍍淀積的籽晶層的導(dǎo)電層和用電鍍淀積的導(dǎo)電層構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1～6的任一項(xiàng)中所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于上述薄膜晶體管是底柵型薄膜晶體管或頂柵型薄膜晶體管。
8.如權(quán)利要求1～7的任一項(xiàng)中所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于上述絕緣性聚合物膜包含感光性樹(shù)脂或感光性樹(shù)脂組成物。
9.一種薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，薄膜晶體管是在基板上形成源電極、漏電極、柵電極、有源層、與上述柵電極連接的柵布線、以及至少形成了溝槽的絕緣性聚合物膜而成的薄膜晶體管，該薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法的特征在于包含形成源電極、漏電極、柵電極和有源層的步驟；在上述基板上形成絕緣性聚合物膜的步驟；對(duì)上述絕緣性聚合物膜進(jìn)行構(gòu)圖，形成溝槽的步驟；以及在上述溝槽內(nèi)淀積導(dǎo)電層，與上述絕緣性聚合物膜以自對(duì)準(zhǔn)方式形成上述柵布線的步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于由淀積用非電解鍍形成籽晶層的導(dǎo)電層的步驟，以及淀積與用電解鍍形成的上述籽晶層不同的導(dǎo)電層的步驟形成上述柵布線。
11.如權(quán)利要求10所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于形成上述柵布線的步驟包含對(duì)上述電解鍍的電流量和時(shí)間進(jìn)行控制的步驟。
12.如權(quán)利要求10所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于形成上述柵布線的步驟包含用電解鍍形成與形成上述籽晶層的導(dǎo)電層不同的導(dǎo)電層的步驟；以及使得用上述電解鍍形成的導(dǎo)電層與上述絕緣性聚合物在一個(gè)水平面的步驟。
13.如權(quán)利要求9～12的任一項(xiàng)中所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于對(duì)上述絕緣性聚合物膜而言，包含進(jìn)行用于調(diào)節(jié)光學(xué)特性的處理的步驟。
14.如權(quán)利要求9～13的任一項(xiàng)中所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于上述絕緣性聚合物膜包含含硅酮的聚合體。
15.如權(quán)利要求9～14的任一項(xiàng)中所述的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于從感光性樹(shù)脂或感光性樹(shù)脂組成物形成上述絕緣性聚合物膜。
16.一種顯示器件，其特征在于包含在基板上形成源電極、漏電極、柵電極、有源層、與上述柵電極連接的柵布線、以及至少形成了溝槽的絕緣性聚合物膜，在上述絕緣性聚合物膜上形成的上述溝槽用自對(duì)準(zhǔn)方式容納了由導(dǎo)電層構(gòu)成的上述柵布線。
17.如權(quán)利要求16所述的顯示器件，其特征在于上述柵布線的厚度被定為2微米～15微米，并且上述柵電極的縱橫比為0.3～3。
18.如權(quán)利要求16或17所述的顯示器件，其特征在于對(duì)上述絕緣性聚合物膜進(jìn)行了用于調(diào)節(jié)光學(xué)特性的處理。
19.如權(quán)利要求16～18的任一項(xiàng)中所述的顯示器件，其特征在于上述絕緣性聚合物膜包含感光性樹(shù)脂或感光性樹(shù)脂組成物。
20.如權(quán)利要求16～19的任一項(xiàng)中所述的顯示器件，其特征在于上述絕緣性聚合物膜包含含硅酮的聚合體。
全文摘要
本發(fā)明的課題是，提供能進(jìn)行高精細(xì)顯示而不產(chǎn)生信號(hào)延遲，并且能提供大型的顯示畫(huà)面的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)、薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法和包含該薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的顯示器件。本發(fā)明是在基板100上形成至少形成了溝槽109的絕緣性聚合物膜101而成的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，提供了在絕緣性聚合物膜101上形成的溝槽109容納由多個(gè)導(dǎo)電層構(gòu)成的柵布線110的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)。另外，本發(fā)明提供了包含具有上述結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，以及由上述結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管構(gòu)成的TFT陣列的顯示器件。
文檔編號(hào)H01L29/786GK1489790SQ01822723
公開(kāi)日2004年4月14日 申請(qǐng)日期2001年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月19日
發(fā)明者鈴木浩, 末岡邦昭, 昭 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司