CN101032027B - 薄膜晶体管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的薄膜晶体管包括半导体薄膜(8)；形成在半导体薄膜(8)的一个表面上的栅极绝缘膜(7)；形成为通过栅极绝缘膜(7)与半导体薄膜(8)相对的栅电极(6)；电连接到半导体薄膜(8)的源电极(15)和漏电极(16)；源极区；漏极区；以及沟道区。该薄膜晶体管还包括绝缘膜(9)，其形成在至少对应于半导体薄膜(8)的源极区和漏极区的外围部分上，并且具有通过其使源极区和漏极区中的每一个的至少一部分暴露的接触孔(10、11)，其中源电极(15)和漏电极(16)通过接触孔(10、11)连接到半导体薄膜(8)。

Description

薄膜晶体管及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种具有蚀刻保护膜的薄膜晶体管及其制造方法。

背景技术

未审日本专利申请KOKAI公开H5-67786公开了一种用作有源矩阵液晶显示装置的开关元件的薄膜晶体管结构。该薄膜晶体管包括形成在绝缘衬底的上表面上的栅电极、形成在包括栅电极的绝缘膜的上表面上的栅极绝缘膜、形成在栅电极上的栅极绝缘膜的上表面上的本征非晶硅半导体薄膜、形成在半导体膜薄的上表面中心部分上的沟道保护膜、形成在沟道保护膜上表面的两侧上和其两侧上的半导体薄膜的上表面上的n型非晶硅欧姆接触层、以及形成在每一个欧姆接触层的上表面上的源电极和漏电极。

近年来，鉴于较高的迁移率，已经考虑使用诸如氧化锌(ZnO)的金属氧化物半导体来代替非晶硅。如下考虑使用金属氧化物半导体的薄膜晶体管的制造方法。例如，将本征ZnO半导体薄膜形成层膜形成在栅极绝缘膜上，并且将氮化硅沟道保护膜构图形成在半导体薄膜形成层上。接下来，将n型ZnO欧姆层形成层膜形成在包括沟道保护膜的半导体薄膜形成层的上表面上，并且连续构图形成欧姆接触层形成层和半导体薄膜形成层以形成器件区域上的欧姆接触层和半导体薄膜。随后，将源电极和漏电极构图形成在每个欧姆接触层的上表面上。

然而，在上述制造方法中，存在这样的问题：氧化锌容易溶解在酸和碱中并且其耐蚀刻性极低，因此导致在后工艺中在形成在器件区域上的欧姆接触层和ZnO半导体薄膜中的相对较大的侧蚀刻，从而使得加工精度更加恶化。

发明内容

考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种能够提高加工精度的薄膜晶体管及其制造方法。

为了实现上述目的，根据本发明的薄膜晶体管包括半导体薄膜(8)；形成在半导体薄膜(8)的一个表面上的栅极绝缘膜(7)；通过栅极绝缘膜(7)形成为与半导体薄膜(8)相对的栅电极(6)；电连接到半导体薄膜(8)的源电极(15)和漏电极(16)；源极区；漏极区；以及沟道区。该薄膜晶体管还包括绝缘膜(9)，其至少在半导体薄膜(8)的源极区和漏极区中形成在外围部分上，并且具有接触孔(10、11)，源极区和漏极区中的每一个的至少一部分通过所述接触孔而暴露出来；并且其中源电极(15)和漏电极(16)通过接触孔(10、11)连接到半导体薄膜(8)。

而且，根据本发明的薄膜晶体管的制造方法包括：形成栅电极(6)、栅极绝缘膜(7)和半导体薄膜(8)；在半导体薄膜(8)上形成绝缘膜(9)；蚀刻半导体薄膜(8)和绝缘膜(9)，以形成至少在源极区和漏极区的外围部分上使半导体薄膜(8)的源极区和漏极区中的每一个的至少一部分暴露出来的绝缘膜(9)；以及形成连接到从绝缘膜(9)暴露出来的半导体薄膜(8)的源电极(15)和漏电极(16)。

附图说明

通过阅读以下详细的说明和附图，本发明的这些目的和其他目的以及优点将变得更加明显，附图中：

图1A是示出具有根据本发明第一实施例的薄膜晶体管的液晶显示装置的主要部分的透视平面图，图1B是沿着图1A所示的薄膜晶体的管沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图；

图2A是示出制造图1A和1B所示的薄膜晶体管部分中的最初工艺的透视平面图，图2B是沿着图2A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图；

图3A是示出图2A和2B的随后工艺的透视平面图，图3B是沿着图3A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图；

图4A是示出图3A和3B的随后工艺的透视平面图，图4B是沿着图4A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图；

图5A是示出图4A和4B的随后工艺的透视平面图，图5B是沿着图5A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图；

图6A是示出图5A和5B的随后工艺的透视平面图，图6B是沿着图6A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图；

图7A是示出图6A和6B的随后工艺的透视平面图，图7B是沿着图7A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图；

图8A是示出图7A和7B的随后工艺的透视平面图，图8B是沿着图8A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图；

图9A是示出图8A和8B的随后工艺的透视平面图，图9B是沿着图9A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图；

图10A是示出图9A和9B的随后工艺的透视平面图，图10B是沿着图10A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图；

图11A是示出图1A和1B所示的薄膜晶体管部分的另一种制造方法的预定工艺的透视平面图，图11B是沿着图11A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图；

图12A是示出具有根据本发明第二实施例的薄膜晶体管的液晶显示装置的主要部分的透视平面图，图12B是沿着图12A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图；

图13A是示出具有根据本发明第三实施例的薄膜晶体管的液晶显示装置的主要部分的透视平面图，图13B是沿着图13A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图；

图14A是示出具有根据本发明第四实施例的薄膜晶体管的液晶显示装置的主要部分的透视平面图，图14B是沿着图14A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图，

图15A是示出制造图14A和14B所示的薄膜晶体管部分中的最初工艺的透视平面图，图15B是沿着图15A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图；

图16A是示出图15A和15B的随后工艺的透视平面图，图16B是沿着图16A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图；

图17A是示出图16A和16B的随后工艺的透视平面图，图17B是沿着图17A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图；

图18A是示出图17A和17B的随后工艺的透视平面图，图18B是沿着图18A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图；

图19A是示出图18A和18B的随后工艺的透视平面图，图19B是沿着图19A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图；

图20A是示出图19A和19B的随后工艺的透视平面图，图20B是沿着图20A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图；

图21A是示出图20A和20B的随后工艺的透视平面图，图21B是沿着图21A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图；

图22A是示出图21A和21B的随后工艺的透视平面图，图22B是沿着图22A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图；

图23A是示出具有根据本发明第五实施例的薄膜晶体管的液晶显示装置的主要部分的透视平面图，图23B是沿着图23A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图；以及

图24A是示出具有根据本发明第六实施例的薄膜晶体管的液晶显示装置的主要部分的透视平面图，图24B是沿着图24A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图。

具体实施方式

(第一实施例)

图1A是示出具有根据本发明第一实施例的薄膜晶体管的液晶显示装置的主要部分的透视平面图，图1B是沿着图1A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图。此外，在以下说明的图2至24中的每一幅中，图2B至24B中的每一幅都示出沿着图2A至24A中的每一幅所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图。该液晶显示装置包括玻璃基板1。在玻璃基板1上，形成设置成矩阵的多个像素电极2、分别连接到像素电极2的薄膜晶体管3、设置成行以将扫描信号提供给每个薄膜晶体管3的扫描线4、以及设置成列以将数据信号提供给每个薄膜晶体管3的数据线5。

换句话说，在玻璃基板1的上表面的预定部分上，形成包括由诸如铬、铝等金属制成的栅电极6的扫描线4。在包括栅电极6和扫描线4的玻璃电极1的上表面上，形成由氮化硅制成的栅极绝缘膜7。在栅电极6上的栅极绝缘膜7的上表面的预定部分上，形成由本征氧化锌制成的半导体薄膜8。

在上表面中心部分和其外围部分上形成由氮化硅制成的保护膜(绝缘膜)9，该中心部分对应于半导体薄膜8的沟道区。保护膜9具有形成在半导体薄膜8的沟道区上的中心部分9’、以及形成在半导体薄膜8的外围部分上的部分。形成在半导体薄膜8的外围部分上的部分具有外围部分，端部表面b具有与半导体薄膜8的沟道方向上的端部表面a相同的形状。即，在薄膜晶体管中，形成在半导体薄膜8上的保护膜9的中心部分9’用作沟道区。图1B中的保护部分9’的右侧区用作源极区。图1B中的保护部分9’的左侧区用作漏极区。而且，保护膜9具有正方形的接触孔10和11，用于暴露半导体薄膜8的源极区和漏极区。

在包括保护膜9和半导体薄膜8的栅极绝缘膜7的上表面上，形成由氮化硅制成的上绝缘膜12。这种情况下，上部绝缘表面12具有接触孔10和11，其与保护孔10和11的孔10和11是连续的。

在通过一个接触孔10而暴露的半导体薄膜8的源极区的上表面和源极区附近的上绝缘膜12的上表面上，形成由n型氧化锌制成的一个欧姆接触层13。在通过另一个接触孔11而暴露的半导体薄膜8的漏极区的上表面和漏极区附近的上绝缘膜12的上表面上，形成由n型氧化锌制成的另一欧姆接触层14。

在一个欧姆接触层13的上表面和欧姆接触层13附近的上绝缘膜12的上表面上，形成由诸如铬、铝、ITO等金属制成的源电极15。在另一欧姆接触层14的上表面和上绝缘膜12的上表面的预定部分上，形成包括由诸如铬、铝、ITO等金属制成的漏电极16的数据线5。在这种情况下，欧姆接触层13和14完全被源电极15和漏电极16覆盖。

由此，薄膜晶体管3由栅电极6、栅极绝缘膜7、半导体薄膜8、保护膜9、欧姆接触层13和14、源电极15以及漏电极16形成。

然后，半导体薄膜8在图1A中的右侧和左侧方向上的两个接触孔10和11之间被保护膜9覆盖的尺寸，即接触孔10和11之间的间隔，对应于沟道长度L。而且，例如，在包括另一欧姆接触层14的漏电极16和半导体薄膜8之间的连接部分，即另一接触孔11在图1A中的上下方向(垂直于两个接触孔10和11之间的间隔的方向)上的尺寸，对应于沟道宽度W。

在包括薄膜晶体管3的栅极绝缘膜7的上表面上，形成氮化硅外涂层膜17。在外涂层膜17的上部的预定部分上，形成由透明导电材料如ITO等制成的像素电极2。该像素电极2通过形成在外涂层膜17的预定部分上的接触孔18连接到源电极15。

以下将对用于制造液晶显示装置中的薄膜晶体管3的一部分的方法实例进行说明。首先，如图2A和2B所示，在玻璃基板1的上表面的预定部分上，通过光刻对利用溅射形成的并且由诸如铬、铝等金属制成的金属层进行构图，从而形成包括栅电极6的扫描线4。

接下来，通过等离子体CVD(化学气相沉积)将由氮化硅制成的栅极绝缘膜7、由本征氧化锌制成的半导体薄膜形成层8a、以及由氮化硅制成的保护膜形成层9a连续地膜形成在包括栅电极6和扫描线4的玻璃基板1的上表面上。之后，在保护膜形成层9a的上表面上，通过光刻形成器件区域形成抗蚀剂图形21。

随后，当使用抗蚀剂图形21作为掩模蚀刻保护膜形成层9a时，在抗蚀剂图形21下形成保护膜9，如图3A和3B所示。在这种情况下，暴露出在除了抗蚀剂图形21下方的部分之外的区域中的半导体薄膜形成层8a的表面。关于用于蚀刻由氮化硅制成的保护膜形成层9a的方法，使用六氟化硫(SF₆)的反应等离子体蚀刻(干法蚀刻)是有利的，以便尽可能地不渗入到由本征氧化锌制成的半导体薄膜形成层8a中，同时还确保快速蚀刻保护膜形成层9a。

接下来，使用抗蚀剂剥离剂来剥离抗蚀剂图形21。在这种情况下，将在除了保护膜9下方的部分之外的区域中的半导体薄膜形成层8a的表面暴露在抗蚀剂剥离剂中。然而，由于暴露出来的部分是非器件区，因此不会有问题。

随后，当使用保护膜9作为掩模蚀刻半导体薄膜形成层8a时，在保护膜9下形成半导体薄膜形成层8a，如图4A和4B所示。在这种情况下，碱性溶液用作本征氧化锌半导体薄膜形成层8a的蚀刻剂。例如，使用低于30wt％、优选为2至10wt％的氢氧化钠(NaOH)溶液。蚀刻温度为5至40℃，优选为室温(22至23℃)。

然后，当使用5wt％的氢氧化钠(NaOH)溶液作为蚀刻剂(温度为室温(22至23℃))时，蚀刻速度约为80nm/分钟。考虑到加工的可控性，如果蚀刻速度过高的话，则由于膜厚度和密度的变化，难以控制蚀刻终点。如果蚀刻速度过低的话，则当然会降低生产率。因此，一般认为蚀刻速度优选为大约100至200nm/分钟。可以说在蚀刻速度约为80nm/分钟的情况下5wt％的氢氧化钠(NaOH)溶液处于尚可的满意范围内。然而，可以增加钠的浓度以提高生产效率。而且，在将蚀刻速度高的磷酸溶液用作蚀刻剂的情况下，浓度必须非常低，约为0.05％。然而，使用低浓度的蚀刻剂增加了由蚀刻引起的恶化的速度，导致难以控制。即，当浓度过低时，磷酸溶液的浓度通过由蚀刻分解的抗蚀剂材料和包含在抗蚀剂材料中的外来物质立即达到适当的浓度以下，从而不能进行适当的蚀刻。与此相比，依据能够使用低于约30wt％、优选为2至10wt％的溶液和由蚀刻引起的恶化的速度低的观点，使用氢氧化钠溶液是有效的。此外，如从图4A中可明显看出的那样，当蚀刻半导体薄膜形成层8a以形成半导体薄膜8时，在半导体薄膜8的外围端部表面上发生侧蚀刻。通常，当在薄膜晶体管的有源层中发生侧蚀刻时，对晶体管特性有不利的影响。然而，将本发明的薄膜晶体管构造成：即使在半导体薄膜8的外围端部表面上发生侧蚀刻，也不会对晶体管特性有不利的影响。以下将说明原因。

接下来，如图5A和5B所示，通过等离子体CVD将由氮化硅制成的上绝缘膜12膜形成在包括保护膜9的栅极绝缘膜7的上表面上。随后，在上绝缘膜12的上表面上，通过光刻形成用于形成接触孔的抗蚀剂图形22。

接下来，当使用抗蚀剂图形22作为掩模连续蚀刻上绝缘膜12和保护膜9时，在上绝缘膜12和保护膜9的预定部分上连续形成两个接触孔10和11，如图6A和6B所示。在这种情况下，由于将接触孔10和11连续形成在上绝缘膜12和保护膜9上，因此上绝缘膜12的材料优选与保护膜9的材料相同，并且在本实施例中使用氮化硅。

而且，在这种情况下，暴露出接触孔10和11中的由本征氧化锌制成的半导体薄膜8的表面。因此，作为在由氮化硅制成的上绝缘膜12和保护膜9上形成接触孔10和11的蚀刻方法，使用六氟化硫(SF₆)的反应等离子体蚀刻(干法蚀刻)是有利的，与上述类似。

接下来，使用抗蚀剂剥离剂来剥离抗蚀剂图形22。作为这种情况下的抗蚀剂剥离剂，优选使用未显示出酸性或碱性(不含有电解质)的剥离剂，例如单一的有机溶剂(例如，二甲亚砜溶剂(DMSO))，以便不渗入到通过接触孔10和11暴露出来的半导体薄膜8的上表面中。此外，本发明的发明人确认即使使用单一的有机溶剂(例如，二甲亚砜溶剂(DMSO))也能令人满意地进行抗蚀剂剥离。

在此，接触孔10和11之间的间隔对应于沟道长度L，并且接触孔11和12中的每一个在垂直于其间的上述间隔的方向上的尺寸对应于沟道宽度W。在这种情况下，半导体薄膜8的上表面的外围部分被保护膜9覆盖。因此，在图4A和4B所示的工艺中，即使在半导体薄膜8的外围端部表面上发生侧蚀刻，也不会对沟道长度L和沟道宽度W施加不利的影响。

接下来，如图7A和7B所示，在包括通过接触孔10和11暴露出来的半导体薄膜8的上表面的上绝缘膜12的上表面上，通过CVD膜形成n型氧化锌的欧姆接触层形成层23。随后，在欧姆接触层形成层23的上表面上，通过光刻形成欧姆接触层形成抗蚀剂图形24。

接下来，当使用抗蚀剂图形24作为掩模蚀刻欧姆接触层形成层23时，在抗蚀剂图形24下形成欧姆接触层13和14，如图8A和8B所示。在这种情况下，由于欧姆接触层形成层23由n型氧化锌形成，因此使用氢氧化钠溶液作为蚀刻剂可以提高加工的可控性。

接下来，使用抗蚀剂剥离剂来剥离欧姆接触层形成抗蚀剂图形24。在这种情况下，接触孔10和11完全被欧姆接触层13和14覆盖。因此，在膜形成欧姆接触层形成层23之后，半导体薄膜8被完全保护，而不会暴露在抗蚀剂剥离剂中。这使得可以提高加工精度。而且，在这种情况下，暴露出欧姆接触层13和14的表面。因此，作为这种情况下的抗蚀剂剥离剂，使用未显示出酸性或碱性(不含有电解质)的剥离剂，例如单一的有机溶剂(例如，二甲亚砜溶剂(DMSO))。

接下来，如图9A和9B所示，在包括欧姆接触层13和14的上绝缘膜12的上表面上，膜形成源电极和漏电极形成层25，其是通过溅射形成的并且由诸如铬、铝、ITO等金属制成。随后，在源电极和漏电极形成层25的上表面上，通过光刻形成对应于源电极、漏电极和数据线5的抗蚀剂图形26。

接下来，当使用抗蚀剂图形26作为掩模蚀刻源电极和漏电极形成层25时，在抗蚀剂图形26下形成源电极15、漏电极16和数据线5，如图10A和10B所示。随后，使用抗蚀剂剥离剂来剥离抗蚀剂图形26。

在这种情况下，欧姆接触层13和14完全被源电极15和漏电极16覆盖。因此，在形成源电极和漏电极形成层25之后，欧姆接触层13和14被完全保护，而不会暴露在用于蚀刻源电极和漏电极形成层25的蚀刻剂和抗蚀剂剥离剂中。这使得可以提高加工精度。

接下来，如图1A和1B所示，在包括源电极15、漏电极16和数据线5的上绝缘膜12的上表面上，通过等离子体CVD形成由氮化硅制成的外涂层膜17。随后，在外涂层膜17的预定部分上，通过光刻形成接触孔18。之后，以如下方式在外涂层膜17的预定部分上形成像素电极2：通过光刻对利用溅射形成的并且由透明导电材料如ITO等制成的像素电极形成层进行构图，以通过接触孔18将像素电极2连接到源电极15。

如上所述，根据前述制造方法，在半导体薄膜8的整个上表面上形成保护膜9，并且在保护膜9上形成两个接触孔10和11，其根据接触孔10和11之间的间隔和垂直于该间隔的方向上的尺寸确定沟道长度L和沟道宽度W。这使得即使在半导体薄膜8上轻微地发生侧蚀刻也可以提高加工精度，而不会导致沟道长度L和沟道宽度W的变化，其中通过形成在保护膜9上的两个接触孔10和11确定所述沟道长度L和沟道宽度W。

此外，在图2A和2B所示的状态下，可以使用抗蚀剂图形21作为掩模连续蚀刻保护膜形成层9a和半导体薄膜形成层8a，以在抗蚀剂图形21下形成保护膜9和半导体薄膜8，如图11A和11B所示。之后，使用抗蚀剂剥离剂来剥离抗蚀剂图形21。

而且，在前述实施例中，如图6A和6B所示，将保护膜9和上绝缘膜12层叠在半导体薄膜8的沟道区上。然而，仅在半导体薄膜8的上表面外围部分上形成保护膜9，并且在半导体薄膜8的沟道区上仅形成上绝缘膜12。

关于这种情况下的制造方法，在图11A和11B所示的状态下，使抗蚀剂图形21成形，以仅覆盖保护膜8的外围部分。然后，使用抗蚀剂图形21作为掩模进行蚀刻以仅在半导体薄膜8的外围部分上形成保护膜9。因此，在图6A和6B所示的状态下，仅在半导体薄膜8的外围部分上形成保护膜9，并且在沟道区上不形成中心部分9’。之后，形成上绝缘膜12，并且形成抗蚀剂图形22，如图6A和6B所示。然后，蚀刻上绝缘膜12。结果，在半导体薄膜8的沟道区上，不形成保护膜9的中心部分9’，且仅形成上绝缘膜12。

(第二实施例)

图12A是示出具有根据本发明第二实施例的薄膜晶体管的液晶显示装置的主要部分的透视平面图，图12B是沿着图12A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图。本实施例的液晶显示装置与图1A和1B所示的液晶显示装置的不同点在于：不设置欧姆接触层13和14，并且源电极15和漏电极16通过接触孔10和11直接连接到半导体薄膜8。

由此，在半导体薄膜8由本征氧化锌制成的情况下，确认即使由铝、ITO等形成的源电极15和漏电极16通过接触孔10和11直接连接到半导体薄膜8，薄膜晶体管3也能正常工作。

然而，为了获得更令人满意的接触，可以对通过接触孔10和11暴露出来的半导体薄膜8进行电阻降低。例如，在图6A和6B所示的工艺之后，使用上绝缘膜12和保护膜9作为掩模进行离子掺杂和化学处理。或者，接下来膜形成用于形成源电极15和漏电极16的源极和漏极形成层，且之后使用上绝缘膜12和保护膜9作为掩模进行热扩散。这允许对通过接触孔10和11暴露出来的半导体薄膜8进行电阻降低。

因此，在第二实施例中，用于形成欧姆接触层13和14的工艺变得不是必须的。而且，即使当对通过接触孔10和11暴露出来的半导体薄膜8进行电阻降低时，也可以使用上绝缘膜12和保护膜9作为掩模进行电阻降低，从而使得可以在整体上减少工艺的数量。

而且，在第二实施例中，由于不设置大于接触孔10和11的欧姆接触层13和14(图1A和1B)，因此接触孔10和11被源电极15和漏电极16覆盖。结果，与图1A和1B所示的情况相比，可以在一定程度上减小源电极15和漏电极16。而且，可以在一定程度上减小源电极15和漏电极16之间的间隔，可以在一定程度上使薄膜晶体管3小型化，并且可以在一定程度上增加像素电极2的尺寸。

(第三实施例)

图13A是示出具有根据本发明第三实施例的薄膜晶体管的液晶显示装置的主要部分的透视平面图，图13B是沿着图13A所示的薄膜晶体管的沟道方向上的基本中心线截取的截面图。本实施例的液晶显示装置与图1A和1B中所示的液晶显示装置的不同点在于不设置上绝缘膜12。因此，可以省略用于膜形成上绝缘膜12的工艺。

然而，在这种情况下，在图6A和6B所示的接触孔形成工艺之后，当使用抗蚀剂剥离剂来剥离用于在保护膜9上形成接触孔10和11的抗蚀剂图形(未示出)时，将半导体薄膜8的外围端部表面暴露在抗蚀剂剥离剂中，从而引起在半导体薄膜8上的轻微侧蚀刻。然而，对沟道长度L和沟道宽度W不会施加不利的影响。作为这种情况下的抗蚀剂剥离剂，优选使用未显示出酸性或碱性(不含有电解质)的剥离剂，例如单一的有机溶剂(例如，二甲亚砜溶剂(DMSO))，以便防止半导体薄膜8的外围端部表面被抗蚀剂剥离剂渗透。

(第四实施例)

图14A是具有根据本发明第四实施例的薄膜晶体管的液晶显示装置的主要部分的透视平面图，图14B是沿着图14A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图。本实施例的液晶显示装置与图1A和1B所示的第一实施例的液晶显示装置的不同点在于以下方面。即，不设置上绝缘膜12，并且在半导体薄膜8的上表面中心部分上形成不具有接触孔的保护膜9，所述半导体薄膜8在平面上基本上为十字形(参见图18A)。然后，在半导体薄膜8的沟道方向上的端部表面a和在垂直于端部表面a的方向上的端部表面a’和a”被欧姆接触层13和14覆盖。

即，在栅极绝缘膜7的上表面上形成半导体薄膜8。沟道区中的半导体薄膜8的宽度(沟道宽度方向)大于源极区中的宽度和漏极区中的宽度。例如，半导体薄膜8在平面上基本上为十字形。在栅电极6上的半导体薄膜8的上表面中心部分上形成保护膜9。在保护膜9的上表面的两侧上和在保护膜9的两侧上的半导体薄膜8的源极和漏极区的上表面上形成欧姆接触层13和14。

在这种情况下，形成一个欧姆接触层13，以覆盖三个端部表面，即图14A中的半导体薄膜8的右侧部分处的沟道方向上的端部表面a和垂直于该端部表面a的方向上的端部表面a’和a”。形成另一欧姆接触层14，以覆盖三个端部表面，即图14A中的半导体薄膜8的左侧部分处的沟道方向上的端部表面a和垂直于该端部表面a的方向上的端部表面a’和a”。因此，暴露出在图14A中的保护膜9下方形成的半导体薄膜8的中心部分的上部和下部的端部表面，而不被欧姆接触层13和14覆盖。

在一个欧姆接触层13的上表面和欧姆接触层13附近的栅极绝缘膜7的上表面上形成源电极15。在另一欧姆接触层14的上表面和栅极绝缘膜7的上表面的预定部分上形成包括漏电极16的数据线5。在这种情况下，欧姆接触层13和14也被源电极15和漏电极16完全覆盖。

然后，在图14A中的右侧和左侧方向上的保护膜9的尺寸对应于沟道长度L。而且，在图14A中的上下方向上的欧姆接触层13和14下方形成的半导体薄膜8的尺寸对应于沟道宽度W。

以下将对用于制造液晶显示装置中的薄膜晶体管3的部分的方法实例进行说明。首先，如图15A和15B所示，在玻璃基板1的上表面的预定部分上，通过光刻对通过溅射形成的且由诸如铬、铝等金属制成的金属层进行构图，从而形成包括栅电极6的扫描线4。

接下来，通过等离子体CVD在包括栅电极6和扫描线4的玻璃基板1的上表面上连续形成由氮化硅制成的栅极绝缘膜7、由本征氧化锌制成的半导体薄膜形成层8a、以及由氮化硅制成的保护膜形成层9a。之后，在保护膜形成层9a的上表面上，通过光刻形成保护膜形成抗蚀剂图形31。

随后，当使用抗蚀剂图形31作为掩模蚀刻保护膜形成层9a时，在抗蚀剂图形31下形成保护膜9，如图16A和16B所示。在这种情况下，由本征氧化锌制成的半导体薄膜形成层8a使其位于除了抗蚀剂图形31下方的部分之外的区域处的表面暴露出来。关于用于蚀刻由氮化硅制成的保护膜形成层9a的方法，使用六氟化硫(SF₆)的反应等离子体蚀刻(干法蚀刻)是有利的，与前述情况相似。

接下来，使用抗蚀剂剥离剂来剥离抗蚀剂图形31。在这种情况下，暴露出除了保护膜9下方的部分之外的区域中的半导体薄膜形成层8a的表面。因此，作为这种情况下的抗蚀剂剥离剂，优选使用未显示出酸性或碱性(不含有电解质)的剥离剂，例如单一的有机溶剂(例如，二甲亚砜溶剂(DMSO))。

接下来，如图17A和17B所示，通过光刻在包括保护膜9的半导体薄膜形成层8a的上表面上形成半导体薄膜形成抗蚀剂图形32。这种状态下，将半导体薄膜形成抗蚀剂图形32设置成垂直于保护膜9。即，将两者设置成在整体上在平面上基本上为十字形。

接下来，当使用抗蚀剂图形32和保护膜9作为掩模蚀刻半导体薄膜形成层8a时，在抗蚀剂图形32和保护膜9下方形成在平面上基本上为十字形的半导体薄膜8。在这种情况下，因为半导体薄膜形成层8a由本征氧化锌形成，因此使用上述的氢氧化钠溶液作为蚀刻剂使得可以令人满意地控制加工。

接下来，使用抗蚀剂剥离剂来剥离抗蚀剂图形32。在这种情况下，暴露出除了保护膜9下方之外的区域中的半导体薄膜8的表面。因此，作为这种情况下的抗蚀剂剥离剂，使用未显示出酸性或碱性(不含有电解质)的剥离剂，例如单一的有机溶剂(例如，二甲亚砜溶剂(DMSO))。

在此，在图18A中的右侧和左侧方向上的保护膜9的尺寸对应于沟道长度L。而且，在图18A中的上下方向上的在除了保护膜9之外的区域中形成的半导体薄膜8的尺寸对应于沟道宽度W。

接下来，如图19A和19B所示，在包括保护膜9和半导体薄膜8的栅极绝缘膜7的上表面上，通过等离子体CVD膜形成n型氧化锌的欧姆接触层形成层33。随后，在欧姆接触层形成层33的上表面上，通过光刻形成欧姆接触层形成抗蚀剂图形34。

接下来，当使用抗蚀剂图形34作为掩模蚀刻欧姆接触层形成层33时，在抗蚀剂图形34下形成欧姆接触层13和14，如图20A和20B中所示。在这种情况下，形成一个欧姆接触层13，以覆盖图20A中的半导体薄膜8的右侧部分处的三个端部表面a、a’、a”。形成另一欧姆接触层14，以覆盖图20A中的半导体薄膜8的左侧部分处的三个端部表面a、a’、a”。而且，由于欧姆接触层形成层33由n型氧化锌形成，因此使用上述的氢氧化钠溶液作为蚀刻剂使得可以令人满意地控制加工。

接下来，使用抗蚀剂剥离剂来剥离抗蚀剂图形34。在这种情况下，暴露出在图20A中的保护膜9下方形成的半导体薄膜8的中心部分的上部和下部的端部表面，而不被欧姆接触层13和14覆盖。结果，关于在保护膜9下方形成的半导体薄膜8的中心部分，当使用抗蚀剂剥离剂来剥离抗蚀剂图形34时，将被暴露出而不会被图20A中的欧姆接触层13和14覆盖的中心部分的上和下端部表面暴露在抗蚀剂剥离剂中，从而在端部表面上发生轻微的侧蚀刻。

然而，发生轻微侧蚀刻的部分是在图20A所示的保护膜9下方形成的半导体薄膜8的中心部分的端部表面。即，这些部分在确定沟道长度L和沟道宽度W的区域之外。因此，可以提高加工精度，而不会引起沟道长度L和沟道宽度W的尺寸的变化。此外，作为抗蚀剂剥离剂，可以使用不显示出酸性或碱性(不含有电解质)的剥离剂，例如单一的有机溶剂(例如，二甲亚砜溶剂(DMSO))。

接下来，如图21A和21B所示，在包括欧姆接触层13和14的栅极绝缘膜7的上表面上，通过溅射膜形成由诸如铬、铝、ITO等金属制成的源电极和漏电极形成层35。随后，在源电极和漏电极形成层35的上表面上，通过光刻形成源电极和漏电极形成抗蚀剂图形36。

接下来，当使用抗蚀剂图形36作为掩模蚀刻源电极和漏电极形成层35时，在抗蚀剂图形36下形成源电极15、漏电极16和数据线5，如图22A和22B所示。随后，使用抗蚀剂剥离剂来剥离抗蚀剂图形36。

在这种情况下，欧姆接触层13和14被源电极15和漏电极16完全覆盖。因此，在膜形成源电极和漏电极形成层35之后，欧姆接触层13和14被完全保护而不暴露在用于蚀刻源电极和漏电极形成层35的蚀刻剂和抗蚀剂剥离剂中。这使得可以提高加工精度。

接下来，如图14A和14B所示，在包括源电极15、漏电极16和数据线5的栅极绝缘膜7的上表面上，通过等离子体CVD形成由氮化硅制成的外涂层膜17。随后，在外涂层膜17的预定部分上，通过光刻形成接触孔18。之后，在外涂层膜17的预定部分上，以如下方式形成像素电极2：通过光刻对利用溅射形成的且由透明导电材料如ITO等制成的像素电极形成层进行构图，以通过接触孔18将像素电极2连接到源电极15。

在第四实施例中，在形成保护膜9之后形成半导体薄膜8，由此允许使用用于形成抗蚀剂图形31的方法，其用于通过使用栅电极5作为掩模的背面曝光(从玻璃基板1的下表面侧曝光)形成保护膜9。结果，可以实现薄膜晶体管3的小型化和减少加工的变化。

(第五实施例)

图23A是示出具有根据本发明第五实施例的薄膜晶体管的液晶显示装置的主要部分的透视平面图，图23B是沿着图23A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图。本实施例的液晶显示装置与图14A和14B所示的液晶显示装置的不同点在于以下方面。即，不设置欧姆接触层13和14，并且源电极15和漏电极16直接连接到半导体薄膜8。

然而，在这种情况下，为了获得更令人满意的接触，可以对暴露出来而不被保护膜9覆盖的半导体薄膜8进行电阻降低。例如，在图18A和18B所示的工艺之后，剥离抗蚀剂图形32，且之后使用保护膜9作为掩模进行离子掺杂或化学处理。或者，在膜形成源电极和漏电极形成层33之后，使用保护膜9作为掩模进行热扩散。结果，可以对暴露出来而不被保护膜9覆盖的半导体薄膜8进行电阻降低。

因此，在第五实施例中，用于形成欧姆接触层13和14的工艺变得不是必须的。而且，即使当对暴露出来而不被保护膜9覆盖的半导体薄膜8进行电阻降低时，也能使用保护膜9作为掩模来进行电阻降低，从而使得可以在整体上减少工艺的数量。

而且，在第五实施例中，由于不设置比暴露出来而不被保护膜9覆盖的半导体薄膜8大的欧姆接触层13和14(参见图14A和14B)，因此暴露出来而不被保护膜9覆盖的半导体薄膜8被源电极15和漏电极16覆盖。

结果，与图14A和14B所示的情况相比，可以在一定程度上减小源电极15和漏电极16。而且，可以在一定程度上减小源电极15和漏电极16之间的间隙，并且可以在一定程度上使薄膜晶体管3小型化，还可以在一定程度上增加像素电极2的尺寸。

(第六实施例)

前述第三实施例已经作为实例说明了包括欧姆接触层13和14的结构。然而，本发明不限于此，并且可以省略欧姆接触层13和14，如图24A和24B所示，与第二实施例相似。图24A是示出具有根据本发明第六实施例的薄膜晶体管的液晶显示装置的主要部分的透视平面图，图24B是沿着图24A所示的薄膜晶体管的沟道宽度方向上的基本中心线截取的截面图。源电极15和漏电极16通过接触孔10和11直接连接到半导体薄膜8。在半导体薄膜8由金属氧化物如本征氧化锌制成的情况下，当源电极15和漏电极16由ITO形成时，在其间获得欧姆接触。此外，为了获得更加令人满意的接触，对通过接触孔10和11暴露出来的半导体薄膜8进行电阻降低。

因此，在第六实施例中，用于形成欧姆接触层13和14的工艺变得不是必须的。而且，即使当对通过接触孔10和11暴露出来的半导体薄膜8进行电阻降低时，也能使用保护膜9作为掩模进行该电阻降低，从而使得可以在整体上减少工艺的数量。

此外，省略欧姆接触层13和14允许使接触孔10和11被源电极15和漏电极16覆盖。因此，与图13A和13B所示的情况相比，可以在一定程度上减小源电极15和漏电极16。而且，可以在一定程度上减小源电极15和漏电极16之间的间隔，并且可以在一定程度上使薄膜晶体管3小型化，还可以在一定程度上增加像素电极2的尺寸。

(其他实施例)

前述实施例已经说明了其中通过等离子体CVD膜形成半导体薄膜形成层8a和欧姆接触形成层23和33的情况。然而，本发明不限于这些实施例。例如，可以使用溅射、真空沉积、铸造和电镀。而且，欧姆接触层13和14可以由p型氧化锌形成，而不限于n型氧化锌，并且可以是其导电率通过引起氧不足而改变的氧化锌。

根据本发明，在半导体薄膜的外围部分上形成具有与半导体薄膜相同形状的端部表面的绝缘膜，并且源电极和漏电极连接到从绝缘膜暴露出来的半导体薄膜，从而使得即使在半导体薄膜上发生轻微的侧蚀刻也可以提高加工精度而不会导致任何问题。

在不脱离本发明的广泛精神和范围的情况下，可以对其作出各种实施例和变化。上述实施例旨在说明本发明，而不限制本发明的范围。通过所附的权利要求书而不是实施例来显示本发明的范围。认为在本发明的权利要求的等价物涵义内和在权利要求书的范围内作出的各种修改都在本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种薄膜晶体管，包括：

半导体薄膜(8)，其包括源极区、漏极区和沟道区；

栅极绝缘膜(7)，其形成在所述半导体薄膜(8)的一个表面上；

栅电极(6)，其形成为通过所述栅极绝缘膜(7)与所述半导体薄膜(8)相对；

源电极(15)和漏电极(16)，其电连接到所述半导体薄膜(8)；

该薄膜晶体管还包括：

绝缘膜(9)，其形成于所述半导体薄膜(8)上，并具有形成在所述半导体薄膜(8)的所述源极区和所述漏极区中的外围部分上的外围部分，并且具有第一接触孔(10、11)，通过所述接触孔使所述源极区和所述漏极区中每一个暴露出来；以及

上绝缘膜(12)，其形成在所述绝缘膜(9)上，其中

所述上绝缘膜(12)具有设置在对应于所述绝缘膜(9)的上部区域中的所述第一接触孔(10、11)的位置处的第二接触孔(10、11)；

其中，所述绝缘膜(9)具有中心部分(9’)，所述中心部分(9’)直接形成于所述半导体薄膜(8)的所述沟道区上并与之接触；

所述绝缘膜(9)的外围端部表面的形状形成为与所述半导体薄膜(8)的外围端部表面的形状一致；

所述半导体薄膜(8)的端部表面被所述上绝缘膜(12)覆盖；并且

所述源电极(15)和所述漏电极(16)通过所述第一接触孔(10、11)和所述第二接触孔(10、11)连接到半导体薄膜(8)。

2.如权利要求1所述的薄膜晶体管，还包括：

欧姆接触层(13)，其形成在从所述第一接触孔(10、11)和所述第二接触孔(10、11)暴露出来的所述半导体薄膜(8)的所述源极区上；以及

欧姆接触层(14)，其形成在所述漏极区上。

3.如权利要求2所述的薄膜晶体管，其中：

所述源电极(15)完全覆盖所述欧姆接触层(13)；并且

所述漏电极(16)完全覆盖所述欧姆接触层(14)。

4.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中所述源电极(15)和所述漏电极(16)直接连接到所述半导体薄膜(8)的电阻降低的表面。

5.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，对至少从所述半导体薄膜(8)的所述第一接触孔(10、11)和所述第二接触孔(10、11)暴露出来的区域的表面进行电阻降低。

6.如权利要求5所述的薄膜晶体管，其中所述源电极(15)和所述漏电极(16)直接连接到从所述半导体薄膜(8)的所述第一接触孔(10、11)和所述第二接触孔(10、11)暴露出来的区域的表面。

7.一种薄膜晶体管制造方法，包括：

形成栅电极(6)、栅极绝缘膜(7)和半导体薄膜(8)；

在所述半导体薄膜(8)上形成绝缘膜(9)，使得直接形成于所述半导体薄膜(8)的所述沟道区上并与之接触；

连续蚀刻所述半导体薄膜(8)和所述绝缘膜(9)，使得所述绝缘膜(9)的外围部分形成在所述半导体薄膜(8)的外围部分上且使所述绝缘膜(9)的外围端部表面(a)的形状形成为与半导体薄膜(8)的外围端部表面(b)的形状一致；

在所述绝缘膜(9)上形成上绝缘膜(12)，以覆盖所述半导体薄膜(8)的外围部分；

在所述绝缘膜(9)和所述上绝缘膜(12)上形成接触孔(10、11)，所述接触孔(10、11)将所述半导体薄膜(8)的源极区和漏极区中的每一个暴露出来；以及

形成源电极(15)和漏电极(16)，其电连接到从所述绝缘膜(9)和所述上绝缘膜(12)暴露出来的所述半导体薄膜(8)。

8.如权利要求7所述的薄膜晶体管制造方法，其中将氧化锌用作所述半导体薄膜(8)的主要材料，并且将碱性溶液用于蚀刻所述半导体薄膜(8)。

9.如权利要求8所述的薄膜晶体管制造方法，其中碱性溶液是2至10wt％的氢氧化钠溶液。

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