[发明专利]钝化层结构、薄膜晶体管器件及钝化层制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及钝化层结构、薄膜晶体管器件及钝化层制造方法，尤其涉及多层的钝化层结构、具有该结构的薄膜晶体管器件及该结构的钝化层制造方法。

背景技术

在薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)器件中，钝化层的薄膜被利用来保护其下的电子器件，防止它们受到水分湿气和杂质的污染，而导致器件的物理性能和电学性能被破坏。钝化层的另一个作用是阻断像素电极和源漏电极，防止它们之间发生短路。钝化层的第三个作用是，作为存储电容的绝缘介质，在薄膜晶体管(TFT)处于断态时保持像素区域的工作电压。通常钝化层是由氮化硅或氧化硅薄膜构成，这些材料可以有效地阻止移动离子进入器件内部而导致阈值电压的变化。氮化硅薄膜在阻止湿气和移动离子方面，显示比氧化硅薄膜优越的性能，而在半导体器件和TFT LCD中被广泛选择使用。

如图1所示是一种目前常用的TFT器件结构。该器件由基板1、栅电极2、栅极绝缘层3、有源层4、源电极6、漏电极7和钝化层8构成，其中源电极6与数据线相连接，漏电极7在钝化层过孔9处与像素电极10连接。其钝化层8由一层氮化硅薄膜(SiNx：H)构成，一般是通过等离子气相辅助沉积(PECVD)的方法，在300℃左右的温度形成于金属电极之上。美国专利5455182，5656826，6462403使用一层氮化硅薄膜作为TFT的钝化层，保护TFT器件的沟道部分和金属电极。美国专利6869838更提出一种PECVD设备和镀膜方法，沉积一层含硅的薄膜作为TFT的钝化层。在上述器件结构中，因为薄膜密度不同以及热膨胀系数不同，氮化硅和金属之间会产生较大的应力。现在TFT LCD的玻璃基板尺寸变得越来越大，薄膜应力会导致玻璃的碎片或者变形，而使得后续工艺尤其是光刻和对盒发生不良。另外，氮化硅薄膜介于像素电极和栅金属薄膜之间，形成存储电容。像素电极下面的氮化硅会对透过像素的可见光，发生反射、折射和吸收作用，导致透过率的下降和TFT LCD亮度的减弱。

在半导体器件如内存芯片等，使用多层薄膜构成的钝化层来释放应力。美国专利5549786，6261944，6656778都提出多层薄膜结构的钝化层。它们均使用一种高分子材料(Spin-On-Glass：SOG)，作为无机绝缘介质之间的夹层，如氮化硅或者氧化硅。这些专利提出的钝化层包含了三至五层薄膜，导致制造工艺变得复杂，成本大大增加。同时由于使用的高分子材料，对于可见光具有较强的吸收，不适于使用在TFT LCD器件中。

美国专利6057890，6597415，6940566亦使用一种有机绝缘材料作为TFT的钝化层。此种有机材料具有流动性，可以降低薄膜应力和对盒工艺的不良，提高基板表面的均匀性。但是有机绝缘薄膜的耐高温性能差，在阵列工艺的最后退火工序中，容易发生变形而导致保护膜的不良。有机绝缘薄膜的另一缺点是介电常数低下，存储电容下降而导致像素电压的保持能力下降。上述关于半导体芯片和TFT钝化层的专利，均使用有机高分子材料。相比无机绝缘材料氮化硅，可见光的透过率有所下降，导致TFT LCD面板亮度的减弱。

发明内容

为了克服上述技术中的缺陷，本发明的目的之一是提供一种包含两层或更多层绝缘膜的钝化层结构及采用该结构的薄膜晶体管器件。它使用一种钝化性能良好的绝缘薄膜，作为钝化层的顶层薄膜，可以有效地防止水气和杂质离子扩散进入TFT器件或其他半导体器件；同时在此钝化绝缘薄膜的下面，形成一层或多层不同材料组成的底层绝缘薄膜，可以起到其它作用。本发明的目的之二是通过对底层绝缘膜构成材料的选择，以及对顶层绝缘膜厚度的控制，减少钝化层的光反射和光吸收，以增大TFT LCD等半导体器件的光透过率。本发明的目的之三是通过对底层绝缘薄膜构成材料的选择，以及相应处理工艺和厚度控制，减弱玻璃基板和薄膜所承受的应力，从而减少TFT LCD等半导体器件中的缺陷，提高成品率。本发明的目的之四是提供一种钝化层制造方法，使用同一个掩模版形成两层或多层钝化层保护膜的图案。本发明的目的之五是提供一种钝化层保护膜的结构，使得顶层绝缘薄膜完全覆盖底层绝缘薄膜。

为了实现上述目的，本发明提供一种钝化层结构，其中该钝化层由底层绝缘薄膜和顶层钝化薄膜组成，顶层钝化薄膜覆盖底层绝缘薄膜上。