專利名稱：薄膜晶體管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜晶體管(thin film transistor，TFT)的制造方法，尤其涉及一種具有可保護(hù)柵極電極的結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管的制造方法。
背景技術(shù)：
薄膜晶體管為有源矩陣型平面顯示器常用的有源元件(active element)，其通常用來(lái)驅(qū)動(dòng)有源矩陣型液晶顯示器(active matrix type liquid crystaldisplay)、有源矩陣型有機(jī)發(fā)光顯示器(active matrix type organiclight-emitting display)、影像傳感器等裝置。
以液晶顯示器為例，液晶層是夾在兩透明玻璃基板之間，其中一透明基板上方配置有薄膜晶體管。在液晶顯示器的顯示區(qū)中，像素區(qū)(pixel area)的矩陣是由水平延伸的柵極線和垂直延伸的數(shù)據(jù)線所定義。每一像素區(qū)具有一薄膜晶體管和一像素電極。
圖1是表示傳統(tǒng)薄膜晶體管的剖面圖，其為利用背部溝道蝕刻(BCE)法形成的底部柵極型TFT，柵極電極103是利用物理汽相淀積(PVD)法形成于絕緣基板102上，之后通過(guò)光刻蝕刻來(lái)形成所需的圖案。接著，利用等離子增強(qiáng)型化學(xué)汽相淀積法在反應(yīng)室中依序淀積柵極絕緣層104、有源溝道層105和n+型半導(dǎo)體層106，隨后利用光刻蝕刻定義有源溝道區(qū)。之后利用等離子增強(qiáng)型化學(xué)汽相淀積法形成一層保護(hù)層(未繪示)覆蓋溝道區(qū)，并利用物理汽相淀積法形成透明電極作為像素電極(未繪示)，以完成TFT及其電路。
隨著液晶顯示器的尺寸愈來(lái)愈大，所需要的柵極線也愈來(lái)愈長(zhǎng)，也因此會(huì)帶來(lái)信號(hào)延遲和脈波失真，其主要原因是來(lái)自于柵極線的高阻值。因此，需要使用低阻值的材質(zhì)來(lái)制造柵極導(dǎo)線。銅金屬是一適合的低阻值導(dǎo)體之一，但因?yàn)殂~的易反應(yīng)性，使其在使用上仍會(huì)有困難產(chǎn)生。例如，以銅做為TFT的柵極電極時(shí)，當(dāng)其暴露在制造柵極絕緣層的等離子增強(qiáng)型化學(xué)汽相淀積(PECVD)工藝環(huán)境時(shí)，常會(huì)與工藝環(huán)境中的自由基發(fā)生反應(yīng)。以材質(zhì)為氧化硅(SiOx)的柵極絕緣層為例，常會(huì)發(fā)生氧化膜層脫膜問(wèn)題。以材質(zhì)為氮化硅(SiNx)的柵極絕緣層為例，可能會(huì)發(fā)生起泡的問(wèn)題。因此，在淀積氮化硅或氧化硅柵極絕緣層之前，需要一層緩沖層覆蓋銅電極。
在美國(guó)專利第6165917號(hào)中，Batey等人揭露了一種保護(hù)銅、鋁或其它金屬材質(zhì)的柵極電極的方法，其是在柵極電極完成后，利用等離子增強(qiáng)型化學(xué)汽相淀積工藝(plasma-enhanced chemical vapor deposition process)淀積一層不含氨(ammonia-free)的氮化硅層保護(hù)柵極電極，所使用的工藝氣體包括比例為1∶135∶100∶100的硅烷/氮/氦/氫。
在美國(guó)專利早期公開第2002/0042167號(hào)中，Chae等人揭露了通過(guò)熱處理以在柵極線和柵極金屬表面環(huán)繞一層氧化金屬層，用以保護(hù)柵極線和柵極金屬。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種具有可保護(hù)柵極電極的結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管的制造方法，首先于基板上形成柵極電極后，于柵極電極上形成一微晶系膜層，并對(duì)該微晶系膜層進(jìn)行等離子處理，使其轉(zhuǎn)為一緩沖層，之后于緩沖層上形成柵極絕緣層，并于柵極絕緣層上形成有源溝道層，接著于有源溝道層上形成源極和漏極，繼續(xù)于源極和漏極表面形成源極電極和漏極電極，且分別與源極和漏極歐姆接觸。
上述的薄膜晶體管的制造方法中，緩沖層的材質(zhì)可包含氮化硅或氮氧化硅。當(dāng)緩沖層的材質(zhì)包含氮化硅，可配合材質(zhì)為微晶硅的微晶系膜層，以及使用工藝氣體包含氮(N2)的等離子處理程序。當(dāng)緩沖層的材質(zhì)包含氮氧化硅，可配合材質(zhì)為微晶硅的微晶系膜層，以及使用工藝氣體包含一氧化二氮(N2O)的等離子處理程序。
上述的薄膜晶體管的制造方法中，該微晶系膜層的形成步驟和該等離子處理步驟是可重復(fù)的，直至緩沖層達(dá)到所需的厚度為止。緩沖層的厚度可包含50-200。
上述的薄膜晶體管的制造方法中，第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層包含n+型半導(dǎo)體層，即摻雜高濃度的n型摻雜劑的半導(dǎo)體層。
本發(fā)明還提供一種薄膜晶體管的制造方法，于基板上形成柵極電極后，在真空系統(tǒng)下，于柵極電極上，進(jìn)行微晶系膜層的淀積程序和等離子處理程序，并重復(fù)微晶系膜層的淀積程序和等離子處理程序，以形成一緩沖層覆蓋于柵極電極上。在不移除真空系統(tǒng)下，于緩沖層上淀積柵極絕緣層、半導(dǎo)體層和第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層。接著，定義半導(dǎo)體層和第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，使半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)為一有源溝道層。繼續(xù)于第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上形成金屬層，并定義金屬層和第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，以形成源極電極和漏極電極以及源極和漏極。
為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1是表示傳統(tǒng)薄膜晶體管的剖面圖；圖2A至2F是表示本發(fā)明一實(shí)施例的薄膜晶體管的制造方法。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，在淀積柵極絕緣層期間，銅柵極電極和柵極線會(huì)暴露于含氨的等離子環(huán)境中，并導(dǎo)致黏著性和交互反應(yīng)的問(wèn)題。為了避免這些問(wèn)題，提出通過(guò)淀積一層微晶系層(例如微晶硅)，并進(jìn)行等離子處理(例如氮等離子處理)，以在利用等離子增強(qiáng)型化學(xué)汽相淀積法淀積柵極絕緣層之前，覆蓋一薄層緩沖層于銅柵極電極表面。
圖2A至2D是表示本發(fā)明一實(shí)施例的薄膜晶體管的制造方法。
首先請(qǐng)參照?qǐng)D2A，提供一基板902，例如玻璃基板，其厚度例如小于1mm，接著于基板902上形成一層低阻值的金屬層，其材質(zhì)例如是銅、銀、鋁、鉬(Mo)、鉻(Cr)、鎢(W)、鉭(Ta)、或其合金、或其疊層，淀積方法例如是標(biāo)準(zhǔn)的真空淀積法，之后定義此金屬層以形成柵極電極903。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2B，形成一層緩沖層910覆蓋于柵極電極903上，亦可延伸至基板902表面，緩沖層910的材質(zhì)例如包含SiNx。其形成方法例如先利用等離子增強(qiáng)型化學(xué)汽相淀積法并以比例小于20％的SiH4/H2工藝氣體形成微晶硅膜，淀積時(shí)間例如約為10-20秒，接著以氮(N2)等離子處理，處理時(shí)間例如約為20秒，以形成材質(zhì)包含SiNx的緩沖層910，上述的淀積步驟和等離子處理步驟可以重復(fù)施行至達(dá)到所需的厚度，例50-200。若以材質(zhì)包含SiONx的緩沖層910為例，等離子處理步驟所使用的工藝氣體可包含一氧化二氮(N2O)。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2C，依序形成介電層904、半導(dǎo)體層905和第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層906，其中介電層904即柵極絕緣層，其材質(zhì)例如是氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、氮氧化硅(SiONx)、氧化鉭(TaOx，例如Ta2O5)、氧化鋁(Al2O3)，半導(dǎo)體層905的材質(zhì)例如是非晶硅(a-Si:H)，第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的材質(zhì)例如是n+型半導(dǎo)體層906，可為摻雜高濃度的n型摻雜劑的非晶硅(n+ a-Si:H)，例如是摻雜P、As或Sn等摻雜劑，這三層的形成方法例如是利用等離子增強(qiáng)型化學(xué)汽相淀積法進(jìn)行全面性的淀積，以覆蓋于整個(gè)基板的區(qū)域。
上述的緩沖層910、柵極絕緣層904、半導(dǎo)體層905和n+型半導(dǎo)體層906可在不破壞真空的情況下，于等離子增強(qiáng)型化學(xué)汽相淀積工藝的反應(yīng)室中淀積形成。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2D，進(jìn)行光刻蝕刻工藝，以選擇性蝕刻半導(dǎo)體層905和n+型半導(dǎo)體層906，使半導(dǎo)體層905轉(zhuǎn)為有源溝道層905，以作為薄膜晶體管的有源溝道區(qū)。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2E，全面性形成一層金屬層907于n+型半導(dǎo)體層906上，其形成方法例如是進(jìn)行真空淀積工藝，材質(zhì)可包含鋁、鉬、鉻、鎢、鉭、銅、銀或其合金、或其疊層。
接著請(qǐng)參照?qǐng)D2F，對(duì)金屬層907和n+型半導(dǎo)體層906進(jìn)行選擇性的蝕刻工藝，以形成薄膜晶體管的源極電極907a、漏極電極907b、源極906a和漏極906b。繼續(xù)覆蓋一層保護(hù)層于源極電極907a、漏極電極907b和有源溝道層905上，其材質(zhì)可包含氮化硅或聚酰亞胺，用以保護(hù)溝道區(qū)。繼續(xù)于保護(hù)層中形成接觸窗開口，并形成一透明的像素電極(未繪示)，且經(jīng)由接觸窗開口與漏極電極907b電性接觸。
由于本實(shí)施例在柵極電極903形成之后，利用微晶系膜層的淀積程序及等離子處理程序，于其表面形成一層緩沖層，因此柵極電極不會(huì)在后續(xù)的柵極絕緣層淀積工藝中受到破壞。
雖然本發(fā)明已經(jīng)以優(yōu)選實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可作各種修改和變化，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管的制造方法，包括形成一柵極電極于一基板上；形成一微晶系膜層于該柵極電極上；進(jìn)行一等離子處理，使該微晶系膜層轉(zhuǎn)為一緩沖層；形成一柵極絕緣層于該緩沖層上；形成一有源溝道層于該柵極絕緣層上；形成一源極和一漏極于該有源溝道層上；以及形成一源極電極和一漏極電極分別與該源極和該漏極接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制造方法，其中該緩沖層的材質(zhì)包含氮化硅。
3.如權(quán)利要求2所述的薄膜晶體管的制造方法，其中該微晶系膜層的材質(zhì)包含微晶硅。
4.如權(quán)利要求3所述的薄膜晶體管的制造方法，其中該等離子處理所使用的工藝氣體包含氮。
5.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制造方法，其中該緩沖層的材質(zhì)包含氮氧化硅。
6.如權(quán)利要求5所述的薄膜晶體管的制造方法，其中該微晶系膜層的材質(zhì)包含微晶硅。
7.如權(quán)利要求6所述的薄膜晶體管的制造方法，其中該等離子處理所使用的工藝氣體包含一氧化二氮。
8.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制造方法，其中該微晶系膜層的材質(zhì)為微晶硅，其是利用等離子增強(qiáng)型化學(xué)汽相淀積法淀積而成，其工藝氣體包含SiH4和H2，且兩者的比例小于20％。
9.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制造方法，其中重復(fù)該微晶系膜層的形成步驟和該等離子處理步驟，至該緩沖層達(dá)到所需的厚度。
10.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制造方法，其中該緩沖層的厚度包含50-200。
11.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制造方法，其中該柵極電極的材質(zhì)包含銅、銀、鋁、鉬、鉻、鎢、鉭、或其合金、或其疊層。
12.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制造方法，其中該第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層包含n+型半導(dǎo)體層。
全文摘要
提供了一種薄膜晶體管的制造方法，其是在柵極電極形成之后，依序進(jìn)行一微晶系膜層的淀積程序和一等離子處理程序，可以重復(fù)該微晶系膜層的淀積程序和該等離子處理程序，以于柵極電極上形成緩沖層。
文檔編號(hào)G02F1/13GK1622296SQ20041010022
公開日2005年6月1日 申請(qǐng)日期2004年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月13日
發(fā)明者甘豐源, 林漢涂 申請(qǐng)人:友達(dá)光電股份有限公司