專利名稱：制造薄膜晶體管的方法以及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜晶體管(thin film transistor，TFT)工藝，特別有關(guān)于一種利用雙反應(yīng)室裝置(double-chamber apparatus)的薄膜晶體管工藝。
背景技術(shù)：
底柵極型(bottom-gate type)薄膜晶體管元件目前已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)中。
隨著TFT-LCD的尺寸增加，包含薄膜晶體管柵極的金屬柵極線(metalgate line)就必須要符合低電阻的要求。由于銅和銅合金材料具有相當(dāng)?shù)偷碾娮瑁允怯脕?lái)作為柵極材料的最佳選擇。然而，銅元素非常容易擴(kuò)散到柵極絕緣層(例如SiO2層)內(nèi)，而影響元件品質(zhì)。還有，由于銅材料容易變形，所以特別是在進(jìn)行薄膜沉積的等離子工藝(例如是等離子加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，PECVD)中，銅材料會(huì)和等離子工藝中的氣體反應(yīng)而造成銅材料表面粗糙(roughness)以及增加阻值等不良影響。為解決上述問(wèn)題，目前已有許多方法被提出來(lái)。
在美國(guó)專利第6165917號(hào)中，Batey等人公開一種鈍化(passivate)銅層的方法。該方法是沉積一層不含氨(ammonia-free)的氮化硅層覆蓋銅柵極，用以當(dāng)作是銅柵極的蓋層(cap layer)。
在美國(guó)專利早期公開第2002/0042167號(hào)中，Chae等人公開一種薄膜晶體管結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的制造方法是先形成例如是Ta或Cr或Ti或W層的第一金屬層于玻璃基板上，然后再形成當(dāng)作第二金屬層的銅層于第一金屬層上，接著經(jīng)由熱處理而使第一金屬層氧化并擴(kuò)散至銅層表面，因而構(gòu)成一柵極結(jié)構(gòu)。
在美國(guó)專利第6562668號(hào)中，Jang等人公開一種薄膜晶體管結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的制造方法是采用氧化鋁或氮化鋁來(lái)當(dāng)作是銅柵極與玻璃基板之間的黏著層(adhesive layer)，以及銅柵極的蓋層。
雖然上述現(xiàn)有方法能夠減緩銅元素從銅柵極擴(kuò)散出來(lái)，但是上述現(xiàn)有文獻(xiàn)并未揭示或教導(dǎo)如何避免銅元素污染沉積裝置的整體工藝。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種制造薄膜晶體管的方法以及裝置。
為達(dá)上述的目的，本發(fā)明提供一種制造薄膜晶體管的方法，包括下列步驟提供一雙反應(yīng)室裝置，具有一第一反應(yīng)室以及一第二反應(yīng)室；提供一基板，其上具有一金屬柵極；將該基板放入該第一反應(yīng)室中，沉積一鈍化層于該基板上而覆蓋該金屬柵極；以及將該基板放入該第二反應(yīng)室中，沉積一柵極絕緣層與一半導(dǎo)體層于該鈍化層上；其中，該第一反應(yīng)室不同于該第二反應(yīng)室。
為達(dá)上述的目的，本發(fā)明提供另一種制造薄膜晶體管的方法，包括下列步驟提供一雙反應(yīng)室裝置，具有一第一反應(yīng)室以及一第二反應(yīng)室；提供一基板，其上具有一柵極；將該基板放入該第一反應(yīng)室中，進(jìn)行一等離子工藝處理該柵極的表層；以及將該基板放入該第二反應(yīng)室中，沉積一柵極絕緣層與一半導(dǎo)體層于該基板上；其中，該第一反應(yīng)室不同于該第二反應(yīng)室。
為達(dá)上述的目的，本發(fā)明也提供一種制造薄膜晶體管的裝置，包括一第一反應(yīng)室，用以形成一鈍化層于具有金屬柵極的一基板上；一第二反應(yīng)室，相鄰于該第一反應(yīng)室，該第二反應(yīng)室用以沉積一柵極絕緣層以及一半導(dǎo)體層于該鈍化層上；以及一傳輸裝置，用以將該基板從該第一反應(yīng)室搬運(yùn)到該第二反應(yīng)室。
為達(dá)上述的目的，本發(fā)明提供另一種制造薄膜晶體管的裝置，包括一第一反應(yīng)室，用以對(duì)具有金屬柵極的一基板進(jìn)行等離子處理，而使得該金屬柵極具有被鈍化的表面；一第二反應(yīng)室，相鄰于該第一反應(yīng)室，該第二反應(yīng)室用以沉積一柵極絕緣層以及一半導(dǎo)體層于該基板上；以及一傳輸裝置，用以將該基板從該第一反應(yīng)室搬運(yùn)到該第二反應(yīng)室。
根據(jù)本發(fā)明，不僅能夠解決銅元素的擴(kuò)散問(wèn)題，也能有效避免銅元素污染沉積柵極絕緣層以及半導(dǎo)體層的第二反應(yīng)室。如此，本發(fā)明能夠提高產(chǎn)品可靠度與解決現(xiàn)有問(wèn)題。
為讓本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖，做詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1顯示本發(fā)明的薄膜晶體管工藝流程圖；圖2A～2F顯示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的TFT工藝剖面圖；圖3A～3F顯示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的TFT工藝剖面圖；以及圖4顯示本發(fā)明工藝所采用的具有雙反應(yīng)室的群集式設(shè)備的示意圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明100～本發(fā)明的TFT工藝流程圖；200、300～TFT結(jié)構(gòu)；210、310～基板；220、320～金屬柵極；230～鈍化層；325～等離子處理；330～被鈍化的柵極表面；240、340～柵極絕緣層；250、350～半導(dǎo)體層；252、352～硅層；252’、352，～溝道層；254、354～經(jīng)摻雜的硅層；254’、354’～歐姆接觸層；260、360～金屬層；270、370～源極；280、380～漏極；400、500～群集式設(shè)備；402～傳輸室；404～基板搬運(yùn)器；406～基板承載室；408～預(yù)熱室；410、510～第一反應(yīng)室(前處理室)；412～第二反應(yīng)室。
具體實(shí)施例方式
第一實(shí)施例請(qǐng)參閱圖1，其顯示根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管(TFT)工藝100的流程圖。圖2A～2F是顯示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的TFT工藝剖面圖。而圖4是顯示第一實(shí)施例工藝所采用的具有雙反應(yīng)室的群集式設(shè)備(cluster tool)400示意圖。
請(qǐng)參閱圖4，本實(shí)施例工藝100是在群集式設(shè)備400中進(jìn)行，該群集式設(shè)備400具有一第一反應(yīng)室410以及一第二反應(yīng)室412。該群集式設(shè)備400更包括具有基板搬運(yùn)器(substrate handler，例如機(jī)械手臂)404的一可密封的傳輸室(sealable transfer chamber)402，一或一對(duì)的基板承載室(load lock)406，以及可依工藝需要而裝設(shè)的預(yù)熱室408。該傳輸室402最好是保持在降壓(reduced pressure)或包含惰性氣體的環(huán)境下，如此當(dāng)基板從一反應(yīng)室傳送到另一反應(yīng)室時(shí)，可避免受到氧化或外氣污染。該群集式設(shè)備400可更包括一過(guò)程控制器(processor/controller，未圖示)，用以控制本實(shí)施例的工藝操作。該群集式設(shè)備400中也可以同時(shí)包括多個(gè)該第一反應(yīng)室410或是多個(gè)該第二反應(yīng)室412。
首先，提供具有一柵極220的一基板210，而如圖2A所示。該基板210例如是玻璃或石英基板。該柵極220例如是一金屬柵極220，其包含Cu或Al或Mo或Ag或Ag-Pd-Cu或Cr或W或Ti或上述金屬的合金。
接著開始進(jìn)行本實(shí)施例工藝100。請(qǐng)參閱圖1，方塊102是表示在該群集式設(shè)備400中所進(jìn)行的流程。在第一實(shí)施例中，方塊102的流程包含步驟104、106、110以及112。至于步驟114、116以及118則在不同于該群集式設(shè)備400的其它設(shè)備中進(jìn)行。
請(qǐng)參閱圖1，進(jìn)行步驟104，將置于基板承載室406內(nèi)的具有金屬柵極220的基板210，藉由基板搬運(yùn)器404而放入第一反應(yīng)室410中。接著，進(jìn)行步驟106，進(jìn)行沉積工藝而形成一鈍化層(passivation layer)230于該基板210上而覆蓋該金屬柵極220，而如圖2B所示。該鈍化層230例如是由CVD(化學(xué)氣相沉積法)或PVD(物理氣相沉積法)所沉積的透明絕緣層(例如氮化硅SiNx，氧化硅SiOx，氮氧化硅SiON，氧化鋁AlxOy，氮化鋁AlN，氧化釩VOx，氧化銥IrOx，氧化釕RuOx)。因此，在第一實(shí)施例中，該第一反應(yīng)室410例如是CVD反應(yīng)室或?yàn)R射反應(yīng)室，由于該第一反應(yīng)室410是用來(lái)形成保護(hù)金屬柵極以及阻擋金屬擴(kuò)散的鈍化層，所以也稱之為前處理反應(yīng)室(pretreatment chamber)410。
其次，進(jìn)行步驟110，藉由基板搬運(yùn)器404把基板從第一反應(yīng)室410拿出而放入第二反應(yīng)室412中。然后進(jìn)行步驟112，進(jìn)行沉積工藝而形成一柵極絕緣層240與一半導(dǎo)體層250于該鈍化層230上，而如圖2C所示。其中，該柵極絕緣層240例如是包含氧化硅或氮化硅或氮氧化硅或氧化鉭或氧化鋁，而該半導(dǎo)體層250可以包含一硅層252(例如非晶硅)與一經(jīng)摻雜的硅層254(例如摻雜磷的硅層)。該第二反應(yīng)室410可以是CVD反應(yīng)室。這里要特別強(qiáng)調(diào)的是，藉由本實(shí)施例工藝，第二反應(yīng)室412就不會(huì)受到金屬污染，而能夠確保柵極絕緣層240與半導(dǎo)體層250的品質(zhì)。
接著，藉由基板搬運(yùn)器404把基板從第二反應(yīng)室412拿出而放入基板承載室406中。之后，將基板拿到其它設(shè)備中進(jìn)行后續(xù)的TFT工藝。
請(qǐng)參閱圖2D，進(jìn)行步驟114，藉由傳統(tǒng)的微影工藝構(gòu)圖上述半導(dǎo)體層250而形成一溝道層252’以及一歐姆接觸層254’。
請(qǐng)參閱圖2E，進(jìn)行步驟116，將例如是經(jīng)由濺射法所沉積的Al或Mo或Cr或W或Ta或Ti或Ni或上述金屬的合金的一金屬層260形成于該歐姆接觸層254’與該柵極絕緣層240上。之后，進(jìn)行步驟118，藉由傳統(tǒng)的微影工藝構(gòu)圖上述金屬層260而形成一源極270與一漏極280。其次，以該源極270與該漏極280為掩模，蝕刻去除曝露的歐姆接觸層254’。如此，則得到了一薄膜晶體管結(jié)構(gòu)200，而如圖2F所示。
第二實(shí)施例請(qǐng)參閱圖1，其顯示根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管工藝100的流程圖。圖3A～3F是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的TFT工藝剖面圖。而圖4是顯示第二實(shí)施例工藝所采用的具有雙反應(yīng)室的群集式設(shè)備500示意圖。這里要說(shuō)明的是，在圖1和圖4中，第一實(shí)施例與第二實(shí)施例相同或類似的構(gòu)成將盡量以相同圖標(biāo)符號(hào)來(lái)表示。
請(qǐng)參閱圖4，本實(shí)施例工藝100是在群集式設(shè)備500中進(jìn)行，該群集式設(shè)備500具有一第一反應(yīng)室510以及一第二反應(yīng)室412。該群集式設(shè)備500更包括具有基板搬運(yùn)器(例如機(jī)械手臂)404的一可密封的傳輸室402，一或一對(duì)的基板承載室406，以及可依工藝需要而裝設(shè)的預(yù)熱室408。該傳輸室402最好是保持在降壓或包含惰性氣體的環(huán)境下，如此當(dāng)基板從一反應(yīng)室傳送到另一反應(yīng)室時(shí)，可避免受到氧化或外氣污染。該群集式設(shè)備400可更包括一過(guò)程控制器(未圖示)，用以控制本實(shí)施利的工藝操作。該群集式設(shè)備500中也可以同時(shí)包括多個(gè)該第一反應(yīng)室510或是多個(gè)該第二反應(yīng)室412。
首先，提供具有一柵極320的一基板310，而如圖3A所示。該基板310例如是玻璃或石英基板。該柵極320例如是一金屬柵極320，其包含Cu或Al或Mo或Ag或Ag-Pd-Cu或Cr或W或Ti或上述金屬的合金。
接著開始進(jìn)行本實(shí)施例工藝100。請(qǐng)參閱圖1，方塊102是表示在該群集式設(shè)備500中所進(jìn)行的流程。在第二實(shí)施例中，方塊102的流程包含步驟104、108、110以及112。至于步驟114、116以及118則在不同于該群集式設(shè)備500的其它設(shè)備中進(jìn)行。
請(qǐng)參閱圖1，進(jìn)行步驟104，將置于基板承載室406內(nèi)的具有金屬柵極320的基板310，藉由基板搬運(yùn)器404而放入第一反應(yīng)室510中。接著，進(jìn)行步驟108，以等離子處理325對(duì)該金屬柵極320進(jìn)行表面處理，使得該金屬柵極320具有被鈍化的表面330，而如圖3B所示。該等離子處理325例如是采用惰性氣體的等離子。由于該第一反應(yīng)室510是用來(lái)對(duì)該金屬柵極320進(jìn)行表面處理，所以也稱之為前處理反應(yīng)室510。
其次，進(jìn)行步驟110，藉由基板搬運(yùn)器404把基板從第一反應(yīng)室510拿出而放入第二反應(yīng)室412中。然后進(jìn)行步驟112，進(jìn)行沉積工藝而形成一柵極絕緣層340與一半導(dǎo)體層350于該基板310上方，而如圖3C所示。其中，該柵極絕緣層340例如是包含氧化硅或氮化硅或氮氧化硅或氧化鉭或氧化鋁，而該半導(dǎo)體層350可以包含一硅層352(例如非晶硅)與一經(jīng)摻雜的硅層354(例如摻雜磷的硅層)。該第二反應(yīng)室412可以是CVD反應(yīng)室。這里要特別強(qiáng)調(diào)的是，藉由本實(shí)施例工藝，第二反應(yīng)室412就不會(huì)受到金屬污染，而能夠確保柵極絕緣層340與半導(dǎo)體層350的品質(zhì)。
接著，藉由基板搬運(yùn)器404把基板從第二反應(yīng)室412拿出而放入基板承載室406中。之后，將基板拿到其它設(shè)備中進(jìn)行后續(xù)的TFT工藝。
請(qǐng)參閱圖3D，進(jìn)行步驟114，藉由傳統(tǒng)的微影工藝構(gòu)圖上述半導(dǎo)體層350而形成一溝道層352’以及一歐姆接觸層354’。
請(qǐng)參閱圖3E，進(jìn)行步驟116，將例如是經(jīng)由濺射法所沉積的Al或Mo或Cr或W或Ta或Ti或Ni或上述金屬的合金的一金屬層360形成于該歐姆接觸層354’與該柵極絕緣層340上。之后，進(jìn)行步驟118，藉由傳統(tǒng)的微影工藝構(gòu)圖上述金屬層360而形成一源極370與一漏極380。其次，以該源極370與該漏極380為掩模，蝕刻去除曝露的歐姆接觸層354’。如此，則得到了一薄膜晶體管結(jié)構(gòu)300，而如圖3F所示。
本發(fā)明的特征與優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明提供一種制造薄膜晶體管的方法，包括提供一雙反應(yīng)室裝置，具有一第一反應(yīng)室以及一第二反應(yīng)室；將具有一金屬柵極的基板放入該第一反應(yīng)室中，沉積一鈍化層于該基板上而覆蓋該金屬柵極，或是藉由等離子處理對(duì)該金屬柵極進(jìn)行表面處理；以及將該基板放入該第二反應(yīng)室中，沉積一柵極絕緣層與一半導(dǎo)體層于該基板上；其中，該第一反應(yīng)室不同于該第二反應(yīng)室。
根據(jù)本發(fā)明工藝，不僅能夠解決銅元素的擴(kuò)散問(wèn)題，也能有效避免銅元素污染沉積柵極絕緣層以及半導(dǎo)體層的第二反應(yīng)室。如此，本發(fā)明能夠提高產(chǎn)品可靠度與解決現(xiàn)有問(wèn)題。
雖然本發(fā)明已結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以所附權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種制造薄膜晶體管的方法，包括下列步驟提供一基板，其上具有一柵極；將該基板放入一第一反應(yīng)室中；沉積一鈍化層于該基板上而覆蓋該柵極；將該基板放入一第二反應(yīng)室中；以及沉積一柵極絕緣層與一半導(dǎo)體層于該鈍化層上。
2.如權(quán)利要求1所述的制造薄膜晶體管的方法，更包括下列步驟構(gòu)圖該半導(dǎo)體層；以及形成一源極與一漏極于部分該半導(dǎo)體層上。
3.如權(quán)利要求1所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該基板是玻璃或石英基板。
4.如權(quán)利要求1所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該柵極包含Cu或Al或Mo或Ag或Ag-Pd-Cu或Cr或W或Ti或上述金屬的合金。
5.如權(quán)利要求1所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該鈍化層是透明絕緣層，而該透明絕緣層包含氮化硅或氧化硅或氮氧化硅或氧化鋁或氮化鋁或氧化釩或氧化銥或氧化釕。
6.如權(quán)利要求1所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該柵極絕緣層包含氧化硅或氮化硅或氮氧化硅或氧化鉭或氧化鋁。
7.如權(quán)利要求1所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該半導(dǎo)體層包含一硅層與一經(jīng)摻雜的硅層。
8.如權(quán)利要求1所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該第一反應(yīng)室是化學(xué)氣相沉積(CVD)反應(yīng)室或物理氣相沉積(PVD)反應(yīng)室。
9.如權(quán)利要求1所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該第二反應(yīng)室是CVD反應(yīng)室。
10.如權(quán)利要求1所述的制造薄膜晶體管的方法，是在一群集式設(shè)備中進(jìn)行的。
11.一種制造薄膜晶體管的方法，包括下列步驟提供一基板，其上具有一柵極；將該基板放入一第一反應(yīng)室中；進(jìn)行一等離子工藝以對(duì)該柵極的表層進(jìn)行表面處理；將該基板放入一第二反應(yīng)室中；以及沉積一柵極絕緣層與一半導(dǎo)體層于該基板上。
12.如權(quán)利要求11所述的制造薄膜晶體管的方法，更包括下列步驟構(gòu)圖該半導(dǎo)體層；以及形成一源極與一漏極于部分該半導(dǎo)體層上。
13.如權(quán)利要求11所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該基板是玻璃或石英基板。
14.如權(quán)利要求11所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該柵極包含Cu或Al或Mo或Ag或Ag-Pd-Cu或Cr或W或Ti或上述金屬的合金。
15.如權(quán)利要求11所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該等離子工藝使該柵極表層鈍化。
16.如權(quán)利要求11所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該柵極絕緣層包含氧化硅或氮化硅或氮氧化硅或氧化鉭或氧化鋁。
17.如權(quán)利要求11所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該半導(dǎo)體層包含一硅層與一經(jīng)摻雜的硅層。
18.如權(quán)利要求11所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該第一反應(yīng)室是等離子處理室。
19.如權(quán)利要求11所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該第二反應(yīng)室是CVD反應(yīng)室。
20.如權(quán)利要求11所述的制造薄膜晶體管的方法，是在一群集式設(shè)備中進(jìn)行的。
21.一種制造薄膜晶體管的裝置，包括一第一反應(yīng)室，用以形成一鈍化層于一基板上方；一第二反應(yīng)室，該第二反應(yīng)室用以沉積一柵極絕緣層以及一半導(dǎo)體層于該基板上方；以及一傳輸裝置，用以將該基板從該第一反應(yīng)室搬運(yùn)到該第二反應(yīng)室。
22.如權(quán)利要求21所述的制造薄膜晶體管的裝置，其中該第一反應(yīng)室是CVD反應(yīng)室或PVD反應(yīng)室。
23.如權(quán)利要求21所述的制造薄膜晶體管的裝置，其中該第二反應(yīng)室是CVD反應(yīng)室。
24.如權(quán)利要求21所述的制造薄膜晶體管的裝置，其中該傳輸裝置是機(jī)械手臂。
25.一種制造薄膜晶體管的裝置，包括一第一反應(yīng)室，用以對(duì)具有金屬柵極的一基板進(jìn)行表面處理，而使得該金屬柵極具有被鈍化的表面；一第二反應(yīng)室，該第二反應(yīng)室用以沉積一柵極絕緣層以及一半導(dǎo)體層于該基板上；以及一傳輸裝置，用以將該基板從該第一反應(yīng)室搬運(yùn)到該第二反應(yīng)室。
26.如權(quán)利要求25所述的制造薄膜晶體管的裝置，其中該第一反應(yīng)室是等離子處理室。
27.如權(quán)利要求25所述的制造薄膜晶體管的裝置，其中該第二反應(yīng)室是CVD反應(yīng)室。
28.如權(quán)利要求25所述的制造薄膜晶體管的裝置，其中該傳輸裝置是機(jī)械手臂。
全文摘要
一種制造薄膜晶體管的方法以及裝置。提供一雙反應(yīng)室裝置，具有不同的第一反應(yīng)室以及第二反應(yīng)室。然后，將具有金屬柵極的一基板放入第一反應(yīng)室中，沉積一鈍化層于基板上而覆蓋金屬柵極。之后，將基板放入第二反應(yīng)室中，沉積一柵極絕緣層與一半導(dǎo)體層于鈍化層上。根據(jù)本發(fā)明，不僅能夠解決銅元素的擴(kuò)散問(wèn)題，也能有效避免銅元素污染沉積柵極絕緣層以及半導(dǎo)體層的第二反應(yīng)室。
文檔編號(hào)H01L21/336GK1622298SQ20041010022
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