一種薄膜晶體管及其制造方法
【專利摘要】一種制造薄膜晶體管的方法，包含下列步驟：形成閘極于基板上；形成閘極絕緣層于閘極上；形成圖案化半導體層于閘極絕緣層上；形成源極于圖案化半導體層上；氧化源極的外圍部份以形成氧化層，其中氧化層覆蓋源極及部分的圖案化半導體層；形成保護層與氫離子，其中保護層覆蓋氧化層與圖案化半導體層；以及以氫離子摻雜未被氧化層覆蓋的圖案化半導體層，以形成汲極。本發(fā)明亦提供一種薄膜晶體管。
【專利說明】一種薄膜晶體管及其制造方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明是有關于一種薄膜晶體管及其制造方法，特別是有關于一種短通道薄膜晶體管及其制造方法。

【背景技術】
[0002]近年來，由于半導體制造技術的進步,薄膜晶體管(Thin-film transistor, TFT)的制程亦趨于快速及簡單，使得TFT被廣泛應用于計算機芯片、手機芯片、TFT液晶顯示器(Liquid crystal display, LCD)等。若將TFT使用于如LCD時，TFT可作為開關，藉由開關的οη/ο--控制IXD的畫素顯示影像，故TFT的οη/ο--之間的切換須快速。切換的快速與否與TFT的on電流(1n)有關，1n的提升可提升TFT的效率及性能。而1n又和通道寬度(W)與長度(L)的比值有關，若TFT寬度與長度的比值(W/L)越大，則1n越大。因此，縮短TFT的通道長度有助于提升TFT的效率及性能。
[0003]然而，受限于曝光機設備的極限，目前的最小線寬與線距約為3 μ m，故TFT的通道長度無法進一歩縮短，而使1n再提升的裕度有限，進而無法有效地提升TFT的效率及性能。有鑒于此，如何提升TFT的效率及性能成為一重要課題。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種薄膜晶體管(TFT)及其制造方法，其可縮短TFT通道長度，并有效提升TFT的效率及性能。
[0005]本發(fā)明所采用的技術方案是:
一種制造薄膜晶體管的方法，包含下列步驟:形成閘極于基板上；形成閘極絕緣層于閘極上；形成圖案化半導體層于閘極絕緣層上；形成源極于圖案化半導體層上；氧化源極的外圍部份以形成氧化層，其中氧化層覆蓋源極及部分的圖案化半導體層；形成保護層與氫離子，其中保護層覆蓋氧化層與圖案化半導體層；以及以氫離子摻雜未被氧化層覆蓋的圖案化半導體層，以形成汲極。
[0006]形成圖案化半導體層的步驟更包含:形成半導體材料于閘極絕緣層上；以半調式光罩形成光阻于半導體材料上；以及以光阻為屏蔽對半導體材料進行蝕刻，以形成圖案化半導體層。
[0007]其中該源極的材料包含容易氧化的金屬，例如:鋁、鑰、鈦。
[0008]其中該氧化源極的外圍部份包含以二氧化氮電漿或氧氣電漿進行氧化。
[0009]其中該保護層與氫離子系以甲硅烷(SiH4)與氨(NH3)形成。
[0010]其中該氧化層的厚度小于3 μ m。
[0011]本發(fā)明還提供一種薄膜晶體管，包含:基板；閘極，位于基板上；閘極絕緣層，位于閘極上；結構層，位于閘極絕緣層上，結構層包含半導體層以及汲極，且汲極與半導體層相鄰連接；源極，位于部分的半導體層上；氧化層，覆蓋源極與未被源極覆蓋的半導體層；以及保護層，位于汲極與氧化層上，其中，該氧化層的厚度小于3 μ m。
[0012]其中該半導體層的材料包含氧化銦鎵鋅(IGZO)。
[0013]其中該氧化層的材料包含金屬氧化物。
[0014]其中該保護層的材料包含氮化硅(Si3N4)。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)勢在于，藉由氧化源極的外圍部份以形成氧化層，并利用形成保護層時產生的氫離子摻雜部份的圖案化半導體層，使其形成汲極，故可縮短TFT通道長度，進而使TFT的效率及性能提升。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]以下結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步詳細說明；
圖1是公知技術制造薄膜晶體管時閘極形成于基板上后的剖面示意圖；
圖2是公知技術制造薄膜晶體管時閘極絕緣層形成于閘極上，且半導體層形成于閘極絕緣層上后的剖面示意圖；
圖3是公知技術制造薄膜晶體管時源/汲極形成于半導體層的兩側后的剖面示意圖； 圖4是本發(fā)明制造薄膜晶體管時閘極形成于基板上后的剖面示意圖；
圖5是本發(fā)明制造薄膜晶體管時閘極絕緣層形成于閘極上后的剖面示意圖；
圖6是本發(fā)明制造薄膜晶體管時半導體層材料形成于閘極絕緣層上，并以半調式光罩形成第一光阻于半導體材料上后的剖面示意圖；
圖7是本發(fā)明制造薄膜晶體管時以第一光阻為屏蔽對半導體材料進行蝕刻，將未被第一光阻覆蓋的半導體材料除去，以形成圖案化半導體層后的剖面示意圖；
圖8是本發(fā)明制造薄膜晶體管時將第一光阻部分移除并留下第二光阻后的剖面示意圖；
圖9是本發(fā)明制造薄膜晶體管時源極材料形成于閘極絕緣層、圖案化半導體層及第二光阻上后的剖面示意圖；
圖10是本發(fā)明制造薄膜晶體管時第三光阻形成于欲形成源極的位置上后的剖面示意圖；
圖11是本發(fā)明制造薄膜晶體管時以第三光阻對源極材料進行蝕刻以形成源極后的剖面示意圖；
圖12是本發(fā)明制造薄膜晶體管時將第二光阻及第三光阻移除以露出源極后的剖面示意圖；
圖13是本發(fā)明制造薄膜晶體管時源極的外圍部份被氧化以形成氧化層，其中氧化層覆蓋未被氧化的源極及部分的圖案化半導體層后的剖面示意圖；
圖14是本發(fā)明一種薄膜晶體管的剖面示意圖；
圖15是本發(fā)明一種薄膜晶體管的局部A的放大圖。

【具體實施方式】
[0017]請參照圖1至圖3，其顯示公知技術不同制造階段的薄膜晶體管100的剖面示意圖。如圖1所示閘極120形成于基板110上。接著，如圖2所示，閘極絕緣層130形成于閘極120上，且半導體層140形成于閘極絕緣層130上。如圖3所示源/汲極150形成于半導體層140的兩側，其中兩個源/汲極150之間的區(qū)域即為薄膜晶體管100的通道160。公知技術制造薄膜晶體管(TFT)的方法受限于曝光機設備的極限，故目前最小的通道長度約為3μπι，而無法進一歩縮短。因此，TFT的on電流提升的裕度有限，進而無法有效提升TFT的效率。
[0018]因此，本發(fā)明提供一種制造薄膜晶體管的方法。請參照圖4至圖14，其顯示本發(fā)明實施例不同制造階段的薄膜晶體管200的剖面示意圖。如圖4所示閘極220形成于基板210上。接著，如圖5所示，閘極絕緣層230形成于閘極220上。
[0019]請參照圖6至圖8，其顯示本發(fā)明實施例形成圖案化半導體層240a的方法。如圖6所示半導體層材料240形成于閘極絕緣層230上，并以半調式光罩(未繪示)形成第一光阻250于半導體材料240上。接著，如圖7所示，以第一光阻250為屏蔽對半導體材料240進行蝕刻，將未被第一光阻250覆蓋的半導體材料240除去，以形成圖案化半導體層240a。如圖8所示將第一光阻250部分移除并留下第二光阻250a。移除第一光阻250的方法可為灰化(Ashing)。灰化為將光阻材料中大部分的碳氫元素轉變?yōu)槎趸?、水和灰的過程，其可去除不要的光阻。
[0020]半調式光罩(Half-tone mask)是透過在光罩底材鍍上一層‘半透過’的膜，藉以控制光線通過的比率，而達到半曝光的效果。經曝光后，可呈現出曝光部分、半曝光部分及未曝光部分的三種曝光層次，故在顯影后能夠形成兩種厚度的光阻。本發(fā)明采用半調式光罩進行蝕刻的目的在于露出后續(xù)欲形成源極的位置。
[0021]請參照圖9至圖12，其顯示本發(fā)明實施例形成源極260a的方法。首先，如圖9所示，源極材料260形成于閘極絕緣層230、圖案化半導體層240a及第二光阻250a上。接著，如圖10所示，第三光阻252形成于欲形成源極的位置上。如圖11所示以第三光阻252對源極材料260進行蝕刻以形成源極260a。之后，如圖12所示，同時將第二光阻250a及第三光阻252移除以露出源極260a。
[0022]請參照圖13，其顯示本發(fā)明實施例形成氧化層270的方法。如圖13所示，源極260a的外圍部份被氧化以形成氧化層270，其中氧化層270覆蓋未被氧化的源極260b及部分的圖案化半導體層240a。
[0023]源極的材料為容易氧化的金屬，例如:鋁、鑰、鈦。氧化源極的外圍部份的方法可以用二氧化氮電漿或氧氣電漿進行氧化。
[0024]請參照圖14，其顯示本發(fā)明實施例形成保護層280與汲極290的方法。形成保護層280與氫離子(未繪示)，其中保護層280覆蓋氧化層270與圖案化半導體層240a。在一實施例中，保護層280系以甲硅烷(SiH4)與氨(NH3)形成，故會形成材料為氮化硅的保護層(Si3N4保護層)，并產生氫離子。以氫離子摻雜未被氧化層270覆蓋的圖案化半導體層240a，以形成汲極290。而未被氫離子摻雜的圖案化半導體層240a會形成半導體層240b。值得注意的是，汲極290系由圖案化半導體層240a經氫離子摻雜而得，故其與半導體層240b (未經氫離子摻雜的圖案化半導體層240a)同位于閘極絕緣層230上，并相鄰連接。
[0025]圖案化半導體層的材料可為金屬氧化半導體，例如:氧化銦鎵鋅(IGZO)。當材料為IGZO時，部分的IGZO經氫離子摻雜后會帶正電而形成汲極，而未被氫離子摻雜的IGZO會形成半導體層。
[0026]值得注意的是，本發(fā)明的方法形成氧化層的目的在于保護部份的圖案化半導體層(即被氧化層覆蓋的圖案化半導體層)，避免該部份的圖案化半導體層在后續(xù)形成保護層的步驟被氫離子摻雜而形成汲極。因此，本發(fā)明的氧化層可將源極與汲極隔開，而源極與汲極之間的區(qū)域即為TFT的信道，故氧化層的厚度即為TFT的通道長度。若氧化的方法是以電漿進行氧化時，TFT的通道長度可由電漿的射頻功率(RF power)與電漿處理時間控制。
[0027]此外，源極與汲極可互相代換為本發(fā)明【技術領域】的公知技術，故本發(fā)明的源極260b (或260a)亦可作為汲極,而汲極290亦可作為源極。
[0028]本發(fā)明還提供一種薄膜晶體管。請參照圖14，其顯示本發(fā)明一實施例薄膜晶體管200的剖面示意圖。薄膜晶體管200包含基板210 ；閘極220，位于基板210上；閘極絕緣層230，位于閘極220上；結構層292，位于閘極絕緣層230上，包含半導體層240b以及汲極290，且汲極290與半導體層240b相鄰連接；源極260b，位于部分的半導體層240b上；氧化層270，覆蓋源極260b與未被源極260b覆蓋的半導體層240b ;以及保護層280，位于汲極290與氧化層270上，其中氧化層270的厚度小于3 μ m。請參照圖15，其顯示圖14的局部放大圖A。由圖15可清楚得知半導體層240b、源極260b、氧化層270及汲極290等的相關位置，其中源極260b與汲極290之間的區(qū)域即為薄膜晶體管200的通道300。因此，氧化層270的厚度即為通道300的長度。
[0029]氧化層的材料為使用的源極材料的氧化物，在一實施例中，氧化層的材料包含金屬氧化物，例如:氧化鋁、氧化鑰、氧化鈦。
[0030]本發(fā)明的TFT及其制造方法利用金屬氧化的特性，可藉由氧化源極的外圍部份以形成氧化層，并利用形成保護層時產生的氫離子摻雜部份的圖案化半導體層，使其形成汲極。由于氧化層可保護部份的圖案化半導體層不被氫離子摻雜，故可將源極與汲極隔開。藉此方式可突破TFT通道長度受限于曝光機能力的困境，以現有的設備及制程，即可縮短TFT的信道長度，以制造出具有信道長度小于3 μ m的短通道TFT，進而使on電流大幅提升，并有效地提升TFT的效率及性能。
[0031]綜上所述，在不偏離本發(fā)明的真實精神和范圍的前提下，對于本領域技術人員來說的各種顯而易見的變更和替換，都應包括在本發(fā)明權利要求書所涵蓋的范圍之內。
【權利要求】
1.一種制造薄膜晶體管的方法，其特征在于:其包含下列步驟: 形成一閘極于一基板上； 形成一閘極絕緣層于該閘極上； 形成一圖案化半導體層于該閘極絕緣層上； 形成一源極于該圖案化半導體層上； 氧化該源極的外圍部份以形成一氧化層，其中該氧化層覆蓋該源極及部分的該圖案化半導體層； 形成一保護層與氫離子，其中該保護層覆蓋該氧化層與該圖案化半導體層； 以及以該氫離子摻雜未被該氧化層覆蓋的該圖案化半導體層，以形成一汲極。
2.根據權利要求1所述的一種制造薄膜晶體管的方法，其特征在于:所述形成該圖案化半導體層的步驟包含: 形成一半導體材料于該閘極絕緣層上； 以一半調式光罩形成一光阻于該半導體材料上； 以及以該光阻為屏蔽對該半導體材料進行蝕刻，以形成該圖案化半導體層。
3.根據權利要求1所述的一種制造薄膜晶體管的方法，其特征在于:所述源極的材料包含容易氧化的金屬。
4.根據權利要求1所述的一種制造薄膜晶體管的方法，其特征在于:所述氧化該源極的外圍部份包含以二氧化氮電漿或氧氣電漿進行氧化。
5.根據權利要求1所述的一種制造薄膜晶體管的方法，其特征在于:所述保護層與該氫離子系以甲硅烷(SiH4)與氨(NH3)形成。
6.根據權利要求1所述的一種制造薄膜晶體管的方法，其特征在于:所述氧化層的厚度小于3 μ m。
7.一種薄膜晶體管，采用權利要求1-6之一的方法制造而成，其特征在于:其包含: 一基板； 一閘極，位于該基板上； 一閘極絕緣層，位于該閘極上； 一結構層，位于該閘極絕緣層上，該結構層包含一半導體層以及一汲極，該汲極與半導體層相鄰連接； 一源極，位于部分的該半導體層上； 一氧化層，覆蓋該源極與未被該源極覆蓋的該半導體層； 以及一保護層，位于該汲極與該氧化層上，其中，該氧化層的厚度小于3 μ m。
8.根據權利要求7所述的一種薄膜晶體管，其特征在于:所述半導體層的材料包含氧化銦鎵鋅(IGZO)。
9.根據權利要求7所述的一種薄膜晶體管，其特征在于:所述氧化層的材料包含金屬氧化物。
10.根據權利要求7所述的一種薄膜晶體管，其特征在于:所述保護層的材料包含氮化硅(Si3N4)15
【文檔編號】H01L29/786GK104134613SQ201410346471
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月21日 優(yōu)先權日:2014年7月21日
【發(fā)明者】高金字, 呂雅茹, 鍾享顯, 陸文正 申請人:福州華映視訊有限公司, 中華映管股份有限公司