用以制造高效能金屬氧化物和金屬氮氧化物薄膜晶體管的柵極介電層處理的制作方法
【專利說明】用以制造高效能金屬氧化物和金屬氮氧化物薄膜晶體管的 柵極介電層處理
[0001] 本申請是國際申請?zhí)枮镻CT/US2009/049084、國際申請日為2009年6月29日的 PCT申請于2010年12月30進入國家階段后的申請?zhí)枮?00980125888. 9的申請的分案申 請。
技術領域
[0002] 本發(fā)明的實施例大體上是關于制造薄膜晶體管（TFT)的方法。
【背景技術】
[0003] 因 TFT陣列可用在常用于計算機和電視平面面板的液晶主動矩陣顯示器（LCD)， 故現(xiàn)時對這些裝置特別感興趣。LCD還設有發(fā)光二極管（LED)做為背光。另外，有機發(fā)光二 極管（OLED)已用于主動矩陣顯示器，且這些OLED需要TFT來處理顯示器的動作。
[0004] 以非晶硅制作的TFT已成為平面面板顯示器產業(yè)的關鍵組件?？上Х蔷Ч栌衅湎?制，例如低迀移率。OLED所需的迀移率至少是非晶硅所能達到的十倍以上。此外，OLED顯 示器為電流驅動組件，故易受Vth漂移影響。高電流或高偏壓電壓下引起非晶硅TFT的V th漂移乃急待解決的問題。另一方面，多晶硅的迀移率比非晶硅高。多晶硅為結晶體，其會造 成局部沉積不均勻。制造多晶硅膜需進行復雜的退火工藝，因此使用多晶硅來制造大面積 顯示器比起非晶硅更困難、也更昂貴。由于非晶硅的限制，導致OLED發(fā)展?jié)u緩。
[0005] 近年來已開發(fā)透明TFT，其中氧化鋅當作主動通道層。氧化鋅為化合物半導體，其 可在相當?shù)偷某练e溫度下長成結晶材料至如玻璃和塑料等各種基板上。
[0006] 故此技藝需要具非晶主動通道且迀移率高的TFT。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明大體上包括薄膜晶體管（TFT)和其制造方法。TFT的柵極介電層會影響TFT 的臨界電壓。經由在沉積主動通道材料前處理柵極介電層，可改進臨界電壓。處理柵極介 電層的一方法涉及使柵極介電層暴露于一氧化二氮（N2O)氣體。處理柵極介電層的另一方 法涉及使柵極介電層暴露于N2O等離子體。氧化硅雖未實際應用到硅基TFT的柵極介電層， 但其用于金屬氧化物TFT時，也可改進臨界電壓。經由處理柵極介電層及/或使用氧化硅， 可改進TFT的次臨界斜率和臨界電壓。
[0008] 在一實施例中，揭露一種TFT制造方法。方法包括沉積柵極介電層至柵極電極和 基板上、使柵極介電層暴露于N2O等離子體或其它等離子體而進行處理、沉積半導體層至柵 極介電層上、沉積導電層至半導體層上、以及蝕刻導電層和半導體層而界定源極與漏極和 主動通道。半導體層包括氧、及一或多個選自由鋅、鎵、銦、鎘、錫和其組合構成群組的元素， 或者半導體層包括氮、氧、及一或多個選自由鋅、銦、錫、鎵、鎘和其組合構成群組的元素。主 動通道為半導體層的一部分。
[0009] 在另一實施例中，揭露一種TFT制造方法。方法包括沉積氮化硅層至柵極電極和 基板上、沉積氧化硅層至氮化硅層上、沉積半導體層至氧化硅層上、沉積導電層至半導體層 上、以及蝕刻導電層而界定源極與漏極和主動通道。半導體層包括氧、及一或多個選自由 鋅、鎵、銦、鎘、錫和其組合構成群組的元素，或者半導體層包括氮、氧、及一或多個選自由 鋅、銦、錫、鎵、鎘和其組合構成群組的元素。主動通道為半導體層的一部分。
[0010] 在又一實施例中，揭露一種TFT制造方法。方法包括沉積氧化硅層至柵極電極和 基板上、沉積半導體層至氧化硅層上、沉積導電層至半導體層上、以及蝕刻導電層而界定源 極與漏極和主動通道。半導體層包括氧、及一或多個選自由鋅、鎵、銦、鎘、錫和其組合構成 群組的元素，或者半導體層包括氮、氧、及一或多個選自由鋅、銦、錫、鎵、鎘和其組合構成群 組的元素。主動通道暴露出部分半導體層。
[0011] 在再一實施例中，揭露一種TFT。TFT包括氧化硅層，位于柵極電極和基板上、半導 體層，位于氧化硅層上、以及源極與漏極，位于半導體層上。半導體層包括氧、及一或多個選 自由鋅、鎵、銦、鎘、錫和其組合構成群組的元素，或者半導體層包括氮、氧、及一或多個選自 由鋅、銦、錫、鎵、鎘和其組合構成群組的元素。源極和漏極彼此相隔而暴露出部分半導體 層。
【附圖說明】
[0012] 為讓本發(fā)明的上述特征更明顯易懂，可配合參考實施例說明，其部分乃繪示如附 圖式。須注意的是，雖然所附圖式揭露本發(fā)明特定實施例，但其并非用以限定本發(fā)明的精神 與范圍，任何熟習此技藝者，當可作各種的更動與潤飾而得等效實施例。
[0013] 圖1A-1F為根據(jù)本發(fā)明一實施例的TFT 100于不同制造階段的截面圖。
[0014] 圖2為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的TFT 200的截面圖。
[0015] 圖3顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例，在沉積主動層材料前，等離子體處理柵極介電層 的作用曲線圖。
[0016] 圖4A顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例，柵極介電層的沉積溫度的作用曲線圖。
[0017] 圖4B顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例，在沉積主動層材料前，以NH3等離子體處理及退 火處理柵極介電層的作用曲線圖。
[0018] 圖5顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例，在沉積主動層材料前，以N2O等離子體處理柵極介 電層的作用曲線圖。
[0019] 圖6A及6B顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例，在沉積主動層材料前，暴露于N2O中及N 2O 等離子體處理柵極介電層的作用曲線圖。
[0020] 圖7A及7B顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例，在沉積主動層材料前，暴露于N2O的溫度和 N2O等離子體處理柵極介電層的溫度的作用曲線圖。
[0021] 為助于了解，各圖中共通的組件以相同的組件符號表示。應理解某一實施例所揭 露的組件當可用于其它實施例，而不需特別提及。
【具體實施方式】
[0022] 本發(fā)明大體上包括薄膜晶體管（TFT)和其制造方法。TFT的柵極介電層會影響TFT 的臨界電壓。經由在沉積主動通道材料前處理柵極介電層，可改進臨界電壓。處理柵極介 電層的一方法涉及在高于200°C的溫度下，使柵極介電層暴露于一氧化二氮（N2O)氣體。處 理柵極介電層的另一方法涉及使柵極介電層暴露于N2O等離子體。氧化硅雖未實際應用到 硅基TFT的柵極介電層，但其用于金屬氧化物TFT時，也可改進臨界電壓。經由處理柵極介 電層及/或使用氧化硅，可改進TFT的臨界電壓。氧化鋅基半導體可透過摻雜制作成非晶 材料。如此可避免晶粒結構引起的不均勻問題。如氧化鋅基半導體的非晶半導體更易施行 于目前采用底柵極TFT結構的顯示器制造工藝。
[0023] 圖1A-1F為根據(jù)本發(fā)明一實施例的TFT 100于不同制造階段的截面圖。TFT包含 基板102。在一實施例中，基板102包含玻璃。在另一實施例中，基板102包含聚合物。在 又一實施例中，基板102包含塑料。在再一實施例中，基板102包含金屬。
[0024] 柵極電極104形成在基板上。柵極電極104包含導電層，用以控制TFT內的電荷 載子移動。柵極電極104可包含金屬，例如鋁、鎢、鉻、鉭或其組合。柵極電極104可以傳統(tǒng) 沉積技術形成，包括濺射、微影和蝕刻。經由毯覆沉積導電層至基板102上可形成柵極電極 104。導電層可以濺射沉積而得。隨后，光阻層沉積在導電層上。光阻層經圖案化形成罩幕。 經由蝕去導電層未遮蔽的區(qū)域并留下基板102上的柵極電極104可形成柵極電極104。
[0025] 柵極介電層106沉積于柵極電極104上。柵極介電層106會影響TFT的次臨界區(qū) 參數(shù)或斜率和臨界電壓。就硅基TFT(即具如非晶硅的硅基半導體層的TFT)而言，柵極介 電層106不含氧化硅，因其將使得TFT具有相當正的Vth和低迀移率。但就金屬氧化物TFT 而言，已發(fā)現(xiàn)氧化硅可當作有效柵極介電層106。氧化硅中的氧不會大幅改變金屬氧化物層 或界面，故TFT不會失效。在一實施例中，柵極介電層106包含氮化硅。在另一實施例中，柵 極介電層106包含氧化硅。在又一實施例中，柵極介電層106包含二氧化硅。在再一實施例 中，柵極介電層106包含氮氧化硅。在另一實施例中，柵極介電層106包含氧化鋁（Al2O3)。 柵極介電層106可以熟知的沉積技術沉積，包括等離子體增強化學氣相沉積（PECVD)。在一 實施例中，柵極介電層106是以物理氣相沉積（PVD)沉積而得。
[0026] 沉積柵極介電層106后，處理柵極介電層106。各種處理柵極介電層106的技術 將詳述于下。技術之一涉及使柵極介電層106暴露于等離子體108,以鈍化柵極介電層106 的表面。
[0027] 處理柵極介電層106后，沉積半導體層110于其上。半導體層110將變成包含最 終TFT結構的主動溝道的材料。半