TWI508190B - 薄膜電晶體及其製造方法 - Google Patents

Description

薄膜電晶體及其製造方法

本發明是有關於一種氧化物半導體的薄膜電晶體及其製造方法。

液晶顯示器主要由薄膜電晶體基板、彩色濾光片基板及位於兩基板間的液晶分子層所構成。薄膜電晶體基板上配置多個薄膜電晶體，每一薄膜電晶體主要由閘極、閘介電層、半導體層、源極及汲極所組成。半導體層的材料例如可包含非晶矽、多晶矽、微晶矽、單晶矽、有機半導體、氧化物半導體或其他合適的材料。

然而，相較於非晶矽薄膜電晶體，氧化物半導體薄膜電晶體具有較高的載子遷移率(Mobility)，而擁有較佳的電性表現。而氧化物半導體通常需再進行退火製程，才能夠使薄膜電晶體的電性表現穩定。一般而言，退火製程的溫度需高於350℃以上。

但於進行退火製程中，若有金屬暴露在高溫爐中，將導致金屬氧化，使得阻抗升高，而嚴重影響訊號傳輸。有鑑於此，亟需一種改良的薄膜電晶體的製造方法，以解決上述問題。

本發明的目的在於提供一種薄膜電晶體的製造方法， 其能夠於進行退火製程時，避免源極及汲極氧化而導致阻抗升高的問題。

本發明之一態樣為提供一種薄膜電晶體的製造方法，其包含下列步驟。提供源極及汲極。形成圖形絕緣層局部覆蓋源極及汲極，並暴露出一部分源極及一部分汲極。形成氧化物半導體層接觸源極之該部分及汲極之該部分。提供閘極。提供位於氧化物半導體層與閘極間之一閘介電層。

根據本發明一實施方式，更包含於形成氧化物半導體層步驟後，進行一退火步驟。

根據本發明一實施方式，提供閘介電層步驟係於提供源極及汲極步驟前進行。

根據本發明一實施方式，提供閘介電層步驟係於提供源極及汲極步驟後進行。

根據本發明一實施方式，形成圖形絕緣層步驟包含：形成一絕緣層全面覆蓋源極及汲極；於絕緣層中形成至少一開口暴露出源極之該部分及汲極之該部分。

根據本發明一實施方式，形成圖形絕緣層步驟包含：形成一絕緣層全面覆蓋源極及汲極；於絕緣層中形成一第一開口及一第二開口分別露出源極之該部分及該汲極之該部分。

本發明之另一態樣為提供一種薄膜電晶體，其包含源極及汲極、圖形絕緣層、氧化物半導體層、閘極與閘介電層。圖形絕緣層局部覆蓋源極及汲極，其中圖形絕緣層具有至少一開口露出一部分源極及一部分汲極。氧化物半導 體層接觸源極之該部分及汲極之該部分。閘介電層位於氧化物半導體層與閘極之間。

根據本發明一實施方式，開口大致對準閘極。

根據本發明一實施方式，圖形絕緣層只具有一開口，該開口之長度大於源極及汲極之一間距。

根據本發明一實施方式，閘介電層位於源極及汲極之下。根據本發明一實施方式，開口包含一第一開口及一第二開口分別露出源極之該部分及汲極之該部分。

根據本發明一實施方式，閘介電層位於源極及汲極之上。

本發明之實施方式是先形成一圖形絕緣層局部覆蓋源極及汲極，再依序形成氧化物半導體層接觸暴露出的部分源極及部分汲極，以及進行退火製程。如此一來，在進行退火製程時，源極及汲極被圖形絕緣層及氧化物半導體層所覆蓋而完全未露出，故可避免源極及汲極發生氧化。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

第1圖係顯示本發明一實施方式之薄膜電晶體基板之 製造方法的流程圖。第2A圖係顯示依照本發明一實施方式之薄膜電晶體基板的上視示意圖。其中，薄膜電晶體基板的電路佈局(layout)可作適當的變動，並不限於第2A圖例示者。第2B圖係顯示沿第2A圖之2B-2B'線段的薄膜電晶體的剖面示意圖。一般而言，薄膜電晶體的類型例如為頂閘型或底閘型。在底閘型薄膜電晶體的類型中，閘極是位於半導體層之下方；在頂閘型薄膜電晶體的類型中，閘極是位於半導體層之上方。第2A-2B圖例示者為底閘型的薄膜電晶體，但不以此為限。

在步驟10中，提供一基材110，如第2B圖所示。基材110需具有足夠的機械強度，其可例如為玻璃、石英、透明高分子材料或其他合適的材質。

在步驟20中，形成一閘極120於基材110，如第2A-2B圖所示。如第2A圖所示，於形成閘極120時，可同時形成多條相互平行的掃描線SL於基材110上。當然，也可同時形成共通電極線(未繪示)於基材110上。共同電極線可平行於掃描線SL之延伸方向。例如可利用濺鍍(sputtering)、蒸鍍(evaporation)製程或其他薄膜沉積技術先形成一層金屬層(未繪示)於基材110上，再利用微影蝕刻製程形成閘極120與掃描線SL。

在步驟30中，形成閘介電層130覆蓋閘極120，如第2B圖所示。當然，閘介電層130也可覆蓋多條掃描線SL。閘介電層130可為單層或多層結構，其材料可包含有機介電材、無機介電材或上述之組合。有機介電材料例如為聚亞醯胺(Polyimide,PI)、其他適合的材料或上述之組合；無機 介電材料例如為氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、其他適合的材料或上述之組合。可利用化學氣相沉積法(chemical vapor deposition,CVD)或其他合適的薄膜沉積技術形成閘介電層130。

在步驟40中，形成源極140a及汲極140b於閘介電層130上，如第2A-2B圖所示。如第2A圖所示，於形成源極140a及汲極140b時，可同時形成多條相互平行的資料線DL。資料線DL與掃描線SL相互垂直交錯，以定義基材110之多個次畫素區。例如可利用濺鍍(sputtering)、蒸鍍(evaporation)製程或其他薄膜沉積技術先形成一層金屬層(未繪示)於閘介電層130上，再利用微影蝕刻製程形成源極140a、汲極140b與資料線DL。閘極120、源極140a及汲極140b可為單層或多層結構，其材料可為金屬或金屬化合物。金屬材料包含鉬(Mo)、鉻(Cr)、鋁(Al)、釹(Nd)、鈦(Ti)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、鋅(Zn)、銦(In)、鎵(Ga)、其他合適的材料或上述的組合。金屬化合物材料包含金屬合金、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氮氧化物、其他合適的材料或上述的組合。

在步驟50中，形成圖形絕緣層150局部覆蓋源極140a及汲極140b，並暴露出一部分的源極140a及一部分的汲極140b，如第2B圖所示。當然，圖形絕緣層150可全面覆蓋與源極140a、汲極140b同層的資料線DL。圖形絕緣層150係用以保護源極140a、汲極140b及同層的其他元件(如資料線DL)不受後續退火製程(即步驟70)影響而氧化。因此，汲極140b與透明電極的接觸阻抗、資料線DL 的阻抗等將不會受到退火製程影響。圖形絕緣層150的材質可為單層或多層結構，其材料可包含耐高溫的有機介電材、無機介電材或上述之組合。有機介電材料例如為聚亞醯胺(Polyimide,PI)、其他適合的材料或上述之組合；無機介電材料例如為氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、其他適合的材料或上述之組合。

在一實施方式中，形成圖形絕緣層150步驟包含先形成一絕緣層(未繪示)全面覆蓋源極140a及汲極140b，再於絕緣層中形成至少一開口150'暴露出部分源極140a及部分汲極140b，如第2B圖所示。開口150'的位置係為氧化物半導體預定與源極140a、汲極140b接觸的區域。例如可利用化學氣相沉積法(chemical vapor deposition,CVD)或其他合適的薄膜沉積技術形成絕緣層(未繪示)，再利用微影蝕刻製程形成開口150'。

在另一實施方式中，如第3圖所示，先形成一絕緣層(未繪示)全面覆蓋源極140a及汲極140b，再於絕緣層中形成一第一開口150'a與一第二開口150'b分別露出一部分源極140a及一部分汲極140b。當然，於實際應用中，圖形絕緣層150的開口數量及位置不限於第2B圖及第3圖例示者。

在步驟60中，形成氧化物半導體層160接觸源極140a之該部分及汲極140b之該部分，如第2A-2B圖所示。氧化物半導體層160可為單層或多層結構，其材質可例如為氧化鋅(ZnO)、氧化鋅錫(ZnSnO)、氧化鉻錫(CdSnO)、氧化鎵錫(GaSnO)、氧化鈦錫(TiSnO)、氧化銦鎵鋅(InGaZnO)、氧化銦鋅(InZnO)、氧化銅鋁(CuAlO)、氧化鍶銅(SrCuO)、 硫氧化鑭銅(LaCuOS)、其他適合的材料或上述之組合。例如可使用濺鍍(Sputtering)製程先形成氧化物半導體材料層(未繪示)全面覆蓋圖形絕緣層150、源極140a之該部分與汲極140b之該部分，再進行微影蝕刻製程形成氧化物半導體層160。

在步驟70中，對氧化物半導體層160進行退火製程。具體而言，是將包含氧化物半導體層160與被覆有圖形絕緣層150的源極140a及汲極140b的層疊結構置入一高溫爐中進行退火處理，而可得到電性較為穩定的氧化物半導體層160。退火製程的溫度例如為約350℃至約400℃。

值得一提的是，由於本發明之實施方式是依序形成源極140a及汲極140b、形成圖形絕緣層150、形成氧化物半導體層160以及進行退火製程，故退火完成的氧化物半導體層160不會直接接觸濕製程，而能夠避免氧化物半導體層160的電性受到濕製程影響。

在步驟80中，形成保護層170覆蓋圖形絕緣層150與氧化物半導體層160，如第2B圖所示。保護層170具有一接觸孔170'暴露出一部分的汲極140b。保護層170為單層或多層結構，其材料可包含有機介電材、無機介電材或上述之組合，請參考上述閘介電層130所例示的材料。例如可利用化學氣相沉積法(chemical vapor deposition,CVD)或其他合適的薄膜沉積技術形成保護材料層(未繪示)，再利用微影蝕刻製程形成接觸孔170'。

在步驟90中，形成透明電極180於保護層170上及接觸孔170'中，使透明電極180連接汲極140b，如第2A-2B 圖所示。透明電極180可為單層或多層結構，其材料可例如為氧化銦錫(ITO)、氧化鉿(HfOx)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋁錫(ATO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化銦鈦(ITiO)、氧化銦鉬(IMO)或其他透明導電材料。例如可先以濺鍍(Sputtering)製程或其他薄膜沉積技術形成一層透明導電層(未繪示)於保護層170上，再利用微影蝕刻製程形成透明電極180。

第4圖係顯示依照本發明又一實施方式之頂閘型的薄膜電晶體的剖面示意圖。本方法是於形成氧化物半導體層後再依序形成閘介電層與閘極。本製造方法依序包含下列步驟。首先，形成源極140a及汲極140b於一基材110上。形成圖形絕緣層150局部覆蓋源極140a及汲極140b，且暴露出一部分源極140a及一部分汲極140b。形成氧化物半導體層160接觸源極140a之該部分及汲極140b之該部分。形成閘介電層130覆蓋氧化物半導體層160與圖形絕緣層150。形成閘極120於閘介電層130上。形成保護層170覆蓋閘極120，其保護層170具有一接觸孔170'暴露出一部分的汲極140b。形成透明電極180於保護層170上以及接觸孔170'中。

本發明之另一態樣提供一種薄膜電晶體，其包含源極140a及汲極140b、圖形絕緣層150、氧化物半導體層160、閘極120與閘介電層130，如第2B、3、4圖所示。薄膜電晶體可為第2B、3圖所例示之底閘型(即閘介電層130位於源極140a及汲極140b之下)薄膜電晶體或第4圖所例示之頂閘型(即閘介電層130位於源極140a及汲極140b之上)薄膜電晶體。

圖形絕緣層150局部覆蓋源極140a及汲極140b，其中圖形絕緣層150具有至少一開口150'露出一部分源極140a及一部分汲極140b，如第2B圖與第4圖所示。

在本實施方式中，開口150'大致對準閘極，如第2B圖與第4圖所示。開口的長度d大於源極140a及汲極140b之間距L。L即為通道長度(channel length)。

在另一實施方式中，如第3圖所示，開口包含一第一開口150'a及一第二開口150'b分別露出源極140a之該部分及汲極140b之該部分。在此不限間距L與第一開口150'a之長度d1或第二開口150'b之長度d2之間的比例關係。

如第2B、3、4圖所示，氧化物半導體層160覆蓋於圖形絕緣層150上，並接觸源極140a之該部分及汲極140b之該部分。如此一來，在進行退火製程時，源極140a及汲極140b被圖形絕緣層150及氧化物半導體層160所覆蓋而完全未露出，故可避免源極140a及汲極140b發生氧化。

在一實施方式中，包含本發明實施方式之薄膜電晶體的基板可與對向基板(未繪示)及顯示介質層(未繪示)構成一顯示面板。顯示面板例如為非自發光顯示器(non-self-emissive display)或自發光顯示器(self-emissive display)，但不限於此。

綜上所述，本發明之實施方式藉由圖形絕緣層保護源極、汲極及同層的元件。如此一來，在進行退火製程時，源極、汲極及同層的元件因未直接暴露於高溫爐中，而可避免其發生氧化，進而影響阻抗及訊號傳輸，而能夠有效解決習知技術領域中所遭遇的問題。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10、20、30、40、50、60、70、80、90‧‧‧步驟

110‧‧‧基材

120‧‧‧閘極

130‧‧‧閘介電層

140a‧‧‧源極

140b‧‧‧汲極

150‧‧‧圖形絕緣層

150'‧‧‧開口

150'a‧‧‧第一開口

150'b‧‧‧第二開口

160‧‧‧氧化物半導體

170‧‧‧保護層

170'‧‧‧接觸孔

180‧‧‧透明電極

d‧‧‧開口長度

d1‧‧‧第一開口之長度

d2‧‧‧第二開口之長度

DL‧‧‧資料線

L‧‧‧源極及汲極之間距

SL‧‧‧掃描線

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係顯示本發明一實施方式之薄膜電晶體基板之製造方法的流程圖。

第2A圖係顯示依照本發明一實施方式之薄膜電晶體基板的上視示意圖。

第2B圖係顯示沿第2A圖之2B-2B'線段的薄膜電晶體的剖面示意圖。

第3圖係顯示依照本發明另一實施方式之薄膜電晶體的剖面示意圖。

第4圖係顯示依照本發明又一實施方式之薄膜電晶體的剖面示意圖。

110‧‧‧基材

120‧‧‧閘極

130‧‧‧閘介電層

140a‧‧‧源極

140b‧‧‧汲極

150‧‧‧圖形絕緣層

150'‧‧‧開口

160‧‧‧氧化物半導體

170‧‧‧保護層

170'‧‧‧接觸孔

180‧‧‧透明電極

d‧‧‧開口長度

L‧‧‧源極及汲極之間距

Claims (12)

1. 一種薄膜電晶體之製造方法，包含下列步驟：提供一源極及一汲極；形成一圖形絕緣層於該源極及該汲極上，並局部覆蓋該源極及該汲極，並暴露出部分該源極及部分該汲極；形成一氧化物半導體層於該圖形絕緣層上，並接觸該源極之該部分及該汲極之該部分；提供一閘極；以及提供位於該氧化物半導體層與該閘極間之一閘介電層。
2. 如請求項1所述之製造方法，更包含於形成該氧化物半導體層步驟後，進行一退火步驟。
3. 如請求項1所述之製造方法，其中提供該閘介電層步驟係於提供該源極及該汲極步驟前進行。
4. 如請求項1所述之製造方法，其中提供該閘介電層步驟係於提供該源極及該汲極步驟後進行。
5. 如請求項1所述之製造方法，其中形成該圖形絕緣層步驟包含：形成一絕緣層全面覆蓋該源極及該汲極；以及 於該絕緣層中形成至少一開口暴露出該源極之該部分及該汲極之該部分。
6. 如請求項1所述之製造方法，其中形成該圖形絕緣層步驟包含：形成一絕緣層全面覆蓋該源極及該汲極；以及於該絕緣層中形成一第一開口及一第二開口分別露出該源極之該部分及該汲極之該部分。
7. 一種薄膜電晶體，包含：一源極及一汲極；一圖形絕緣層，位於該源極及該汲極上，並局部覆蓋該源極及該汲極，其中該圖形絕緣層具有至少一開口露出部分該源極及部分該汲極；一氧化物半導體層，位於該圖形絕緣層上，並接觸該源極之該部分及該汲極之該部分；一閘極；以及一閘介電層，位於該氧化物半導體層與該閘極之間。
8. 如請求項7所述之薄膜電晶體，其中該開口大致對準該閘極。
9. 如請求項7所述之薄膜電晶體，其中該圖形絕緣層只具有一開口，該開口之長度大於該源極及該汲極之一 間距。
10. 如請求項7所述之薄膜電晶體，其中該閘介電層位於該源極及該汲極之下。
11. 如請求項7所述之薄膜電晶體，其中該開口包含一第一開口及一第二開口分別露出該源極之該部分及該汲極之該部分。
12. 如請求項7所述之薄膜電晶體，其中該閘介電層位於該源極及該汲極之上。