CN100337316C - 薄膜晶体管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种薄膜晶体管的制造方法，包括下列步骤：提供一绝缘基底；在该绝缘基底上形成一栅极金属层；光刻该栅极金属层以形成位于该绝缘基底上的栅极；在该栅极和该绝缘基底上依序形成一栅极绝缘层、一非晶硅层、一掺杂非晶硅层和一源/漏极金属层，该源/漏极金属层是钼或钼合金；对该源/漏极金属层、掺杂非晶硅层和非晶硅层光刻以形成一源/漏极和一沟槽；在具有该源极、漏极和沟槽的绝缘基底上形成一钝化层；光刻该钝化层以形成一钝化层图案；在具有该源极、漏极、沟槽和该钝化层图案的绝缘基底上形成一导电层；光刻该导电层以形成一像素电极。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种薄膜晶体管及其制造方法，特别涉及一种用于液晶显示装置的薄膜晶体管及其制造方法。
【背景技术】
传统的用于液晶显示装置的薄膜晶体管结构上一般包括一基底、一位于基底上的栅极、一栅极绝缘层、一位于栅极绝缘层上的非晶硅层、一位于非晶硅层两侧上的掺杂非晶硅层、一位于掺杂非晶硅层与栅极绝缘层上的源极与漏极。
薄膜晶体管的传统制造流程如图1所示，该制造方法采用五道光罩工艺，包括以下步骤：
(1)提供一绝缘基底，在该绝缘基底上依序形成一栅极金属层和一第一光阻层(步骤10)；
(2)以第一道光罩光刻工艺对该栅极金属层进行蚀刻，进而定义出一栅极图案，移除第一光阻层(步骤11)；
(3)在具有该栅极的绝缘基底上形成一栅极绝缘层、一非晶硅层、一掺杂非晶硅层和一第二光阻层(步骤12)；
(4)以第二道光罩光刻工艺对该掺杂非晶硅层和该非晶硅层进行蚀刻，进而定义出一掺杂非晶硅图案和一非晶硅图案，移除第二光阻层(步骤13)；
(5)在该基底和该掺杂非晶硅图案上形成一源/漏极金属层和一第三光阻层(步骤14)；
(6)以第三道光罩光刻工艺对该源/漏极金属层和该掺杂非晶硅层进行蚀刻，进而定义出一源极、一漏极和一沟槽，移除第三光阻层(步骤15)；
(7)在具有该栅极、源极和漏极的绝缘基底上形成一钝化层和一第四光阻层(步骤16)；
(8)以第四道光罩光刻工艺对该钝化层进行蚀刻，进而定义出一钝化层图案，移除第四光阻层(步骤17)；
(9)在具有该栅极、源极、漏极和钝化层图案的绝缘基底上形成一导电层和一第五光阻层(步骤18)；
(10)以第五道光罩光刻工艺对该导电层进行蚀刻，进而定义出一导电层图案，即像素电极图案，移除第五光阻层(步骤19)。
由于该方法需要较多光罩工艺，而光罩工艺通常比较复杂，成本较高，而且源/漏极金属层通常采用单层金属铬、钼/铝/钛多层结构或者钛/铝/钛多层结构，由于铬只能采用湿蚀刻工艺，而掺杂非晶硅层可采用湿蚀刻工艺或者干蚀刻工艺，不同层的蚀刻工艺通常需采用不同的蚀刻溶液或者改用蚀刻气体，因而在制造源/漏极过程中蚀刻条件变化较大，工艺复杂，常导致良率下降；而且铬阻抗较大，当与数据线(Data Line)连接时会导致数据线阻抗增加，影响薄膜晶体管的电气性能；而铝金属在进行干蚀刻时，采用氯气(Cl2)作为蚀刻气体，蚀刻工艺的残留气体与空气接触生成氯化氢(HCl)气体，而氯化氢具有较强的腐蚀性，会腐蚀薄膜晶体管的其它结构，衍生铝腐蚀(Al-Corrosion)的问题，从而降低良率。
【发明内容】
为克服现有技术薄膜晶体管的制造方法复杂、成本较高而且良率较低的缺陷，本发明提供一种制造方法简单、成本较低而且良率较高的薄膜晶体管的制造方法。
为克服现有技术薄膜晶体管电气性能较差的缺陷，本发明提供一种电气性能较佳的薄膜晶体管。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：提供一种薄膜晶体管的制造方法，包括下列步骤：提供一绝缘基底；在该绝缘基底上形成一栅极金属层；光刻该栅极金属层以形成位于该绝缘基底上的栅极；在该栅极和该绝缘基底上依序形成一栅极绝缘层、一非晶硅层、一掺杂非晶硅层和一源/漏极金属层，该源/漏极金属层是钼或钼合金；通过光刻在该源/漏极金属层对应于栅极位置处形成一光阻层结构以及在该光阻层结构上形成一凹槽，通过蚀刻工艺依次除去未覆盖光阻的源/漏极金属层，掺杂非晶硅层和非晶硅层从而分别形成源/漏极金属图案和掺杂非晶硅图案以及非晶硅图案，且一并去除凹槽内对应的光阻，再通过蚀刻移除凹槽内对应的源/漏极金属层，掺杂非晶硅层从而形成一源/漏极与一沟槽；在具有该源极、漏极和沟槽的绝缘基底上形成一钝化层；光刻该钝化层以形成一钝化层图案；在具有该源极、漏极、沟槽和该钝化层图案的绝缘基底上形成一导电层；光刻该导电层以形成一像素电极。
其中该钼合金是钼钨合金或者钼铌合金。
本发明解决技术问题的技术方案是：提供一种薄膜晶体管，包括一绝缘基底、一位于该绝缘基底上的栅极、一位于该栅极上的栅极绝缘层、一位于栅极绝缘层上的沟道层、分别位于沟道层两侧上的源/漏极欧姆层、一位于源/漏极欧姆层上的源极和漏极，其中该源/漏极为一材料是钼或钼合金的单层结构。
其中该钼合金是钼钨合金或者钼铌合金。
与现有技术相比，本发明的薄膜晶体管制造方法采用四道光罩工艺，光罩次数减少，工艺简化，可有效降低成本；采用钼金属或钼合金制作源/漏极，由于钼在蚀刻制程中既可采用干蚀刻制程也可采用湿蚀刻制程，于是在薄膜晶体管的制造过程中，可采用干蚀刻制程对该源/漏极金属层和掺杂非晶硅层进行蚀刻，仅需改变蚀刻气体，从而可以简化制程，提高良率；另一方面，采用单层钼或者钼合金作为源/漏极金属层，还可避免铝金属在干蚀刻工艺衍生的铝腐蚀问题。
与现有技术相比，本发明的薄膜晶体管的源/漏极材料是钼或钼合金，由于钼金属与钼合金的阻抗比传统的源/漏极材料铬金属阻抗小，与数据线连接时数据线的接触阻抗相应较小，从而薄膜晶体管的电气性能更佳。
【附图说明】
图1是一种现有技术薄膜晶体管的制造方法流程图。
图2是本发明薄膜晶体管的制造方法的流程图。
图3是采用图2所示薄膜晶体管的制造方法的流程形成栅极金属层的示意图。
图4是采用图2所示薄膜晶体管的制造方法的流程形成栅极的示意图。
图5是采用图2所示薄膜晶体管的制造方法的流程依序形成栅极绝缘层、非晶硅层、掺杂非晶硅层和源/漏极金属层的示意图。
图6是采用图2所示薄膜晶体管的制造方法的流程狭缝光照之后所形成结构的示意图。
图7是采用图2所示薄膜晶体管的制造方法的流程形成源/漏极金属图案的示意图。
图8是采用图2所示薄膜晶体管的制造方法的流程形成掺杂非晶硅图案和非晶硅图案的示意图。
图9是采用图2所示薄膜晶体管的制造方法的流程光阻结构被多次侵蚀之后所形成结构的示意图。
图10是采用图2所示薄膜晶体管的制造方法的流程形成沟槽和源/漏极的示意图。
图11是采用图2所示薄膜晶体管的制造方法的流程形成钝化层的示意图。
图12是采用图2所示薄膜晶体管的制造方法的流程形成钝化层图案的示意图。
图13是采用图2所示薄膜晶体管的制造方法的流程形成像素电极的示意图。
【具体实施方式】
本发明薄膜晶体管制造方法的制造流程如图2所示，主要包括下列步骤：提供一绝缘基底，在该绝缘基底上形成一栅极金属层(步骤20)；形成栅极图案(步骤21)；依序形成一栅极绝缘层、一非晶硅层、一掺杂非晶硅层、一源/漏极金属层(步骤22)；狭缝光照(步骤23)；形成一源/漏极金属图案(步骤24)；形成掺杂非晶硅图案和非晶硅图案(步骤25)；形成源/漏极和沟槽(步骤26)；形成钝化层(步骤27)；形成钝化层图案(步骤28)；形成导电层(步骤29)；形成像素电极(步骤290)。
该薄膜晶体管的制造方法具体如图3至图13所示，具体制造过程包括：
(1)形成一栅极金属层(步骤20)；
请参阅图3，提供一绝缘基底31，比如玻璃，在该绝缘基底31上形成一栅极金属层32，该栅极金属层32是铝。在该栅极金属层32上形成一第一光阻层33。该绝缘基底31还可以是石英或者陶瓷等绝缘材料；该栅极金属层32可以是铬、钼、钨或者铊等金属及其硅化物。
(2)形成栅极图案(步骤21)；
请参阅图4，以第一道光罩工艺的图案对准该第一光阻层33上方，以紫外光平行照射该第一光阻层33，从而可在该第一光阻层33上形成一预定图案，对该栅极金属层32蚀刻以形成预定图案的栅极42。移除剩余的第一光阻层33，清洗后烘干基底31。该紫外光也可以采用X光、电子束或者离子束等代替。
(3)依序形成一栅极绝缘层、一非晶硅层、一掺杂非晶硅层、一源/漏极金属层和一第二光阻层(步骤22)；
请参阅图5，用化学气相沉积方法，反应气体是硅烷(SiH4)与氨气(NH3)，形成由氮化硅(SiNx)构成的栅极绝缘层51；再用化学气相沉积方法，反应气体是四氯化硅(SiCl4)与氢气(H2)，在栅极绝缘层51上形成非晶硅层52；该非晶硅层52作为该薄膜晶体管的沟道层。
采用离子植入工艺在非晶硅层52上形成掺杂非晶硅层53，该掺杂非晶硅层53作为该薄膜晶体管的源/漏极欧姆层，该掺杂非晶硅层53中的杂质可以是磷离子(或者氮离子)，以便形成N型晶体管(或者P型晶体管)。
在该掺杂非晶硅层53上溅镀一源/漏极金属层54和一第二光阻层55，该源/漏极金属层54是钼金属或者钼合金。该源/漏极金属层54也可以采用电子束蒸镀或者沉积等方式形成。
(4)狭缝光照(步骤23)；
以狭缝光罩工艺(第二道光罩工艺)对该第二光阻层55进行曝光显影，移除部分光阻层，可获得如图6所示的光阻层结构65和一凹槽650，该凹槽650对应狭缝处，曝光程度较轻，因此蚀刻第二光阻层55后可获得一凹槽650，该凹槽650处对应的光阻层较其它剩余的光阻层厚度小。
(5)形成一源/漏极金属图案(步骤24)；
请参阅图7，对该源/漏极金属层54进行湿蚀刻，移除该光阻层结构65未覆盖的源/漏极金属层54部分，形成一源/漏极金属图案74。
(6)形成掺杂非晶硅图案和非晶硅图案(步骤25)；
请一起参阅图8，对该掺杂非晶硅层53和该非晶硅层52进行干蚀刻，以移除该源/漏及金属图案74未覆盖部分的掺杂非晶硅和非晶硅，形成一掺杂非晶硅图案83和一非晶硅图案82。
由于以上过程经多次蚀刻，每次蚀刻过程均对该光阻结构65造成侵蚀，使得该光阻结构65不断剥落，凹槽650对应光阻层不断变薄，当形成一掺杂非晶硅图案83和一非晶硅图案82后，凹槽650所对应处的光阻已经完全消失，对应该凹槽650的源/漏极金属图案74完全暴露出来，形成如图9所示的光阻结构65和凹槽650。
(7)形成源/漏极和沟槽(步骤26)；
请一起参阅图10，对该源/漏极金属图案74和该掺杂非晶硅图案83进行蚀刻，移除凹槽650对应的金属，形成源极741和漏极742，进一步对该凹槽650对应的掺杂非晶硅深蚀刻，移除该凹槽650对应的掺杂非晶硅，形成一沟槽105，移除剩余的光阻结构65。
(8)形成钝化层(步骤27)；
请参阅图11，在具有该源极741、漏极742、沟槽105的绝缘基底31上形成一钝化层110和一第三光阻层111。
(9)形成钝化层图案(步骤28)；
请参阅图12，以第三道光罩工艺的图案对准该第三光阻层111上方，以紫外光平行照射该第三光阻层111，从而可在该第三光阻层111上形成一预定图案，对该钝化层110蚀刻以形成预定图案的钝化层图案110。移除剩余的第三光阻层111。
(10)形成导电层(步骤29)；形成像素电极(步骤290)。
请参阅图13，在具有该源极741、漏极742、沟槽105和钝化层图案110的绝缘基底31上形成一导电层120和一第四光阻层。该导电层120通常是铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)。
以第四道光罩工艺的图案对准该第四光阻层上方，以紫外光平行照射该第四光阻层，从而可在该第四光阻层上形成一预定图案，对该导电层120蚀刻以形成预定图案的导电层图案120，即为像素电极。移除剩余的第四光阻层。
经过上述制造过程，可获得如图13所示的薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括一绝缘基底31、一位于该绝缘基底上的栅极42、一位于该栅极上的栅极绝缘层51、一位于栅极绝缘层上的沟道层82、分别位于沟道层82两侧上的源/漏极欧姆层83、一位于源/漏极欧姆层83上的源极741和漏极742，该源/漏极材料是钼或钼合金。
该制造方法采用四道光罩工艺，光罩次数减少，工艺简化，可有效降低成本；源/漏极金属层54采用单层钼金属或者钼合金，如钼钨合金(90％钼、10％钨，阻抗为13～14mΩ·cm)或钼铌合金(90％钼、10％铌，阻抗为15～17mΩ·cm)等，由于钼或者钼合金在蚀刻工艺中既可采用干蚀刻工艺也可采用湿蚀刻工艺，从而可采用干蚀刻工艺对该源/漏极金属层54、掺杂非晶硅层53和该非晶硅层52在同一反应腔中进行蚀刻，仅需变化蚀刻气体即可实现，从而可以进一步简化工艺，提高良率；另一方面，由于钼金属(阻抗为12～13mΩ·cm)和钼合金的阻抗均比铬金属的阻抗20～22mΩ·cm小，与数据线连接时可使得数据线的接触阻抗相应减小，改善薄膜晶体管的电气性能；采用单层钼金属或者钼合金作为源/漏极金属层，可避免铝金属在于蚀刻工艺衍生的铝腐蚀问题。
Claims (10)
1.一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于：该制造方法包括下列步骤：提供一绝缘基底；在该绝缘基底上形成一栅极金属层；光刻该栅极金属层以形成位于该绝缘基底上的栅极；在该栅极和该绝缘基底上依序形成一栅极绝缘层、一非晶硅层、一掺杂非晶硅层和一源/漏极金属层，该源/漏极金属层是钼或钼合金；通过光刻在该源/漏极金属层对应于栅极位置处形成一光阻层结构以及在该光阻层结构上形成一凹槽，通过蚀刻工艺依次除去未覆盖光阻的源/漏极金属层，掺杂非晶硅层和非晶硅层从而分别形成源/漏极金属图案和掺杂非晶硅图案以及非晶硅图案，且一并去除凹槽内对应的光阻，再通过蚀刻移除凹槽内对应的源/漏极金属层，掺杂非晶硅层从而形成一源/漏极与一沟槽；在具有该源极、漏极和沟槽的绝缘基底上形成一钝化层；光刻该钝化层以形成一钝化层图案；在具有该源极、漏极、沟槽和该钝化层图案的绝缘基底上形成一导电层；光刻该导电层以形成一像素电极。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管制造方法，其特征在于：该钼合金是钼钨合金或者钼铌合金。
3.如权利要求2所述的薄膜晶体管制造方法，其特征在于：该钼钨合金的成分是钼钨质量比为9∶1。
4.如权利要求2所述的薄膜晶体管制造方法，其特征在于：该钼铌合金的成分是钼铌质量比为9∶1。
5.如权利要求1所述的薄膜晶体管制造方法，其特征在于：该源/漏极金属层蚀刻是采用干蚀刻工艺或者湿蚀刻工艺。
6.如权利要求1所述的薄膜晶体管制造方法，其特征在于：该掺杂非晶硅层与该非晶硅层蚀刻是采用干蚀刻工艺。
7.一种薄膜晶体管，包括一绝缘基底、一位于该绝缘基底上的栅极、一位于该栅极上的栅极绝缘层、一位于栅极绝缘层上的沟道层、分别位于沟道层两侧上的源/漏极欧姆层、一位于源/漏极欧姆层上的源极和漏极，其特征在于：该源/漏极为一材料是钼或钼合金的单层结构。
8.如权利要求7所述的薄膜晶体管，其特征在于：该钼合金是钼钨合金或者钼铌合金。
9.如权利要求8所述的薄膜晶体管，其特征在于：该钼钨合金的成分是钼钨质量比为9∶1。
10.如权利要求8所述的薄膜晶体管，其特征在于：该钼铌合金的成分是钼铌质量比为9∶1。
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