CN100353565C

CN100353565C - 薄膜晶体管元件及其制造方法

Info

Publication number: CN100353565C
Application number: CNB2004101002424A
Authority: CN
Inventors: 甘丰源; 林汉涂
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2004-12-13
Filing date: 2004-12-13
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2024-12-13
Also published as: CN1622340A

Abstract

提供了一种薄膜晶体管元件及其制造方法。一金属栅极，形成于部分的一玻璃基板上方。一氧化钒层，形成于金属栅极与基板之间以及/或形成于金属栅极与栅极绝缘层之间。一栅极绝缘层，形成于氧化钒层上。一半导体层，形成于栅极绝缘层上。一源极与一漏极，形成于部分半导体层上。根据本发明，金属栅极与玻璃基板之间的附着性可通过氧化钒层而获得改善。还有，当在进行后续的淀积绝缘层的等离子工艺时，金属栅极能通过氧化钒层的保护而不会受到损伤。

Description

薄膜晶体管元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管元件(thin film transistor，TFT)及其制造方法，特别涉及一种薄膜晶体管元件中栅极结构及其制造方法。

背景技术

底栅极型(bottom-gate type)薄膜晶体管元件目前已经被广泛地应用于薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)中。请参阅图1，其显示传统的底栅极型薄膜晶体管结构100。该薄膜晶体管结构100包含有一玻璃基板110、一金属栅极120、一栅极绝缘层130、一沟道层(channel layer)140、一欧姆接触层150以及一源/漏极层160、170。

随着TFT-LCD的尺寸增加，包含薄膜晶体管栅极的金属栅极线(metalgate line)就必须要符合低电阻的要求。由于铜和铜合金材料具有相当低的电阻，所以是用来作为栅极材料的最佳选择。然而，铜材料和玻璃基板之间的附着性(adhesion)不佳，而且铜元素也会扩散到绝缘层(例如SiO₂层)内，而影响元件品质。而且，由于铜材料容易变形，所以特别是在进行膜淀积的等离子工艺(例如是等离子加强化学汽相淀积，PECVD)中，铜材料会和等离子工艺中的气体反应而造成铜材料表面粗糙(roughness)以及增加阻值等不良影响。

在美国专利第6165917号中，Batey等人揭示了一种钝化(passivation)铜层的方法。该方法是淀积一层不含氨(ammonia-free)的氮化硅层覆盖铜栅极，用以当作是铜栅极的盖层(cap layer)。

在美国专利早期公开第2002/0042167号中，Chae等人揭示了一种薄膜晶体管结构。该方法是先形成例如是Ta或Cr或Ti或W层的第一金属层于玻璃基板上，然后再形成当作第二金属层的铜层于第一金属层上，接着经由热处理而使第一金属层氧化并扩散至铜层表面，因而构成一栅极结构。

在美国专利第6562668号中，Jang等人揭示了一种薄膜晶体管结构。该方法是采用氧化铝或氮化铝来当作是铜栅极与玻璃基板之间的黏着层(adhesion layer)，以及铜栅极的盖层。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种薄膜晶体管元件及其制造方法。

为达到上述目的，本发明提供了一种薄膜晶体管元件，包括：一栅极，位于部分的一基板上方；一栅极绝缘层，位于该栅极上方；一氧化钒层，位于该栅极与该基板之间以及/或位于该栅极与该栅极绝缘层之间；一半导体层，位于该栅极绝缘层上；以及一源极与一漏极，位于部分该半导体层上。

为达到上述目的，本发明提供了一种薄膜晶体管元件的制造方法，其步骤至少包括：形成一栅极于部分的一基板上方；形成一栅极绝缘层于该栅极上方；形成一氧化钒层于该栅极与该基板之间以及/或该栅极与该栅极绝缘层之间；形成一半导体层于该栅极绝缘层上；以及形成一源极与一漏极于部分该半导体层上。

根据本发明，金属栅极与玻璃基板之间的附着性可通过氧化钒层而获得改善。还有，当在进行后续的淀积绝缘层的等离子工艺时，金属栅极能通过氧化钒层的保护而不会受到不良影响。如此，本发明能够提高产品可靠度并解决现有问题。

为了让本发明的目的、特征和优点能够明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，做详细说明如下。

附图说明

图1是现有薄膜晶体管结构的剖面示意图；

图2A-2D是根据本发明第一实施例的薄膜晶体管结构的工艺剖面示意图；

图3A-3D是根据本发明第二实施例的薄膜晶体管结构的工艺剖面示意图；以及

图4A-4D是根据本发明第三实施例的薄膜晶体管结构的工艺剖面示意图。

具体实施方式

下述各实施例虽然是通过底栅极型TFT作为说明本发明的范例，实际上本发明也可适用于顶栅极型(top-gate type)TFT。

第一实施例

请参阅图2A-2D，用以说明根据本发明第一实施例的TFT工艺。

请参阅图2A，首先形成一氧化钒层215于一基板210上，该基板210例如是玻璃或石英或透光性聚合物基板。该氧化钒层215例如是由化学汽相淀积法(CVD)或物理汽相淀积法(PVD)所淀积而得。在此举一范例，将该基板210放入反应性离子溅镀(reactive ion sputtering)装置中，以钒金属为靶(target)，然后将氧气和氩气通入反应室内进行溅镀工艺，而淀积该氧化钒层215(其化学式通式为V_xO_y，例如是VO₂或V₂O₅等化学式)于该基板210上。该氧化钒层215的厚度可以是30～1000，而依此实施例的范例的最适当的厚度为50～200。

请参阅图2B，接着将例如是经由溅镀法所淀积的Cu或Al或Mo或Ag或Ag-Pd-Cu或Cr或W或Ti或上述金属的合金的一金属层(未图示)淀积于该氧化钒层215上。之后，通过传统的光刻工艺图案化上述金属层而形成一栅极220。这里要说明的是，由于该栅极220与该基板210之间夹有当作是黏着层的该氧化钒层215，所以增加了该栅极220与该基板210之间的附着力。

请参阅图2C，接着形成一栅极绝缘层230于该基板210上方而覆盖该栅极220与该氧化钒层215。该栅极绝缘层230可以是由氧化硅层或氮化硅层或氮氧化硅层或氧化钽层或氧化铝层所构成，或是由其它具有绝缘及保护功能的有机材料所构成(如：含碳氧类的硅化合物(Si_xO_yC_z)、含碳氢氧类的硅化合物(Si_xO_yC_zH_n)、含碳类的硅化合物(Si_xC_z)、含氟类的碳化合物(C_zF_m)、以硅或碳为中心的星状结构化合物等)。

仍请参阅图2C，然后形成一半导体层(未图示)于该栅极绝缘层230上，其中该半导体层例如包含有经由CVD法所淀积的非晶硅层(amorphoussilicon layer)与经掺杂的硅层(impurity-added silicon layer)。之后，通过传统的光刻工艺图案化上述半导体层而形成一沟道层240以及一欧姆接触层250。其中该欧姆接触层250例如是掺杂n型离子(例如P或As)的硅层或是掺杂p型离子(例如B)的硅层。

请参阅图2D，然后将例如是经由溅镀法所淀积的Al或Mo或Cr或W或Ta或Ti或Ni或上述金属的合金的一金属层(未图示)形成于该欧姆接触层250与该栅极绝缘层230上。之后，通过传统的光刻工艺图案化上述金属层而形成一源极260与一漏极270。其后，以该源极260与该漏极270为掩模，蚀刻去除曝露的欧姆接触层250。如此，就得到了一薄膜晶体管结构200，如图2D所示。

另外，这里要特别说明的是，当本发明应用于TFT-LCD时，由于该薄膜晶体管结构200中的栅极220与面板上的栅极线(gate line)是同时形成的，所以栅极线与基板210之间也可根据本发明工艺而同样夹有氧化钒层。为简化本发明说明，在此不再赘述现有TFT-LCD面板的工艺。

第二实施例

请参阅图3A-3D，用以说明根据本发明第二实施例的TFT工艺。

请参阅图3A，首先形成一栅极320于一基板310上。其中，该基板310例如是玻璃或石英或透光性聚合物基板，而该栅极320例如是经由溅镀法所淀积的Cu或Al或Mo或Ag或Ag-Pd-Cu或Cr或W或Ti或上述金属的合金的一金属层。

请参阅图3B，接着将例如是由CVD或PVD所淀积的一氧化钒层325形成于该基板310与该栅极320上。在此举一范例说明该氧化钒层325的工艺，将包含有该栅极320的该基板310放入反应性离子溅镀(reactive ionsputtering)装置中，以钒金属为靶(target)，然后将氧气和氩气通入反应室内进行溅镀工艺，而淀积该氧化钒层325(其化学式通式为V_xO_y，例如是VO₂或V₂O₅等化学式)覆盖该基板310与该栅极320。该氧化钒层325的厚度可以是30～1000，而依此实施例的范例的最适当的厚度为50～200。

请参阅图3C，接着形成一栅极绝缘层330于该氧化钒层325上。该栅极绝缘层330可以是由氧化硅层或氮化硅层或氮氧化硅层或氧化钽层或氧化铝层所构成，或是由其它具有绝缘及保护功能的有机材料所构成(如：含碳氧类的硅化合物(Si_xO_yC_z)、含碳氢氧类的硅化合物(Si_xO_yC_zH_n)、含碳类的硅化合物(Si_xC_z)、含氟类的碳化合物(C_zF_m)、以硅或碳为中心的星状结构化合物等)。这里要说明的是，由于该栅极320与该栅极绝缘层330之间夹有当作是盖层(cap layer)的该氧化钒层325，所以在进行后续的淀积绝缘层的等离子工艺时，该栅极320能通过氧化钒层325的保护而不会被损伤。

仍请参阅图3C，然后形成一半导体层(未图示)于该栅极绝缘层330上，其中该半导体层例如包含有经由CVD法所淀积的非晶硅层与经掺杂的硅层。之后，通过传统的光刻工艺图案化上述半导体层而形成一沟道层340以及一欧姆接触层350。其中该欧姆接触层350例如是掺杂n型离子(例如P或As)的硅层或是掺杂p型离子(例如B)的硅层。

请参阅图3D，然后将例如是经由溅镀法所淀积的Al或Mo或Cr或W或Ta或Ti或Ni或上述金属的合金的一金属层(未图示)形成于该欧姆接触层350与该栅极绝缘层330上。之后，通过传统的光刻工艺图案化上述金属层而形成一源极360与一漏极370。其后，以该源极360与该漏极370为掩模，蚀刻去除曝露的欧姆接触层350。如此，就得到了一薄膜晶体管结构300，如图3D所示。

另外，这里要特别说明的是，当本发明应用于TFT-LCD时，由于该薄膜晶体管结构300中的栅极320与面板上的栅极线是同时形成的，所以栅极线与栅极绝缘层330之间也可根据本发明工艺而同样夹有氧化钒层。为简化本发明说明，在此不再赘述现有TFT-LCD面板的工艺。

第三实施例

请参阅图4A-4D，用以说明根据本发明第三实施例的TFT工艺。

请参阅图4A，首先形成第一氧化钒层415于一基板410上，该基板410例如是玻璃或石英或透光性聚合物基板。该第一氧化钒层415例如是由CVD或PVD所淀积而得。在此举一范例，将该基板410放入反应性离子溅镀装置中，以钒金属为靶，然后将氧气和氩气通入反应室内进行溅镀工艺，而淀积该第一氧化钒层415(其化学式通式为V_xO_y，例如是VO₂或V₂O₅等化学式)于该基板410上。该第一氧化钒层415的厚度可以是30～1000，而依此实施例的范例的最适当的厚度为50～200。

请参阅图4B，接着将例如是Cu或Al或Mo或Ag或Ag-Pd-Cu或Cr或W或Ti或上述金属的合金的一栅极420淀积于该第一氧化钒层415上。其后，将例如是由CVD或PVD所淀积的第二氧化钒层425形成于该第一氧化钒层415与该栅极420上，其中该第二氧化钒层425的厚度可以是30～1000，而依此实施例的范例的最适当的厚度为50～200。也就是说，本实施例的栅极420被氧化钒层包围住。

请参阅图4C，接着形成一栅极绝缘层430于该第二氧化钒层425上。该栅极绝缘层430可以是由氧化硅层或氮化硅层或氮氧化硅层或氧化钽层或氧化铝层所构成，或是由其它具有绝缘及保护功能的有机材料所构成(如：含碳氧类的硅化合物(Si_xO_yC_z)、含碳氢氧类的硅化合物(Si_xO_yC_zH_n)、含碳类的硅化合物(Si_xC_z)、含氟类的碳化合物(C_zF_m)、以硅或碳为中心的星状结构化合物等)。这里要说明的是，由于该栅极420与该基板410之间夹有当作是黏着层的该第一氧化钒层415，所以增加了该栅极420与该基板410之间的附着力。还有，由于该栅极420与该栅极绝缘层430之间夹有当作是盖层的该第二氧化钒层425，所以在进行后续的淀积绝缘层的等离子工艺时，该栅极420能通过氧化钒层425的保护而不会被损伤。

仍请参阅图4C，然后形成图案化的一半导体层(未标号)于该栅极绝缘层430上，其中该半导体层例如包含有当作是沟道层440的一非晶硅层以及当作是欧姆接触层450的一经掺杂的硅层。其中该欧姆接触层450例如是掺杂n型离子(例如P或As)的硅层或是掺杂p型离子(例如B)的硅层。

请参阅图4D，然后将例如是经由溅镀法所淀积的Al或Mo或Cr或W或Ta或Ti或Ni或上述金属的合金的一金属层(未图示)形成于该欧姆接触层450与该栅极绝缘层430上。之后，通过传统的光刻工艺图案化上述金属层而形成一源极460与一漏极470。其后，以该源极460与该漏极470为掩模，蚀刻去除曝露的欧姆接触层450。如此，就得到了一薄膜晶体管结构400，如图4D所示。

另外，这里要特别说明的是，当本发明应用于TFT-LCD时，由于该薄膜晶体管结构400中的栅极420与面板上的栅极线是同时形成的，所以栅极线也可根据本实施例工艺而被氧化钒层包围。为简化本发明说明，在此不再赘述现有TFT-LCD面板的工艺。

再者，这里要特别说明的是，本发明的氧化钒层也可如同应用于栅极(220、320、420)的结构与工艺那样，而将氧化钒层应用于上述实施例中的该等TFT结构(200、300、400)中的源极(260、360、460)与漏极(270、370、470)的结构与工艺上。譬如，源/漏极上也可形成氧化钒层，使得在进行后续等离子工艺时，源/漏极能通过氧化钒层的保护而不会被损伤。

本发明提供了一种薄膜晶体管元件及其制造方法，其中，形成氧化钒层于金属栅极与玻璃基板之间以及/或于金属栅极与栅极绝缘层之间。

根据本发明，金属栅极与玻璃基板之间的附着性可通过氧化钒层而获得改善。还有，当在进行后续的淀积绝缘层的等离子工艺时，金属栅极能通过氧化钒层的保护而不会受到损伤。

虽然本发明已经以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可作各种修改和变化，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种薄膜晶体管元件，包括：

一栅极，位于部分的一基板上方；

一栅极绝缘层，位于该栅极上方；

一氧化钒层，位于该栅极与该基板之间以及/或位于该栅极与该栅极绝缘层之间；

一半导体层，位于该栅极绝缘层上；以及

一源极与一漏极，位于部分该半导体层上。

2.如权利要求1所述的薄膜晶体管元件，其中该栅极被该氧化钒层包围。

3.如权利要求1所述的薄膜晶体管元件，其中该基板是玻璃基板。

4.如权利要求1所述的薄膜晶体管元件，其中该栅极包含Cu或Al或Mo或Ag或Cr或W或Ti或上述金属的合金。

5.如权利要求4所述的薄膜晶体管元件，其中该栅极包含Ag-Pd-Cu。

6.如权利要求1所述的薄膜晶体管元件，其中该氧化钒层的厚度是30～1000。

7.如权利要求1所述的薄膜晶体管元件，其中该栅极绝缘层包含氧化硅或氮化硅或氮氧化硅或氧化钽或氧化铝。

8.如权利要求1所述的薄膜晶体管元件，其中该栅极绝缘层包含有含碳氧类的硅化合物或含碳氢氧类的硅化合物或含碳类的硅化合物或含氟类的碳化合物或以硅或碳为中心的星状结构化合物。

9.如权利要求1所述的薄膜晶体管元件，其中该半导体层包含硅。

10.如权利要求1所述的薄膜晶体管元件，其中该源极与该漏极包含Al或Mo或Cr或W或Ta或Ti或Ni或上述金属的合金。

11.一种薄膜晶体管元件的制造方法，包括下列步骤：

形成一栅极于部分的一基板上方；

形成一栅极绝缘层于该栅极上方；

形成一氧化钒层于该栅极与该基板之间以及/或该栅极与该栅极绝缘层之间；

形成一半导体层于该栅极绝缘层上；以及

形成一源极与一漏极于部分该半导体层上。

12.如权利要求11所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其中该栅极被该氧化钒层包围。

13.如权利要求11所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其中该基板是玻璃基板。

14.如权利要求11所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其中该栅极包含Cu或Al或Mo或Ag或Cr或W或Ti或上述金属的合金。

15.如权利要求14所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其中该栅极包含Ag-Pd-Cu。

16.如权利要求11所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其中该氧化钒层的厚度是30～1000。

17.如权利要求11所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其中栅极绝缘层包含氧化硅或氮化硅或氮氧化硅或氧化钽或氧化铝。

18.如权利要求11所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其中该栅极绝缘层包含有含碳氧类的硅化合物或含碳氢氧类的硅化合物或含碳类的硅化合物或含氟类的碳化合物或以硅或碳为中心的星状结构化合物。

19.如权利要求11所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其中该半导体层包含硅。

20.如权利要求11所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其中该源极与该漏极包含Al或Mo或Cr或W或Ta或Ti或Ni或上述金属的合金。

21.一种薄膜晶体管元件的制造方法，包括下列步骤：

形成一第一氧化钒层于一玻璃基板上；

形成一金属栅极于部分该第一氧化钒层上；

形成一第二氧化钒层覆盖该金属栅极与该第一氧化钒层；以及

形成包含该金属栅极的一薄膜晶体管结构于该玻璃基板上。

22.如权利要求21所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其中该金属栅极包含Cu或Al或Mo或Ag或Cr或W或Ti或上述金属的合金。

23.如权利要求22所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其中该金属栅极包含 Ag-Pd-Cu。

24.如权利要求21所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其中该第一氧化钒层及/或该第二氧化钒层的厚度是30～1000。

25.如权利要求21所述的薄膜晶体管元件的制造方法，其中形成该薄膜晶体管结构的步骤包括：

依序形成一栅极绝缘层、一半导体层以及一源/漏极于该第二氧化钒层上方。