CN101419916B - 薄膜晶体管的制造方法 - Google Patents

薄膜晶体管的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种薄膜晶体管的制造方法。此方法为在基材上形成栅极、介电层、沟道层与欧姆接触层。然后,在基材上形成覆盖欧姆接触层的金属层,接着利用湿法蚀刻工艺同时蚀刻金属层与欧姆接触层,以形成源极与漏极并露出沟道层。由于使用湿法蚀刻工艺去除欧姆接触层,这种方法可避免伤害沟道层表面,并因此提升元件的可靠度。再者,这种方法因为同时蚀刻金属层和欧姆接触层,缩短整体工艺时间,可提升薄膜晶体管的产率。

Description

薄膜晶体管的制造方法
技术领域
本发明涉及一种薄膜晶体管(thin film transistor,TFT)的制造方法,且特别涉及一种简化工艺步骤的薄膜晶体管的制造方法。
背景技术
近年来,由于半导体工艺技术的进步,薄膜晶体管的制造趋向简易、快速。薄膜晶体管的应用广泛,例如计算机芯片、手机芯片或是薄膜晶体管液晶显示器(thin film transistor liquid crystal displayer,TFT LCD)等。以薄膜晶体管液晶显示器为例,薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFT)主要是用来控制液晶显示器的数据写入,其主要包含栅极(gate)、沟道层(channel)以及源极与漏极(source/drain)等元件。而目前制作薄膜晶体管的步骤一般是以五道掩模来完成栅极、沟道层、源极与漏极、接触孔和像素电极的定义。
图1A至图1E为已知一种薄膜晶体管的制造方法的流程剖面图。请参照图1A,首先在基材100上形成导体层(未绘示)。然后利用第一道掩模(未绘示)配合光刻蚀刻工艺以图案化导体层,形成栅极120。
而后,请参照图1B,在基材100上形成氮化硅层130以覆盖栅极120。续而,在氮化硅层130上依序形成非晶硅层140与n+掺杂非晶硅层150。
之后,请参照图1C,利用第二道掩模(未绘示)配合光刻蚀刻工艺以图案化非晶硅层140与n+掺杂非晶硅层150,形成沟道层160与欧姆接触层170。而后,在基材100上形成金属层180。
续而,请参照图1D,利用第三道掩模(未绘示)配合光刻蚀刻工艺以图案化金属层180,形成源极与漏极190。
而后,请参照图1E,以源极与漏极190为掩模,对欧姆接触层170进行干法蚀刻工艺195,将栅极120上方的欧姆接触层170移除,以暴露出沟道层160。
由于图1E的干法蚀刻工艺195是利用等离子体团的化学反应搭配物理轰击来达到移除的功能,因此往往在移除欧姆接触层170时,也会对沟道层160的表面造成破坏,如产生较多的悬挂键(Dangling Bond),而影响元件的电性,必须再经由退火工艺来修补被破坏的表面。
发明内容
本发明提供一种薄膜晶体管的源极与漏极的制造方法,能提升元件的可靠度。
本发明另提供一种薄膜晶体管的制造方法,能缩短工艺的时间。
本发明提出一种薄膜晶体管的源极与漏极的制造方法,其方法为先提供基材,基材上已形成栅极、介电层、沟道层与欧姆接触层。而后,在基材上形成金属层,金属层覆盖欧姆接触层。接着,利用湿法蚀刻工艺同时蚀刻金属层与欧姆接触层,以形成源极与漏极并露出沟道层。
本发明另提出一种薄膜晶体管的制造方法,其方法为先在基材上形成栅极,而后,在栅极上形成介电层,接着,在栅极上方的介电层上形成沟道层,再在沟道层上形成欧姆接触层,然后,在基材上形成金属层,金属层覆盖欧姆接触层。接着,利用湿法蚀刻工艺同时蚀刻金属层与欧姆接触层,以形成源极与漏极并露出沟道层。
在本发明的实施例中,上述湿法蚀刻工艺所使用的蚀刻液为包括过氧化氢、磷酸以及氢氟酸的水溶液。
在本发明的实施例中,上述蚀刻液中的过氧化氢浓度例如是介于3~30wt.%之间。
在本发明的实施例中,上述蚀刻液中的磷酸浓度例如是介于0.1~10wt.%之间。
在本发明的实施例中,上述蚀刻液中的氢氟酸浓度例如是介于0.05~5wt.%之间。
在本发明的实施例中,上述金属层的材料包括铜、铜合金、钼、或钼合金。
在本发明的实施例中,上述铜合金为包含镁(Mg)、铬(Cr)、钨(W)、钼(Mo)、锰(Mn)、锆(Zr)、钛(Ti)、氮(N)、碳(C)及其混合的合金;钼合金为包含银(Ag)、钽(Ta)、钛(Ti)、铝(Al)、铬(Cr)、镍(Ni)、钨(W)、金(Au)及其混合的合金。
在本发明的实施例中,上述形成金属层的步骤包括形成单一材料层或形成多层结构。
在本发明的实施例中,上述形成的多层结构包括双层结构或三层结构。
在本发明的实施例中,上述双层结构包括铜/钼、铜/钼合金、或铜/铜合金。
在本发明的实施例中,上述三层结构包括钼/铜/钼、钼合金/铜/钼合金、或铜合金/铜/铜合金。
本发明因采用湿法蚀刻工艺蚀刻欧姆接触层,解决了沟道层表面被破坏而影响元件可靠度的问题。且在此方法中,由于同时蚀刻金属层与欧姆接触层,简化了蚀刻欧姆接触层的步骤,因此缩短薄膜晶体管工艺的整体时间,可提升产率。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂,下文特举优选实施例,并配合附图,作详细说明如下。
附图说明
图1A至图1E为已知一种薄膜晶体管的制造方法的流程剖面图。
图2是依照本发明第一实施例的形成薄膜晶体管的源极与漏极的步骤图。
图3A至3D是依照本发明第二实施例的薄膜晶体管的工艺剖面图。
附图标记说明
100:基材                120:栅极
130:氮化硅层            140:非晶硅层
150:n+掺杂非晶硅层      160:沟道层
170、170a:欧姆接触层    180:金属层
190:源极与漏极          195:干法蚀刻工艺
S210~S230:步骤         300:基材
320:栅极                330:介电层
340、360:沟道层         350、370、370a:欧姆接触层
380a、380b:金属层       390:源极与漏极
395:湿法蚀刻工艺
具体实施方式
图2是依照本发明第一实施例的形成薄膜晶体管的源极与漏极的步骤图。
请参照图2,首先,进行步骤S210,提供基材,此基材为制造薄膜晶体管的基材,且基材上已形成栅极、扫描线、介电层、沟道层与欧姆接触层。栅极、扫描线、介电层、沟道层与欧姆接触层的材料及形成方法为所属领域的技术人员所周知,故于此不再赘述。
接着,进行步骤S220,在基材上形成金属层,且金属层覆盖欧姆接触层。金属层的材料包括铜、铜合金、钼、或钼合金,其中,铜合金譬如是包含镁(Mg)、铬(Cr)、钨(W)、钼(Mo)、锰(Mn)、锆(Zr)、钛(Ti)、氮(N)、碳(C)及其混合的合金,而钼合金譬如是包含银(Ag)、钽(Ta)、钛(Ti)、铝(Al)、铬(Cr)、镍(Ni)、钨(W)、金(Au)及其混合的合金。以结构而言,前述金属层例如是单一金属层或是多层结构。多层结构包括双层结构或三层结构,举例来说,双层结构可以是铜/钼、铜/钼合金、或铜/铜合金,而上述三层结构可以是钼/铜/钼、钼合金/铜/钼合金、或铜合金/铜/铜合金。
继而,进行步骤S230,利用湿法蚀刻工艺同时蚀刻金属层与欧姆接触层,以形成源极与漏极并露出沟道层。形成源极与漏极的同时,数据线亦被定义出来。湿法蚀刻工艺所使用的蚀刻液为包括过氧化氢、与过氧化氢搭配的适当弱酸以及氢氟酸的水溶液。蚀刻液中的过氧化氢为主要氧化剂,其浓度例如是介于3~30wt.%之间;与过氧化氢搭配的弱酸例如是磷酸,其浓度例如是介于0.1~10wt.%之间;至于氢氟酸的浓度例如是介于0.05~5wt.%之间。
以下,进行实际的实验测试,以说明利用第一实施例的蚀刻液分别对n+掺杂非晶硅及非晶硅进行蚀刻时,个别的蚀刻率及n+掺杂非晶硅与非晶硅的蚀刻选择比。
<实验步骤>
1.首先进行测试片的制作:测试片是取一般薄膜晶体管工艺中所使用的基材为基材,再在基材上形成一层薄膜。分别为n+掺杂非晶硅膜层测试片与非晶硅膜层测试片。
2.调配蚀刻液:蚀刻液是以8wt.%的过氧化氢、1wt.%的磷酸以及0.08wt.%的氢氟酸均匀混合而形成的。
3.将调配完成的蚀刻液,在约25℃的温度之下,分别对各组测试片进行200秒的蚀刻工艺。
4.比较测试片蚀刻前后的厚度差,来计算蚀刻液对于各种膜层的蚀刻率。
<实验结果>
下表1说明第一实施例的蚀刻液对于n+掺杂非晶硅或非晶硅的蚀刻率,以及对于n+掺杂非晶硅与非晶硅的蚀刻选择比。
表1
膜层种类  蚀刻率(埃/秒) n+掺杂非晶硅与非晶硅的蚀刻选择比
n+掺杂非晶硅  2 2.9
非晶硅  0.7
从表1可以明显地看出,第一实施例的蚀刻液对非晶硅具有较低的蚀刻率,这样的结果证实使用此蚀刻液蚀刻以n+掺杂非晶硅为材料的欧姆接触层时,由于蚀刻液对欧姆接触层下方以非晶硅为材料的沟道层的蚀刻率较低,因此不会破坏沟道层表面,故可提升元件的可靠度。
图3A至3D是依照本发明第二实施例的薄膜晶体管的工艺剖面图。
请参照图3A,先提供基材300,而后,在基材300上形成栅极320与扫描线(未绘示)。基材300例如是硅基材或玻璃基材。栅极320与扫描线的材料例如是铬、钼或其他导体材料。形成栅极320与扫描线的方法例如是先在基材300上沉积一层导体层(未绘示),之后再利用第一道掩模(未绘示)配合光刻蚀刻工艺以图案化导体层。
接着,请参照图3B,在栅极320上形成介电层330。介电层330的材料例如是氧化硅或氮化硅,其形成方法例如是进行等离子体化学气相沉积工艺。而后,在介电层330上依序形成沟道层340和欧姆接触层350。沟道层340的材料例如是非晶硅,其形成方法例如是进行化学气相沉积工艺。欧姆接触层350的材料例如是n+掺杂非晶硅,其形成方法例如是以化学气相沉积法沉积非晶硅并同步进行n型离子掺杂。
而后,请参照图3C,利用第二道掩模(未绘示)配合光刻蚀刻工艺,以图案化图3B所示的沟道层340和欧姆接触层350,其蚀刻方法例如是干法蚀刻工艺。接着,在基材300上形成金属层380a、380b。在本实施例中,以双层结构的金属层380a、380b作为代表,在其他实施例中,金属层380a、380b的结构可以是单一金属层或三层结构,金属层380a、380b的材料可以参考前面实施例的描述,在此不赘述。金属层380a、380b的形成方法例如是溅射或蒸镀。
续而,请同时参照图3C和图3D,进行湿法蚀刻工艺395同时蚀刻金属层380a、380b与欧姆接触层370,以形成源极与漏极390以及数据线(未绘示)。由于欧姆接触层370a部分被移除,因此暴露出其下的沟道层360。前述湿法蚀刻工艺395所使用的蚀刻液为包括过氧化氢、与过氧化氢搭配的适当弱酸以及氢氟酸的水溶液。蚀刻液中的过氧化氢为主要氧化剂,其浓度例如是介于3~30wt.%之间;与过氧化氢搭配的弱酸例如是磷酸,其浓度例如是介于0.1~10wt.%之间;至于氢氟酸的浓度例如是介于0.05~5wt.%之间。另外,在进行湿法蚀刻工艺前例如先在金属层380b上形成一层掩模层(未绘示),再利用第三道掩模(未绘示)配合光刻蚀刻工艺,以图案化这层掩模层,作为上述湿法蚀刻工艺395时的掩模。
综上所述,本发明利用湿法蚀刻工艺,同时蚀刻金属层与欧姆接触层,以形成源极与漏极并露出沟道层。由于本发明所使用的蚀刻液对欧姆接触层下方的沟道层蚀刻率较低,因此不会破坏沟道层表面,提升元件的可靠度。再者,同时蚀刻金属层以及欧姆接触层,简化了已知须分别进行两次蚀刻的步骤,缩短整体工艺时间,提升薄膜晶体管的产率。
虽然本发明已以优选实施例披露如上,然其并非用以限定本发明,任何所属领域的技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作些许的更动与润饰,因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的为准。

Claims (18)

1.一种薄膜晶体管的源极与漏极的制造方法,包括:
提供基材,该基材上已形成有栅极、介电层、沟道层与欧姆接触层;
在该基材上形成金属层覆盖该欧姆接触层,其中该金属层的材料包括铜、铜合金、钼、或钼合金;以及
利用湿法蚀刻工艺同时蚀刻该金属层与该欧姆接触层,以形成源极与漏极并露出该沟道层,其中该湿法蚀刻工艺所使用的蚀刻液为包括过氧化氢、磷酸以及氢氟酸的水溶液。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管的源极与漏极的制造方法,其中于该蚀刻液中的过氧化氢浓度介于3~30wt.%之间。
3.如权利要求1所述的薄膜晶体管的源极与漏极的制造方法,其中于该蚀刻液中的磷酸浓度介于0.1~10wt.%之间。
4.如权利要求1所述的薄膜晶体管的源极与漏极的制造方法,其中于该蚀刻液中的氢氟酸浓度介于0.05~5wt.%之间。
5.如权利要求1所述的薄膜晶体管的源极与漏极的制造方法,其中该铜合金为包含镁、铬、钨、钼、锰、锆、钛、氮、碳及其混合的合金;该钼合金为包含银、钽、钛、铝、铬、镍、钨、金及其混合的合金。
6.如权利要求1所述的薄膜晶体管的源极与漏极的制造方法,其中形成该金属层的步骤包括形成单一材料层或形成多层结构。
7.如权利要求6所述的薄膜晶体管的源极与漏极的制造方法,其中形成的该多层结构包括双层结构或三层结构。
8.如权利要求7所述的薄膜晶体管的源极与漏极的制造方法,其中该双层结构包括铜/钼、铜/钼合金、或铜/铜合金。
9.如权利要求7所述的薄膜晶体管的源极与漏极的制造方法,其中该三层结构包括钼/铜/钼、钼合金/铜/钼合金、或铜合金/铜/铜合金。
10.一种薄膜晶体管的制造方法,包括:
提供基材;
于该基材上形成栅极;
于该栅极上形成介电层;
于该栅极上方的该介电层上形成沟道层;
于该沟道层上形成欧姆接触层;
于该基材上形成金属层,覆盖该欧姆接触层,其中该金属层的材料包括铜、铜合金、钼或钼合金;以及
利用湿法蚀刻工艺同时蚀刻该金属层与该欧姆接触层,以形成源极与漏极并露出该沟道层,其中该湿法蚀刻工艺所使用的蚀刻液为包括过氧化氢、磷酸以及氢氟酸的水溶液。
11.如权利要求10所述的薄膜晶体管的制造方法,其中于该蚀刻液中的过氧化氢浓度介于3~30wt.%之间。
12.如权利要求10所述的薄膜晶体管的制造方法,其于该蚀刻液中的磷酸浓度介于0.1~10wt.%之间。
13.如权利要求10所述的薄膜晶体管的制造方法,其中于该蚀刻液中的氢氟酸浓度介于0.05~5wt.%之间。
14.如权利要求10所述的薄膜晶体管的制造方法,其中该铜合金为包含镁、铬、钨、钼、锰、锆、钛、氮、碳及其混合的合金;该钼合金为包含银、钽、钛、铝、铬、镍、钨、金及其混合的合金。
15.如权利要求10所述的薄膜晶体管的制造方法,其中形成该金属层的步骤包括形成单一材料层或形成多层结构。
16.如权利要求15所述的薄膜晶体管的制造方法,其中形成的该多层结构包括双层结构或三层结构。
17.如权利要求16所述的薄膜晶体管的制造方法,其中该双层结构包括铜/钼、铜/钼合金、或铜/铜合金。
18.如权利要求16所述的薄膜晶体管的制造方法,其中该三层结构包括钼/铜/钼、钼合金/铜/钼合金、或铜合金/铜/铜合金。
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