发明内容
鉴于现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种薄膜晶体管的制造方法,可简化薄膜晶体管的制作过程、并降低制作成本;还提供一种薄膜晶体管,其制程简单、且制作成本低。
为了实现上述目的,本发明的技术方案是:一种薄膜晶体管的制造方法,其特征在于,包括:于一基板上形成一闸极;于该基板上形成一闸绝缘层以覆盖该闸极;于该闸极上方的该闸绝缘层上形成一氧化物半导体层;于该氧化物半导体层上形成一蚀刻阻挡层;于该蚀刻阻挡层的两侧形成彼此电性绝缘的一源极与一汲极,该源极与该汲极曝露出位于该蚀刻阻挡层的两侧的部分的该氧化物半导体层;形成一保护层覆盖该源极与该汲极,于形成该保护层的过程中同时使该源极与该汲极所曝露出的该氧化物半导体层形成为两奥姆接触层,该些奥姆接触层分别与该源极与该汲极电性连接。
本发明还提供一种薄膜晶体管,其特征在于,包括:一闸极;一闸绝缘层,覆盖该闸极;一氧化物半导体层,配置于该闸极上方的该闸绝缘层上,该氧化物半导体层包括两奥姆接触层;一蚀刻阻挡层,配置于该氧化物半导体层上;以及一源极与一汲极,彼此电性绝缘且配置于该蚀刻阻挡层的两侧,该源极与该汲极曝露出位于该蚀刻阻挡层的两侧的部分的该些奥姆接触层,且该些奥姆接触层分别与该源极与该汲极电性连接;该源极具有第一开口,该汲极具有第二开口,该第一开口与该第二开口分别位于该蚀刻阻挡层的两侧,该第一开口与该第二开口曝露出该蚀刻阻挡层的两侧的部分的该些奥姆接触层。
本发明还提供另一种薄膜晶体管,其特征在于,包括:一闸极;一闸绝缘层,覆盖该闸极;一氧化物半导体层,配置于该闸极上方的该闸绝缘层上,该氧化物半导体层包括两奥姆接触层;一蚀刻阻挡层,配置于该氧化物半导体层上;以及一源极与一汲极,彼此电性绝缘且配置于该蚀刻阻挡层的两侧,该源极与该汲极曝露出位于该蚀刻阻挡层的两侧的部分的该些奥姆接触层,且该些奥姆接触层分别与该源极与该汲极电性连接;该源极与该汲极仅覆盖位于该蚀刻阻挡层的两侧的部分的该氧化物半导体层,而曝露出该氧化物半导体层的两端。
在本发明的一实施例中,上述的源极与汲极只覆盖位于蚀刻阻挡层的两侧的部分的氧化物半导体层。
在本发明的一实施例中,上述的形成两奥姆接触层的方法包括:于形成保护层的同时或于形成保护层之前,对于氧化物半导体层进行氢掺杂。
在本发明的一实施例中,上述的氢掺杂包括横向掺杂,经由氢掺杂而在氧化物半导体层中所形成的掺杂区域延伸到源极与汲极下方。
在本发明的一实施例中,上述的薄膜晶体管的制造方法可进一步包括:于保护层中形成接触窗开口,接触窗开口曝露出汲极。
在本发明的一实施例中,上述的薄膜晶体管的制造方法可进一步包括:于基板上形成画素电极,画素电极经由接触窗开口而电性连接到汲极。
在本发明的一实施例中,上述的形成保护层的方法包括:电浆辅助化学气相沉积法。
在本发明的一实施例中,上述的电浆辅助化学气相沉积法所使用的气体是选自于四氢化硅(SiH4)、氧化二氮(N2O)、氦(He)、氢化氮(NH3)、氢(H2)、氮(N2)及其组合。
在本发明的一实施例中,上述的氧化物半导体层的材质是选自于:氧化铟镓锌(IGZO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟镓(IGO)、氧化锡(ZnO)、 氧化镉、 氧化锗(2CdO·GeO2)、氧化镍钴(NiCo2O4)及其组合。
在本发明的一实施例中,上述的于基板上形成闸极的同时更包括:于基板上形成扫描线,且扫描线电性连接到闸极。
在本发明的一实施例中,上述的于基板上形成源极与汲极的同时更包括:于基板上形成数据线,且数据线电性连接到源极。
在本发明的一实施例中,上述的第一开口与第二开口的形状包括方形、圆形或梳子形。
在本发明的一实施例中,上述的薄膜晶体管可进一步包括:保护层。保护层覆盖源极、汲极以及由源极、汲极所曝露出的位于蚀刻阻挡层的两侧的部分的氧化物半导体层,其中保护层具有接触窗开口,接触窗开口曝露出汲极。
在本发明的一实施例中,上述的薄膜晶体管可进一步包括:画素电极。画素电极经由接触窗开口而电性连接到汲极。
基于上述,在本发明的薄膜晶体管及其制造方法中,藉由先形成曝露出蚀刻阻挡层两侧部分氧化物半导体层的源极与汲极,而使得源极与汲极所曝露出的氧化物半导体层于形成保护层的同时可形成为两奥姆接触层,而简化了本发明的薄膜晶体管的制作过程。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂,下文特举实施例,并配合所附图式作详细说明如下。
[第一实施例]
[薄膜晶体管的制造方法]
图1A 至图1H为本发明第一实施例的薄膜晶体管制造流程的上视示意图。图2A 至图2H为根据图1A 至图1H的线A-A’所绘示的薄膜晶体管制造流程的剖面示意图。请参照图1A及图2A,首先,于基板102上形成闸极G。另外,于基板102上形成闸极G时、更可于基板102上形成扫描线SL,且扫描线SL电性连接到闸极G。基板102的材质例如为玻璃、石英、有机聚合物、不透光/反射材料(如导电材料、晶圆、陶瓷等)或是其它合适的材料。闸极G与扫描线SL的材质可使用金属材料(如Ti、Mo、Al等)合金、金属材料的氮化物、金属材料的氧化物、金属材料的氮氧化物等,且闸极G与扫描线SL可为单一膜层或复合堆栈膜层。
闸极G与扫描线SL的制作方式可采用一般的溅镀成膜、配合微影蚀刻制程(亦即光阻涂布、微影、蚀刻、剥膜等步骤),而形成闸极G与扫描线SL的图案,在此不予详述。
请参照图1B及图2B,接着,于基板102上形成闸绝缘层104以覆盖闸极G。形成闸绝缘层104的方法可以是化学气相沈积法。闸绝缘层104的材质例如为无机介电材料(如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或上述至少二种材料的堆栈层)、有机介电材料或有机与无机介电材料的组合,但不限于此。
请参照图1C及图2C,接着,于闸极G上方的闸绝缘层104上形成氧化物半导体层106。更详细地说,形成氧化物半导体层106的方法例如是:先用溅镀(sputtering)法形成氧化物半导体材料层的镀膜,溅镀法中所使用的气体包括氧(O2)及氩(Ar),其中氧的流速可介于5~50标准立方公分/分钟之间,而氩的流速可介于20~50标准立方公分/分钟之间。再来,对于氧化物半导体材料层的镀膜进行微影蚀刻制程,而于闸极G上方的部分闸绝缘层104上形成如图1C与图2C所示的氧化物半导体层106的图案。氧化物半导体层106的材料是选自于:氧化铟镓锌(IGZO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟镓(IGO)、氧化锡(ZnO)、氧化镉、氧化锗(2CdO·GeO2)、氧化镍钴(NiCo2O4)及其组合。
请参照图1D及图2D,接着,于氧化物半导体层106上形成蚀刻阻挡层108。蚀刻阻挡层108覆盖部分区域的氧化物半导体层106,用以保护其下方的氧化物半导体层106在经过后续制程后仍维持半导体特性(可作为后续源极S与汲极D之间的通道层),因此蚀刻阻挡层108又可称为通道保护层。蚀刻阻挡层108的制作方式例如是:先用化学气相沈积法形成一蚀刻阻挡材料层,接着,对于蚀刻阻挡材料层进行微影蚀刻制程,而得到如图1D与图2D所示的蚀刻阻挡层108的图案。蚀刻阻挡层108的材质可以是二氧化硅或其它适合的材质。
请参照图1E及图2E,接着,于蚀刻阻挡层108的两侧形成彼此电性绝缘的源极S与汲极D,源极S与汲极D曝露出位于蚀刻阻挡层108的两侧的部分的氧化物半导体层106。在此实施例中,可使源极S具有第一开口H1,汲极D具有第二开口H2,第一开口H1与第二开口H2分别位于蚀刻阻挡层108的两侧,且第一开口H1与第二开口H2曝露出蚀刻阻挡层108两侧的部分的氧化物半导体层106。如图1E与图2E所示,第一开口H1与第二开口H2的形状例如为矩形,然而,在其它实施例中,第一开口H1与第二开口H2的形状亦可为圆形、梳子形、多边形或其它适合的形状。另外,开口的数量也可根据设计需要而定,并非仅限定于图1E与图2E所绘示的一个第一开口H1或一个第二开口H2,例如,也可在源极S、汲极D中形成多个开口(未绘示)。
此外,于基板102上形成源极S与汲极D的同时,更可于基板102上形成数据线DL,且数据线DL电性连接到源极S。源极S、汲极D与数据线DL的材质可使用金属材料(如Ti、Mo、Al等)合金、金属材料的氮化物、金属材料的氧化物、金属材料的氮氧化物等,且源极S、汲极D与资料线DL可为单一膜层或复合堆栈膜层。
源极S、汲极D与数据线DL的制作方式可采用一般的溅镀成膜、配合微影蚀刻制程(亦即光阻涂布、微影、蚀刻、剥膜等步骤),而形成源极S、汲极D与数据线DL的图案,在此不予详述。
可注意到,上述图1E与图2E的制程步骤中,对于源极S与汲极D进行图案化的同时,还一并形成了第一开口H1与第二开口H2,因此不需额外的制程。
请参照图1F及图2F,接着,形成保护层110覆盖源极S与汲极D,于形成保护层110的过程中同时使源极S与汲极D所曝露出的氧化物半导体层106形成为两奥姆接触层106a、106b,其中奥姆接触层106a、106b分别与源极S与汲极D电性连接。
换言之,与源极S的第一开口H1和汲极D的第二开口H2对应的部份氧化物半导体层106,在形成保护层110的同时会转化为两奥姆接触层106a、106b。保护层110的材料可为无机材料(例如:氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、或上述至少二种材料的堆栈层)、有机材料或上述的组合。
更详细而言,形成奥姆接触层106a、106b的方法包括:于形成保护层110的同时或于形成保护层110之前,对于氧化物半导体层106进行氢掺杂,而使部份的氧化物半导体层106形成奥姆接触层106a、106b。可采用电浆辅助化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD )形成保护层110,电浆辅助化学气相沉积法中所使用的气体是选自于四氢化硅(SiH4)、氧化二氮(N2O)、氦(He)、氢化氮(NH3)、氢(H2)、氮(N2)及其组合。因此,以形成保护层110时,部份的氧化物半导体层106(如氧化铟镓锌(IGZO))会曝露于含氢离子的电浆中,被氢离子所掺杂,进而转变为具有导电特性的材料(即奥姆接触层106a、106b)。
在上述的电浆辅助化学气相沉积法中,四氢化硅(SiH4)的流速(flow rate)例如可介于5~10标准立方公分/分钟之间,氧化二氮(N2O)的流速可介于500~1000标准立方公分/分钟之间,氦(He)的流速可介于1000~1500标准立方公分/分钟之间,退火(annealing)温度可介于2000C ~5000C之间。
值得一提的是,请参照图1F,上述的氢掺杂包括横向掺杂,经由氢掺杂而在氧化物半导体层106中所形成的掺杂区域R会延伸至源极S与汲极D下方。换言之,除了被第一开口H1及第二开口H2所曝露的部份氧化物半导体层106会被氢离子掺杂外,第一开口H1及第二开口H2下方两侧的部份氧化物半导体层106亦会被氢离子掺杂,亦即奥姆接触层106a、106b会分别延伸至源极S与汲极D下方,而能够确保与源极S和汲极D进行良好的电性接触。至此,闸极G、源极S与汲极D可构成薄膜晶体管100、并具有的极佳的电气特性。
请参照图1G及图2G,接着,还可于保护层110中形成接触窗开口H,接触窗开口H曝露出汲极D。形成接触窗开口H的方法例如是一般的微影蚀刻制程,在此不予以赘述。
请参照图1H及图2H,然后,还可于基板102上形成画素电极112,画素电极112经由接触窗开口H而电性连接到汲极D。画素电极112例如是透明导电层,材料可以是金属氧化物,如铟锡氧化物、铟锌氧化物、铝锡氧化物、铝锌氧化物、铟锗锌氧化物、或其它合适的氧化物、或者是上述至少二者的堆栈层。画素电极112的制作方式可采用一般的溅镀成膜、配合微影蚀刻制程(亦即光阻涂布、微影、蚀刻、剥膜等步骤),而形成画素电极112的图案,在此不予详述。至此,薄膜晶体管100与画素电极112可构成用以显示影像数据的画素结构PIXEL。
上述薄膜晶体管100的制造方法藉由形成源极S与汲极D,曝露出蚀刻阻挡层108两侧部分氧化物半导体层106,而使得源极S与汲极D所曝露出的氧化物半导体层106于形成保护层110的同时可形成为两奥姆接触层106a、106b,而可简化薄膜晶体管100的制作过程。
[薄膜晶体管]
图2F为本发明第一实施例的薄膜晶体管剖面示意图。请参照图2F,薄膜晶体管100包括:闸极G、闸绝缘层104、氧化物半导体层106、蚀刻阻挡层108、源极S以及汲极D。闸绝缘层104覆盖闸极G。氧化物半导体层106配置于闸极G上方的闸绝缘层104上,氧化物半导体层106包括两奥姆接触层106a、106b。氧化物半导体层106的材料是选自于:氧化铟镓锌(IGZO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟镓(IGO)、氧化锡(ZnO)、 氧化镉、 氧化锗(2CdO·GeO2)、氧化镍钴(NiCo2O4)及其组合。
蚀刻阻挡层108配置于氧化物半导体层106上。源极S与汲极D彼此电性绝缘且配置于蚀刻阻挡层108的两侧,源极S与汲极D曝露出位于蚀刻阻挡层108的两侧的部分的氧化物半导体层106,且奥姆接触层106a、106b分别与源极S与汲极D电性连接。
详言之,源极S具有第一开口H1,汲极D具有第二开口H2,第一开口H1与第二开口H2分别位于蚀刻阻挡层108的两侧,源极与汲极D便是分别透过第一开口H1与第二开口H2曝露出蚀刻阻挡层108两侧的奥姆接触层106a、106b。第一开口H1与第二开口H2的形状例如为矩形,然而在其它实施例中,第一开口H1与第二开口H2的形状亦可为圆形、梳子形或、多边形或其它适合的形状,且开口的数量可以根据设计需要而定。
请参照图2H,薄膜晶体管100可进一步地包括保护层110。保护层110覆盖源极S、汲极D以及氧化物半导体层106,其中保护层110具有接触窗开口H,接触窗开口H曝露出汲极D。另外,薄膜晶体管100还可进一步地包括画素电极112,画素电极112经由接触窗开口H而电性连接到汲极D。薄膜晶体管100与画素电极112可构成用以显示影像数据的画素结构PIXEL。上述的薄膜晶体管100具有简单的结构与低制作成本。
[第二实施例]
[薄膜晶体管的制造方法]
本实施例的薄膜晶体管的制造流程、与第一实施例的薄膜晶体管的制造流程类似,亦即在形成源极与汲极之前、形成保护层之后皆相同,因此,以下仅就形成源极与汲极以及形成保护层的步骤来说明本实施例的薄膜晶体管的制造流程,相同之处就不再重述。
图3A至图3B为本发明第二实施例的薄膜晶体管的部分制造流程的上视示意图。图4A 至图4B为根据图3A 至图3B的线A-A’所绘示的薄膜晶体管的部分制造流程的剖面示意图。请参照图3A及图4A,于蚀刻阻挡层108的两侧形成彼此电性绝缘的源极S与汲极D,源极S与汲极D曝露出位于蚀刻阻挡层108的两侧的部分的氧化物半导体层106。与第一实施例不同的是,本实施例的源极S与汲极D仅覆盖位于蚀刻阻挡层108的两侧的部分的氧化物半导体层106,而曝露出氧化物半导体层106的两端。
接着,请参照图3B及图4B,形成保护层110覆盖源极S与汲极D,于形成保护层110的过程中同时使源极S与汲极D所曝露出的氧化物半导体层106形成为两奥姆接触层106a、106b,其中奥姆接触层106a、106b分别与源极S与汲极D电性连接。
在本实施例中,奥姆接触层106a、106b形成的位置与第一实施例不同,其分别位于氧化物半导体层106的两端。同样地,奥姆接触层106a、106b亦可藉由横向掺杂分别延伸至源极S与汲极D下方,而能够确保与源极S和汲极D进行良好的电性接触。后续形成接触窗口、画素电极的制程与第一实施例中所述相同,于此便不再重述。
[薄膜晶体管]
请参照图4B,薄膜晶体管100A与第一实施例的薄膜晶体管100相似,惟本实施例的源极S、汲极D与奥姆接触层106a、106b,其形成的位置与第一实施例的源极S、汲极D与奥姆接触层106a、106b有些许的不同。本实施例的源极S与汲极D仅覆盖位于蚀刻阻挡层108的两侧的部分的氧化物半导体层106,而曝露出氧化物半导体层106的两端。奥姆接触层106a、106b分别位于氧化物半导体层106的两端。
另外,图4C为具有本发明第二实施例的薄膜晶体管的画素结构的剖面示意图。请参照图4C,薄膜晶体管100A可与画素电极112构成用以显示影像数据的画素结构PIXEL A。画素电极112的充放电,可由具有氧化物半导体层106(如IGZO)的薄膜晶体管100A来进行控制。
综上所述,本发明的薄膜晶体管及其制造方法至少具有以下优点:
藉由形成曝露出蚀刻阻挡层两侧部分氧化物半导体层的源极与汲极,而使得源极与汲极所曝露出的氧化物半导体层于形成保护层的同时可形成为两奥姆接触层,而能够简化薄膜晶体管的制作过程。另外,奥姆接触层可藉由横向掺杂分别延伸至源极与汲极下方,而确保能够与源极和汲极进行良好的电性接触。如此一来,薄膜晶体管可具有良好的电气特性。
虽然本发明已以实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何所属技术领域中具有通常知识者,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,故本发明的保护范围以权利要求书为准。