CN103299430A - 薄膜晶体管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明关于一种薄膜晶体管及其制造方法。此种薄膜晶体管包含：栅极；源极及漏极，在一上及下方向上与栅极相间隔且在一水平方向上彼此相间隔；一栅介质，形成于栅极与源极之间以及栅极与漏极之间；以及活性层，形成于栅介质与源极之间以及栅介质与漏极之间，其中活性层由掺杂有一元素的至少两个氧化锌薄膜层形成。
Description
本申请案依据35USC§119主张于2010年12月30日提出申请，第10-2010-0139190号；2011年8月18日提出申请，第10-2011-0082199号；以及2011年11月22日提出申请，第10-2011-0122412号的韩国专利案的优先权及利益，其内容在此通过引用的方式全文引入。
本发明关于一种薄膜晶体管及其制造方法，特别地，本发明关于一种薄膜晶体管及其制造方法，其中此薄膜晶体管使用一金属氧化物半导体薄膜层作为一活性层。
一薄膜晶体管(TFT)用作单独驱动一液晶显示装置(LCD)、一有机电致发光(EL)装置等中的每一像素的电路。薄膜晶体管(TFT)与栅极线及数据线一起形成于一基板上。也就是说，薄膜晶体管(TFT)包含栅极、栅介质、活性层、源极以及漏极。栅极由栅极线形成，并且源及漏极由数据线形成。
同时，薄膜晶体管(TFT)的活性层功能上作为栅极与源/漏极之间的通道，并且通过使用非晶硅及结晶硅形成。然而，由于一使用硅的薄膜晶体管基板应使用一玻璃基板，因此薄膜晶体管基板较重且非可挠并且因此具有一不能够用作一可挠性显示器的限制。为了解决此限制，对金属氧化物的研究在近些年来频繁地进行。
特别地，积极展开对一氧化锌(ZnO)薄膜的研究。已知氧化锌(ZnO)薄膜层具有结晶甚至在一低温下容易生长的特征且氧化锌(ZnO)薄膜层为保证高电荷浓度及迁移率的优良材料。然而，氧化锌(ZnO)薄膜层当暴露于大气时在薄膜质量上并不稳定且因此具有一薄膜晶体管的稳定性劣降的缺点。而且，氧化锌(ZnO)薄膜层由于通过氧缺陷产生的过剩载流子可产生截断电流提高或阈值电压改变的问题。
为了提高氧化锌(ZnO)薄膜层的薄膜质量，提出通过将铟(In)及镓(Ga)掺杂至氧化锌(ZnO)薄膜层中获得铟镓锌氧化物(下文中称作″IGZO″)。IGZO薄膜层通常通过使用IGZO对象喷镀形成。在IGZO薄膜层通过使用喷镀形成的情况下，以及IGZO薄膜层随着IGZO薄膜层沉积的进行而改变，以使得顺次形成的IGZO薄膜层的薄膜质量可不均匀。也就是说，由于IGZO对象的结晶结构及颗粒不均匀。因此IGZO薄膜层的组成随着IGZO薄膜层沉积的进行而变化，以使得薄膜质量不均匀。因此，在相同腔室及相同过程制造中的薄膜晶体管具有不同的特征，以及因此薄膜晶体管的可靠性降低。而且，活性层可形成于复数层中，如果需要每一个层具有不同的组成。然而，由于IGZO对象仅仅在一种组成中制造，因此难以形成一具有多层结构的活性层。也就是说，每一个层具有不同成分的一多层活性层不能够通过使用IGZO对象的喷镀形成。
因此，鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种薄膜晶体管及其制造方法，此种薄膜晶体管通过提高IGZO薄膜层的质量能够提高稳定性。
本发明的目的在于提供一种薄膜晶体管及其制造方法，此种薄膜晶体管通过在进行IGZO薄膜层的沉积过程时允许此IGZO薄膜层的组成不变化提高可靠性。
本发明还提供一种薄膜晶体管及其制造方法，此种薄膜晶体管可形成为多层结构且此多层结构IGZO薄膜层中的每一个层的组成比例可不同地控制。
本发明还提供一种薄膜晶体管及其制造方法，其中用作薄膜晶体管中的活性层的IGZO薄膜层通过化学气相沉积(CVD)例如一原子层沉积(ALD)等形成。
根据本发明的一实施例，一种薄膜晶体管包含：栅极；源极及漏极，在上及下方向上与栅极相间隔且在水平方向上彼此相间隔；栅介质，形成于栅极与源极之间以及栅极与漏极之间；以及活性层，形成于栅介质与源极之间以及栅介质与漏极之间，其中活性层由掺杂有元素的至少两个氧化锌薄膜层形成。
此掺杂元素是III族或IV族元素，以及可为镓(Ga)、铟(In)以及锡(Sn)的至少一个。
掺杂的至少两个氧化锌薄膜层可包含，具有包含至少两个堆叠层的多层结构的铟镓锌氧化物(IGZO)薄膜层与氧化铟锌(ITZO)薄膜层的至少一个。
掺杂的至少两个氧化锌薄膜层可包含通过原子层沉积(ALD)过程形成的第一氧化锌薄膜层，以及除第一氧化锌薄膜层之外的其余氧化锌薄膜层通过伪原子层沉积(ALD)过程、循环化学气相沉积(CVD)过程以及化学气相沉积(CVD)过程的至少一个形成。
第一氧化锌薄膜层可形成于靠近栅极的侧面。
掺杂的至少两个氧化锌薄膜层可在组成比率上不相同。
第一氧化锌薄膜层在迁移率及移动性上比其余氧化锌薄膜层更高，以及第一氧化锌薄膜层在掺杂元素的含量上比此其余氧化锌薄膜层更大。
上述的薄膜晶体管可更包含钝化层，此钝化层形成于源极与漏极之间的活性层上。
此钝化层可形成为单层结构或至少两层结构，以及至少一些钝化层通过不使用等离子的化学气相沉积(CVD)过程形成。
此钝化层可包含：第一钝化层，其通过不使用等离子的化学气相沉积(CVD)过程形成于活性层上；以及第二钝化层，通过使用等离子的化学气相沉积(CVD)形成于第一钝化层上。
根据本发明的另一实施例，一种薄膜晶体管的制造方法包含：提供基板；形成栅极于基板上以及形成栅介质于具有此栅极的基板上；形成活性层于栅介质上；以及形成源极及漏极于活性层上，其中活性层由掺杂氧化锌薄膜层形成以及掺杂氧化锌薄膜层通过化学气相沉积(CVD)过程形成为至少一个两层结构。
上述方法可更包含形成钝化层于活性层上以形成钝化层的图案，以使得钝化层保留于源极与该漏极之间。
氧化锌薄膜层使用镓(Ga)、铟(In)以及锡(Sn)的至少一个掺杂。
掺杂氧化锌薄膜层可包含，具有包含至少两个堆叠层的多层结构的铟镓锌氧化物(IGZO)薄膜层与氧化铟锌(ITZO)薄膜层的至少一个。
掺杂的至少两个氧化锌薄膜层可包含通过ALD过程形成的一第一氧化锌薄膜层，以及除第一氧化锌薄膜层之外的其余氧化锌薄膜层通过伪原子层沉积(ALD)过程、循环化学气相沉积(CVD)过程以及化学气相沉积(CVD)过程的至少一个形成。
掺杂氧化锌薄膜层的第一氧化锌薄膜层通过原子层沉积(ALD)过程形成且一第二层通过化学气相沉积(CVD)过程形成。
掺杂氧化锌薄膜层的第一氧化锌薄膜层通过原子层沉积(ALD)过程形成且第二层通过循环化学气相沉积(CVD)过程形成。
掺杂氧化锌薄膜层的第一氧化锌薄膜层通过原子层沉积(ALD)过程形成，第二层通过伪原子层沉积(ALD)过程形成，以及第三层通过该化学气相沉积(CVD)过程形成。
掺杂氧化锌薄膜层的第一氧化锌薄膜层通过原子层沉积(ALD)过程形成，第二层通过循环化学气相沉积(CVD)过程形成，以及第三层通过化学气相沉积(CVD)过程形成。
掺杂的至少两个氧化锌薄膜层通过控制一沉积源的引入量形成为不同的组成比率。
第一氧化锌薄膜层在掺杂元素的含量上比其余氧化锌薄膜层更大，以及第一氧化锌薄膜层在迁移率及移动性上比此其余氧化锌薄膜层更高。
钝化层可形成为单层结构或至少一两层结构。
此钝化层可包含与活性层相接触的第一钝化层，其余的第二钝化层，以及第一钝化层通过不使用等离子的化学气相沉积(CVD)形成，以及第二钝化层通过使用等离子的化学气相沉积(CVD)形成。
第一钝化层通过使用硅源以及第一反应源形成，以及第二钝化层通过使用硅源以及第二反应源形成。
硅源包含四乙基硅氧烷(TEOS)以及硅甲烷(SiH4)，第一反应源包含臭氧(O3)，以及第二反应源包含氧(O2)、氧化二氮(N2O)或氨(NH3)。
第一钝化层通过使用四乙基硅氧烷(TEOS)以及臭氧(O3)形成。
第二钝化层通过使用四乙基硅氧烷(TEOS)或硅甲烷(SiH4)与氧(O2)、一氧化二氮(N2O)或氨(NH3)形成。
上述方法在形成钝化层之前或之后的至少一个，更包含执行退火过程。
形成栅介质、形成活性层、形成钝化层以及退火可原位执行。
本发明的示例性实施例将通过以下的说明并结合图示部份得以更加详细地理解，其中：
图1是本发明一实施例的薄膜晶体管的横截面图；
图2及图3是本发明一实施例的薄膜晶体管的特性图；
图4至图6是本发明其他实施例的薄膜晶体管的横截面图；
图7至图11是通过不同过程形成的IGZO薄膜层的工作特性的示意图；
图12至图14是本发明一实施例制造薄膜晶体管使用的处理设备的示意图；
图15至图17是应用于本发明实施例应用的ALD过程、伪ALD过程以及化学气相沉积(CVD)过程中处理周期的示意图；
图18至第21图是顺次表示本发明一实施例的薄膜晶体管的制造方法的横截面图；
图22是解释本发明另一实施例的薄膜晶体管的制造方法的工艺流程图；以及
图23至图26是顺次表示本发明的另一实施例的薄膜晶体管的制造方法的横截面图。
以下，将结合图式部份详细描述本发明的具体实施例。
然而，本发明可实现为不同的形式且不应该理解为对这里阐述的实施例的限制。而且这些实施例提供为以使得本揭露更彻底及完整，以及将本发明的范围充分传递至本领域的技术人员。在图式中，为了便于说明层与区域的尺寸放大表示。类似的元件表示类似的元件。还可以理解的是，当层、薄膜、区域或面板称作位于另一个“上”时，其能够直接位于另一个之上，或者可具有一个或多个中间夹层、薄膜、区域或面板。
图1是本发明一实施例的薄膜晶体管，例如底栅型薄膜晶体管的横截面图。
请参阅图1，本发明一实施例的薄膜晶体管包含：栅极110，形成于基板100上；栅介质120，形成于栅极110上，双层结构活性层130，使用III或IV族元素掺杂形成于氧化锌(ZnO)薄膜层的栅介质上，以及源极140a及漏极140b，形成于活性层130上且彼此相间隔。
基板100可为透明基板，例如硅基板，玻璃基板或一用于可挠性显示器的塑料基板(例如，PE、PES、PET、PEN等)。或者，基板100可为反射基板，例如金属基板。此金属基板可由不锈钢、钛(Ti)、钼(Mo)或其合金形成。同时，在基板100为金属基板的情况下，绝缘层可形成于此金属基板上。绝缘层的形成用以防止金属基板与栅极110短路且还防止金属原子自金属基板扩散出。此绝缘层可由包含氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氧化铝(Al2O3)至少一个及其组合物形成。此外，扩散停止层可由具有氮化钛(TiN)、氮化钛铝(TiAlN)、碳化硅(SiC)的至少之一的无机材料以及其组合物形成，并且位于绝缘层之下。
栅极110可由一导电材料，例如，铝(Al)、钕(Nd)、银(Ag)、铬(Cr)、钛(Ti)、钽(Ta)、钼(Mo)、铜(Cu)或者其合金形成。而且，栅极110可形成为具有多个金属层的多层结构以及单层结构。举例而言，栅极110可形成为双层结构，该双层结构由或者具有优良物理及化学特性的铬(Cr)、钛(Ti)、钽(Ta)、钼(Mo)等的金属层，以及另一个具有低电阻的基于铝(Al)、基于银(Ag)、或者基于铜(Cu)之层。
栅介质120至少形成于栅极110上，也就是说，栅极120可形成于具有栅极110的顶表面及侧表面的基板100之上。栅介质120可由具有对金属材料的优良粘附性的无机电介质，并且包含氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)等，或者除上述无机电介质以外的一电介质形成。
活性层130形成于栅介质120上，以使得至少一些活性层130与栅极110相重叠。活性层130可引入至非晶氧化锌(ZnO)薄膜层中，以便提高氧化锌(ZnO)薄膜层的质量，以便通过一III或IV族元素，例如铟(In)、镓(Ga)以及锡(Sn)的至少一个掺杂至氧化锌(ZnO)薄膜层中，由此提高薄膜晶体管的稳定性。举例而言，活性层130可由通过将铟(In)及镓(Ga)掺杂至氧化锌(ZnO)薄膜层中获得的IGZO薄膜层形成，或者通过将铟(In)及锡(Sn)掺杂至氧化锌(ZnO)薄膜层获得的ITZO薄膜层形成。以下的实施例将以IGZO薄膜层作为一实例描述。而且，在由IGZO薄膜层形成的活性层130中，活性层的厚度通过一原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)过程形成，以及IGZO薄膜层的其余厚度通过化学气相沉积(Chemical VaporDeposition，CVD)过程、循环化学气相沉积(CVD)过程等形成。举例而言，活性层130可形成为至少两层结构，其中相邻于栅介质120的第一IGZO薄膜层132通过一ALD过程形成，以及第二IGZO薄膜层134通过化学气相沉积(CVD)过程或循环化学气相沉积(CVD)过程形成于第一IGZO薄膜层132上。这里，ALD过程通过重复供给原料来源及清除及供给氧化源及清除而执行，以及化学气相沉积(CVD)过程通过同时供给原料来源及氧化源执行。在原料来源的情况下，使用供给原料的原料气体执行一过程，以及在氧化源的情况下，使用与原料气体相反应的反应气体执行一过程，用以形成期望的薄膜层。而且，循环化学气相沉积(CVD)过程通过重复供给及停止一原料来源及连续供给氧化源执行。因此，化学气相沉积(CVD)过程可提高处理速度，以及由于原料来源与氧化源同时供给，以使得执行同时的沉积，以及稍后供给的氧化源与原料来源起反应，因此循环化学气相沉积(CVD)可允许薄膜质量致密。其中重复供给及停止原料来源以及连续供给氧化源的过程，在一个周期内连续执行，以及然后执行包含停止供给几秒钟的氧化源的过程。在循环化学气相沉积(CVD)与ALD过程之间具有差别。在ALD过程中，在停止供给原料来源或氧化源之后执行一清除步骤，而在循环化学气相沉积(CVD)过程之中，当执行一过程时，不执行单独的清除过程，以及执行重复几次的循环过程。同时，第一及第二IGZO薄膜层132及134可使用铟(In)源、镓(Ga)源、锌(Zn)源、以及氧化源形成。举例而言，三甲基铟(In(CH3)3；TMIn)、二乙基胺基丙基二甲基铟(Diethylamino propylDimethyl indium，DADI)等可用作铟(In)源，三甲基镓(Ga(CH3)3；TMGa)等可用作镓(Ga)源，以及二乙基锌(Zn(C2H5)2；DEZ)、二甲基锌(Zn(CH3)2；DMZ)等可用作锌(Zn)源。而且，例如氧(O2)、臭氧(O3)、蒸汽(H2O)、一氧化二氮(N2O)、二氧化碳(CO2)等的至少之一的容氧材料可用作氧化源。在活性层130中，相邻于栅介质120的第一IGZO薄膜层132可通过一ALD过程形成且用作一前通道。由于通过ALD过程形成的第一IGZO薄膜层132在薄膜质量及介面特性上更优良，因此第一IGZO薄膜层132可用作在形成通道中重要的前通道。也就是说，当电压作用于栅极110时，负电荷(-)在栅介质120上的活性层130的部份中累积用以形成前通道。随着电流很好地通过前通道，迁移率优良。因此，较佳地，前通道区域应该由具有优良迁移率的材料形成。由于通过ALD过程形成的第一IGZO薄膜层132在薄膜质量及介面特性上优良，因此，迁移率也优良。然后，由于ALD过程因为其低速度而降低生产率，因此第一IGZO薄膜层132上的第二IGZO薄膜层134通过化学气相沉积(CVD)过程或循环化学气相沉积(CVD)形成。由于化学气相沉积(CVD)过程或循环化学气相沉积(CVD)过程可能在高速下沉积一薄膜，因此能够提高生产率。同时，虽然容氧材料可用作ALD过程的氧化源，但是当氧(O2)用作反应气体时，三甲基镓(TMGa)具有低反应性。因此，较佳地，使用臭氧(O3)作为氧化源。在氧(O2)作为氧化源的情况下，氧激发为一等离子状态。除氧(O2)之外，氧化二氮(N2O)及二氧化碳(CO2)也可激发为一等离子状态且使用。而且，氧，臭氧，蒸汽与氧的混合物，蒸汽与臭氧的混合物，氧等离子等可用作化学气相沉积(CVD)过程或循环化学气相沉积(CVD)过程的氧化源，以及较佳地，使用蒸汽与氧的混合物，或者蒸汽与臭氧的混合物。同时，第二IGZO薄膜层134可使用与第一IGZO薄膜层132不同组成比例形成，并且用作后通道。也就是说，当负(-)电压作用于栅极110时，负(-)电荷在源极140a与漏极140b之下的活性层130的部份中累积。因此，第二IGZO薄膜层134形成为后通道以使得第二IGZO薄膜层134具有比用作前通道的第一IGZO薄膜层132更低的传导率。为此目的，铟(In)源与镓(Ga)源至少一个的引入量可控制为与形成第一IGZO薄膜层132的不相同，以及氧化源的引入量也可控制。举例而言，第二IGZO薄膜层134中铟(In)与镓(Ga)的组成可比第一IGZO薄膜层132中的更少。通过如此，第一IGZO薄膜层132与第二IGZO薄膜层132的特性，例如，迁移率、传导性等可控制。第一IGZO薄膜层132可形成为大约5埃
至大约50埃
的厚度范围，以及第二IGZO薄膜层134可形成为大约200埃
至大约300埃
的厚度范围。如果第一及第二IGZO薄膜层132及134形成为比前述厚度范围更薄或更厚，则源极140a与漏极140b之间的迁移率降低且因此薄膜晶体管的工作特性变差。
源极140a与漏极140b形成于活性层130上，并且在部份与栅极110相重叠时，彼此相间隔且栅极110位于其间。源极140a与漏极140b可使用相同的材料通过相同过程形成。举例而言，源极140a与漏极140b可由一导电材料，例如，铝(Al)、钕(Nd)、银(Ag)、铬(Cr)、钛(Ti)、钽(Ta)、钼(Mo)、铜(Cu)至少之一或者其合金形成。也就是说，源极140a与漏极140b可由与栅极110相同的材料形成，但是可由与栅极110不相同的材料形成。而且，源极140a与漏极140b可具有多个金属层组成的多层结构以及单层结构。
图2及图3是本发明一实施例使用IGZO薄膜层作为活性层的薄膜晶体管的特性图，特别地，图2是根据栅极电压的漏极-源极(IDS)电流图，以及图3表示通过指数表达的图2的Y轴的漏极-源极电流(IDS)的示意图。如图所示，当提供的栅极电压为0伏或更大时，在漏极与源极之间产生隧道效应且因此漏极-源极电流表现出直线特性。而且，当作用的栅极电压为预定电压时，例如，10伏或更大时，漏极-源极电流饱和。该特性图类似于具有通过喷镀形成的IGZO薄膜层的薄膜晶体管的特性图。因此，能够看出具有通过化学气相沉积过程形成的IGZO薄膜层的薄膜晶体管用作正常工作的活性层。
如上所述，在本发明一实施例的薄膜晶体管的情况下，活性层130由金氧半导体，特别IGZO薄膜层形成为一堆叠结构，该堆叠结构具有通过ALD过程与化学气相沉积(CVD)过程或ALD过程与循环化学气相沉积(CVD)过程形成的第一IGZO薄膜层132及第二IGZO薄膜层134。同时，由于可能通过控制引入的源的含量而控制第一及第二IGZO薄膜层132及134的组成，因此能够形成每一个层具有不同组成的多层结构的活性层130。而且，由于第一IGZO薄膜层132可通过能够获得优良薄膜质量的ALD过程形成且用作前通道，因此能够实现具有优良迁移率及传导性的高速装置，以及由于第二IGZO薄膜层134可通过能够执行高速沉积的化学气相沉积(CVD)过程或循环化学气相沉积(CVD)过程形成且用作前通道，因此能够补偿作为ALD过程缺点的生产率降低。也就是说，在IGZO薄膜层仅通过处理速度较慢的ALD过程形成的情况下，生产率降低，以及IGZO薄膜层仅通过快处理速度的化学气相沉积(CVD)过程形成的情况下，IGZO薄膜层的薄膜质量降低且因此装置工作可靠性不能够保证。然而，由于使用ALD过程与化学气相沉积(CVD)过程或ALD过程与与循环化学气相沉积(CVD)过程一起使用，因此能够解决上述问题。
图4是本发明另一实施例的薄膜晶体管的横截面图，其中使用IGZO薄膜层的活性层通过不同的沉积过程形成为三个层。
请参阅图4，本发明另一实施例的薄膜晶体管包含：栅极110，形成于基板100上，栅介质120，形成于栅极110上，活性层，在栅极120上形成为三层，以及源极140a与漏极140b，其彼此相间隔形成于活性层130上。
活性层130通过堆叠第一IGZO薄膜层132、第二IGZO薄膜层134以及第三IGZO薄膜层136形成。举例而言，第一IGZO薄膜层132可通过ALD过程形成，第二IGZO薄膜层134可通过伪ALD过程形成，以及第三IGZO薄膜层136可通过化学气相沉积(CVD)过程形成。而且，第一IGZO薄膜层132可通过ALD过程形成，第二IGZO薄膜层134可通过循环化学气相沉积(CVD)过程形成，以及第三IGZO薄膜层136可通过化学气相沉积(CVD)过程形成。也就是说，第一及第三IGZO薄膜层132及136可分别通过ALD过程及化学气相沉积(CVD)过程形成，以及第二IGZO薄膜层134可通过伪ALD过程或循环化学气相沉积(CVD)过程形成。这里，伪ALD过程通过重复引入原料来源及引入氧化源形成具有一预定厚度的薄膜层。也就是说，虽然ALD过程通过重复引入及清除一原料来源与引入及清除氧化源形成薄膜层，但是伪ALD过程通过重复引入原料来源与引入氧化源不需要清除过程形成薄膜层。而且，伪ALD过程可使用在ALD过程中的氧化源作为氧化源。也就是说，一容氧材料，较佳为臭氧(O3)可用作该氧化源，并且也可在激发为一等离子状态之后，使用氧(O2)、氧化二氮(N2O)以及二氧化碳(CO2)。当活性层130形成为上述的三层结构时，活性层130的薄膜质量能够比通过ALD过程或化学气相沉积(CVD)过程形成为二层结构的IGZO薄膜层能够进一步提高，因为通过伪ALD过程或循环化学气相沉积(CVD)过程形成的第二IGZO薄膜层134具有类似于通过ALD过程形成的第一IGZO薄膜层132形成的薄膜质量，并且能够以比通过ALD过程形成的第二IGZO薄膜层的更高速度沉积。同时，第一IGZO薄膜层132可形成为自大约10埃
至大约50埃
的厚度范围，第二IGZO薄膜层134可形成为自大约50埃
至大约100埃
的厚度范围，以及第三IGZO薄膜层136可形成为自大约150埃
至大约250埃
的厚度范围。
同时，如果当源极140a与漏极140b形成于由IGZO薄膜层形成的活性层130上时，如果活性层130暴露于大气，湿气、氧气等可透入以产生氧缺陷，以使得过剩载流子可产生以增加截断电流或改变阈值电压。因此，如图5所示，钝化层150形成于活性层130上以便防止氧气渗透入活性层130中。
请参阅图5，本发明另一实施例的薄膜晶体管包含：栅极110，形成于基板100上，栅介质120，形成于栅极110上，活性层130，形成于栅介质120上且具有至少一个两层结构，源极140a及漏极140b，在活性层130上彼此相间隔，以及钝化层，形成于活性层130上且位于源极140a与漏极140b之间。
钝化层150形成为以便功能上在形成活性层130之后，在用于形成源极140a及漏极140b的蚀刻过程中作为蚀刻停止层，以及用于因此防止暴露及损伤活性层130。而且，钝化层150可防止在形成源极140a及漏极140b之后，暴露于大气。也就是说，如果第一及第二IGZO薄膜层132及134暴露于大气，则第一及第二IGZO薄膜层132及134的特性可由于湿气、氧气等的渗入而劣降。因此，钝化层150可形成为防止湿气、氧气等的渗入。钝化层150可由能够防止湿气及氧渗入且具有在蚀刻过程期间对活性层130的蚀刻选择性的材料形成。举例而言，钝化层150可由绝缘材料例如氧化硅(SiO2)、氮氧化硅(SiON)等形成为单层结构或多层结构。而且，至少一些钝化层150可通过使用化学气相沉积(CVD)过程形成。也就是说，在通过使用等离子形成钝化层150的情况下，活性层130可通过等离子损伤。因此，与活性层130相接触的钝化层150的一部份通过化学气相沉积(CVD)过程形成。
而且，钝化层150可形成为多层结构，举例而言，如图6所示，形成为具有第一钝化层150a与第二钝化层150b的双层结构。同时，第一及第二钝化层150a及150b可通过不同的沉积过程形成。也就是说，第一钝化层150a可通过化学气相沉积(CVD)过程形成，以及第二钝化层150b可通过等离子增强化学气相沉积(PECVD)过程形成。也就是说，在使用等离子形成钝化层150的情况下，钝化层150的薄膜质量可提高但是活性层130可通过等离子损伤。因此，第一钝化层150a可通过化学气相沉积(CVD)过程形成，以及第二钝化层150b可通过等离子增强化学气相沉积(PECVD)过程形成。而且，第一钝化层150a可通过ALD过程形成。同时，在钝化层150形成为多层结构的情况下，用于形成钝化层150的来源气及反应气可与形成第二钝化层150b的气体不相同。举例而言，当钝化层150由氧化硅形成为双层结构时，第一钝化层150a使用四乙基硅氧烷(Tetraethoxysilane，TEOS)作为源气体以及臭氧(O3)作为一反应气体，以及第二钝化层150b使用四乙基硅氧烷(TEOS)作为源气体以及氧(O2)、一氧化二氮(N2O)或氨(NH3)作为反应气体。或者，第一钝化层150a可使用四乙基硅氧烷(TEOS)作为源气体以及第二钝化层150b使用硅甲烷(SiH4)作为源气体。此外，第一及第二钝化层150a及150b可由不同的材料形成。举例而言，第一钝化层150a可由氧化硅且第二钝化层150b可由氮氧化硅形成。而且，具有多层结构的钝化层150可在不同的沉积温度下形成。第一及第二钝化层150a及150b可在不同的温度范围中形成，例如，在相同温度，或不同的温度下形成。
图7至图11是通过用于比较通过不同过程形成且用作活性层的IGZO薄膜层的工作特性的示意图。
图7是仅通过ALD过程形成的IGZO薄膜层的特性图，其中迁移率为19.2、阈值电压为4.26V以及溢出摆动(slop swing)为0.524。这里，溢出摆动表示随着值接近零(0)，特性曲线接近垂直外形面且因此电荷转换速度为高。图8是仅通过化学气相沉积(CVD)过程形成的IGZO薄膜层的特性图，其中迁移率为0.9、阈值电压为5.54V以及溢出摆动为1.8。在图8所示的IGZO薄膜层的情况下，由于迁移率为0.9，该迁移率为非常低的值，因此装置工作基本不可能。图9是仅通过化学气相沉积(CVD)过程形成的IGZO薄膜层的特性图，其中由于具有仅通过化学气相沉积(CVD)过程形成的IGZO薄膜层的装置不工作，因此没有能够测量到特性。同时，图10是具有通过ALD过程形成的第一IGZO薄膜层与通过循环化学气相沉积(CVD)过程形成的第二IGZO薄膜层的装置的特性图，其中迁移率为13.1、阈值电压为7.01V、以及溢出摆动为1.31。在如上述使用ALD过程及循环化学气相沉积(CVD)过程的情况下，由于该特性图仿效仅通过ALD过程形成的IGZO薄膜层的装置的特性曲线且迁移率优良，因此高速工作变的可能。图11是具有通过ALD过程形成的第一IGZO薄膜层，通过循环化学气相沉积(CVD)过程形成的第二IGZO薄膜层，以及通过化学气相沉积(CVD)过程形成的第三IGZO薄膜层的装置的特性图，其中迁移率为12.1、阈值电压为7.01V以及溢出摆动为1.31。由于图11的特性曲线仿效具有仅通过ALD过程形成的IGZO薄膜层的装置的特性图且迁移率优良，因此高速工作变的可能。
也就是说，通过ALD过程形成的IGZO薄膜层在其特性上优良但是沉积速度比较慢，以使得生产率降低，而通过循环化学气相沉积(CVD)过程或化学气相沉积(CVD)过程形成的IGZO薄膜层沉积速度较快但是具有不利的特点。然而，在通过ALD过程形成第一IGZO薄膜层且然后通过循环化学气相沉积(CVD)过程形成第二IGZO薄膜层的情况下，或者在通过化学气相沉积(CVD)过程在第二IGZO薄膜层上形成第三IGZO薄膜层的情况下，在薄膜层之间的介面的薄膜质量侧差别不大且因此薄膜质量不降低。也就是说，通过不同过程形成为多层结构的IGZP薄膜层可具有优良的薄膜质量(是ALD过程的特性)以及快的沉积速度(是循环化学气相沉积(CVD)过程或化学气相沉积(CVD)过程的特性)。因此，生产率能够提高且能够维持工作特性。
图12是本发明一实施例制造薄膜晶体管的处理设备，即，包含多个沉积腔的一组件的示意图。图13是用以形成本发明一实施例的薄膜晶体管的活性层的沉积设备的示意图，其中沉积设备用以通过同时执行ALD过程与循环化学气相沉积(CVD)过程或ALD过程与化学气相沉积(CVD)过程或进一步执行化学气相沉积(CVD)过程，在原位置形成多个IGZO薄膜层。图14是形成本发明一实施例的薄膜晶体管的钝化层的沉积设备的示意图，其中能够同时执行化学气相沉积(CVD)过程与等离子增强化学气相沉积(PECVD)过程。图15至图17是在应用于示例实施例的ALD过程、伪ALD过程以及化学气相沉积(CVD)过程的加工周期的示意图。
如图12所示，本发明中使用的处理设备包含：至少一个承载腔210、传送腔220、多个沉积腔(第一沉积腔230、第二沉积腔240以及第三沉积腔250)、以及退火腔260。这里，第一沉积腔230可为用于沉积栅介质的腔室，第二沉积腔240可为用于形成包含至少一个IGZO薄膜层的活性层的腔室，以及第三沉积腔250可为用于形成至少一个钝化层的腔室。而且，退火腔260是在形成钝化层之后，在形成钝化层之后，或者形成钝化层之前或之后至少一次退火基板的腔室。因此，可能够执行栅介质的沉积，活性层的沉积，以及当将处理设备维持于真空状态时在原位置沉积及退火该钝化层。
而且，如图13所示，用于形成本发明的一实施例的包含薄膜晶体管的多个IGZO薄膜层的活性层的沉积设备包含：反应腔300，提供有预定反应空间，基座310，提供于反应腔300的内部底部份，气体分布板320，提供于反应腔300的内部顶部份与基座310相对应，第一源供给部份330，用以供给铟(In)源，第二源供给部份340，用于供给镓(Ga)源，第三源供给部份350，用于供给锌(Zn)源，以及第四源供给部份360，用以供给氧化源。而且，虽然图未示，沉积设备更包含清除气体供给部份，用以供给清除气例如惰性气体。第一、第二及第三源供给部份330、340以及350可包含源储存部份332、342以及352，起泡器334、344以及354，用以蒸发源材料以产生源气体，以及供给管336、346以及356，将蒸发的源材料供给至反应腔300。而且，供给氧化源的第四源供给部份360包含：储存氧化源的源储存部份362，以及供给管366，将氧化源供给至反应腔300。在水(H2O)等用作氧化源的情况下，第四源供给部份360可更包含起泡器。虽然图未示，控制装置(图未示)例如控制源的供给或供给量的阀可安装于供给管336、346、356以及366上。而且，沉积设备可更包含真空线392及真空泵394，用于控制反应腔300的内部压力及将反应腔维持于真空状态。同时，基座310可提供于此加热器(图未示)以及冷却装置(图未示)用以将基板100维持于期望的温度。这里，栅极、栅介质等可形成于基板100上，以及至少一个基板100可安装于基座310上。
为了通过使用前述沉积设备的ALD过程形成IGZO薄膜层，如图15所示，铟(In)源、镓(Ga)源、以及锌(Zn)源同时通过第一、第二及第三源供给部份330、340及350供给至反应腔300中以吸收基板100上的原料源。其后，停止原料的供给且清除气体例如惰性气体等供给以清除没有吸收的原料源。其后，氧化源通过第四源供给部份360供给至反应腔300中，用以使得基板100上吸收的原料源与氧化源反应，由此形成原子层形式的IGZO薄膜层。其后，停止氧化源的供给且然后清除气例如惰性气体供给至反应腔300中，用以清除没有反应的源气体。包含供给及清除原料来源与供给及清除氧化源的循环至少执行两次，用以形成具有预定厚度的IGZO薄膜层。
为了通过使用前述沉积设备的伪ALD过程形成IGZO薄膜层，如图16所示，铟(In)源、镓(Ga)源以及锌(Zn)源同时通过第一、第二及第三源供给部份330、340及350供给至反应腔300中以吸收基板100上的原料源。其后，氧化源通过第四源供给部份360供给至反应腔300中，用以使得基板100上吸收的原料来源与氧化源反应，由此形成原子层形式的IGZO薄膜层。包含供给原料来源与供给氧化源的循环重复执行至少两次，用以形成具有预定厚度的IGZO薄膜层。
为了通过使用前述沉积设备的循环化学气相沉积(CVD)过程形成IGZO薄膜层，如图17所示，铟(In)源、镓(Ga)源及锌(Zn)源同时通过第一、第二及第三源供给部份330、340及350供给至反应腔300中，以及同时氧化源通过第四源供给部份360供给至反应腔300中。甚至当原料来源通过第一、第二及第三源供给部份330、340及350停止且再次供给时氧化源的供给维持。也就是说，原料源通过第一、第二及第三源供给部份330、340以及350的供给与停止重复，以及氧化源通过第四源供给部份360的供给连续维持。通过这样，IGZO薄膜层通过这些源的反应形成于基板100上。在使用循环化学气相沉积(CVD)过程的情况下，由于原料源与氧化源同时沉积于基板上且稍后供给的氧化源与原料源反应，IGZO薄膜层变的致密。通过在维持氧化源的供给时，重复供给及停止原料源，IGZO薄膜层形成为预定厚度。
而且，为了通过使用前述沉积设备的化学气相沉积(CVD)过程形成IGZO薄膜层，铟(In)源、镓(Ga)源及锌(Zn)源通过第一、第二及第三源供给部份330、340及350供给至反应腔300中，以及同时氧化源通过第四源供给部份360供给至反应腔300中。
同时，为了通过其他沉积过程形成本发明的至少一个双层结构的IGZO薄膜层，可使用不同的沉积设备与前述的沉积设备。举例而言，具有至少两层结构的IGZO薄膜层可通过ALD过程、化学气相沉积(CVD)过程及伪ALD过程，通过安装多个基板100于基座310上且通过使用包含多个可旋转的注射器的可旋转注射单元，以及旋转基座310的单元，在原位置形成。当然，具有至少一个两层结构的IGZO薄膜层可在另一反应腔中易地形成。
而且，如图14所示，用于形成本发明的薄膜晶体管的钝化层的沉积设备包含：反应腔400，提供有预定的反应空间，基座410，提供于反应腔400的内部底侧以在其上安装基板100，气体分布板420，提供于反应腔的内部顶侧以与基座410相对应，第一供给部份430，用以通过气体分布板420供给硅源，第二供给部份440，用以供给第一反应源，第三供给部份450，用以供给第二反应源，以及第四供给部份460，用以供给清除气体或清除气。此外，该钝化层沉积设备更包含：远距等离子产生部份470，用以激发在反应腔400外部的清除气体，以及等离子产生部份480，其与气体分布板420相连接以激发处理气体。因此，气体分布板420由导电材料制造，以及等离子产生部份480可包含射频(RF)电源482及匹配单元484。而且，第一至第四供给部份430、440、450以及460分别包含源储存部份432、442、452及462与源供给线434、444、454以及464，以及虽然图未示，可包含控制源流动的流量计。该钝化层沉积设备可更包含真空线492及真空泵494，用以将反应腔400的内部维持于真空。同时，第一供给部份430可储存硅源，例如四乙基硅氧烷(TEOS)、硅甲烷(SiH4)等，第二供给部份440可储存氧化源，例如氧(O2)、臭氧(O3)等，以及第三供给部份450可储存容氮源，例如氧化二氮(N2O)、氨(NH3)等。而且，第四供给部份460可储存清除气体例如三氟化氮(NF3)等，以及清除气例如氩(Ar)等。
通过使用该钝化层沉积设备，可形成具有单层结构或多层结构的钝化层。例如，具有单层结构的钝化层可通过使用四乙基硅氧烷(TEOS)与臭氧(O3)的化学气相沉积(CVD)过程而不应用射频(RF)电源，通过形成氧化硅层形成。而且，第一氧化硅层可通过使用四乙基硅氧烷(TEOS)与臭氧(O3)的化学气相沉积(CVD)过程而不应用射频(RF)电源形成，以及然后第二氧化硅层可通过使用四乙基硅氧烷(TEOS)与氧(O2)的等离子增加化学气相沉积(PECVD)过程同时应用射频(RF)电源形成。进一步而言，氧化硅层可通过使用四乙基硅氧烷(TEOS)与臭氧(O3)的化学气相沉积(CVD)过程不应用射频(RF)电源形成，以及然后氮氧化硅层可通过使用氧化二氮(N2O)或氨(NH3)的等离子增加化学气相沉积(PECVD)过程形成。也就是说，在钝化层形成为单层结构或多层结构时，与活性层130相接触的部份可通过化学气相沉积(CVD)过程由氧化硅形成，以及其余部份可通过等离子增加化学气相沉积(PECVD)过程由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成。
图18至图21是顺次表示本发明一实施例的薄膜晶体管的制造方法的横截面图。
请参阅图18，栅极110形成于基板100的预定区域上，以及然后栅介质120形成于包含栅极110的基板100的全部区域上。栅极110可通过例如通过化学气相沉积(CVD)过程在基板100上形成第一导电层，以及然后通过使用预定光罩的光微影制程形成第一导电层的图案形成。这里，第一导电层可由金属、金属合金、金属氧化物、透明导电层任意一个以及其组合物形成。而且，第一导电层可考虑导电特性及电阻特性形成为多层结构。栅介质120可形成于具有栅极110的基板100的全部区域上，由包含无机绝缘材料或氧与/或氮的有机绝缘材料形成。
请参阅图19，在基板100装载于图13所示的沉积设备中之后，基座310的温度可控制，以使得基板100的温度维持于大约300℃或更低，例如维持在100℃至300℃。然后，第一IGZO薄膜层132形成于具有栅介质120的基板100的全部区域上。第一IGZO薄膜层132通过具有图15所示的加工周期的ALD过程形成。也就是说，铟(In)源、镓(Ga)源及锌(Zn)源同时供给至反应腔300中，以及在基板100上吸收，以及没有吸收的源气体通过使用清除气清除。其后，氧化源供给至反应腔300中，用以与在基板100上吸收的来源的氧化源反应，由此形成具有原子层结构的IGZO薄膜层，以及然后没有反应的源气体通过使用清除气体清除。这里，铟(In)源、镓(Ga)源及锌(Zn)源例如，分别在150-200sccm、50-100sccm、以及20-50sccm的量下，按照3-10∶1-5∶1的比例供给。通过重复该循环，第一IGZO薄膜层132包含多个堆叠原子层。这里，容氧材料，较佳为臭氧(O3)可用作ALD过程的氧化源，以及还可在激发为等离子状态之后使用氧(O2)、一氧化二氮(N2O)以及二氧化碳(CO2)。而且，第二IGZO薄膜层134通过化学气相沉积(CVD)过程或循环化学气相沉积(CVD)过程形成于第一IGZO薄膜层132上。对于循环化学气相沉积(CVD)过程，如图17所示，重复同时供给及停止铟(In)源、镓(Ga)源及锌(Zn)源，并且氧化源连续供给。这里，铟(In)源、镓(Ga)源及锌(Zn)源例如分别在150-200sccm、50-100sccm、以及20-50sccm的量下，按照3-10∶1-5∶1的比例供给。而且，氧(O2)、臭氧(O3)，蒸汽与氧的混合物，蒸汽与臭氧的混合物，以及臭氧(O3)、氧(O2)等离子等可用作循环化学气相沉积(CVD)过程的氧化源，以及较佳地，使用蒸汽与氧的混合物，或蒸汽与臭氧(O3)的混合物。同时，形成的第二IGZO薄膜层134可通过控制铟(In)源、镓(Ga)源及锌(Zn)源的引入量比第一IGZO薄膜层132更小，具有与第一IGZO薄膜层132不同的组成比。也可控制引入的氧化源的量。通过这样，第二IGZO薄膜层134的特性，例如迁移率，导电性等可控制为与第一IGZO薄膜层132不相同。第一IGZO薄膜层132可形成为大约5埃
至大约50埃
的厚度范围，以及第二IGZO薄膜层134可形成为大约200埃
至大约300埃的厚度范围。
请参阅图20，钝化层150通过使用图14所示的沉积设备，形成于第一及第二IGZO薄膜层132及134上。钝化层150形成为功能上作为蚀刻停止层，用以防止第一及第二IGZO薄膜层132及134暴露以及在稍后形成源及漏极的蚀刻过程中损伤。而且，钝化层150可防止在稍后形成源极及漏极之后，第一及第二IGZO薄膜层132及134暴露于大气。也就是说，如果第一及第二IGZO薄膜层132及134暴露于大气，则第一及第二IGZO薄膜层132及134的特性可由于湿气、氧等的渗入而劣降。因此，钝化层150形成为防止湿气、氧等的渗入。防止湿气、氧等渗入的钝化层150可由具有与第一及第二IGZO薄膜层132及134不同蚀刻选择性的材料形成，例如，绝缘层例如氧化硅、氮化硅等。然后，蚀刻钝化层150的预定区域且形成图案，以使得钝化层150留在彼此相间隔的源极与漏极之间的区域上。同时，钝化层150可形成图案以部份与源及漏极相重叠。
请参阅图21，活性层130通过形成第一及第二IGZO薄膜层132及134的图案形成以便覆盖栅极110。然后，第二导电层形成于活性层130上且然后通过使用预定光罩的光蚀刻过程形成图案以形成源极140a及漏极140b。源极140a及漏极140b与栅极110的顶表面部份地相重叠且在栅极110上方彼此相间隔。同时，执行蚀刻过程以使得暴露钝化层150。这里，第二导电层可通过化学气相沉积(CVD)由金属、金属合金、金属氧化物、一透明导电层中的任何之一及其组合物形成。而且，第二导电层可考虑导电特性及一电阻特性形成为多层结构。同时，由于钝化层150形成于源极140a与漏极140b之间，因此第一及第二IGZO薄膜层132及134能够防止暴露于大气且因此第一及第二IGZO薄膜层132及134的特性能够防止劣降。
而且，活性层130可形成为具有通过三个不同的沉积过程形成的第一至第三IGZO薄膜层的三个层的堆叠结构。也就是说，第一IGZO薄膜层可通过具有图15所示的处理周期的ALD过程形成，第二IGZO薄膜层可通过具有图16及图17所示处理周期的伪ALD过程或循环化学气相沉积(CVD)过程形成，以及第三IGZO薄膜层可通过化学气相沉积(CVD)过程形成。在上述情况下，可使用图13所示的示例的沉积设备。
同时，钝化层150可形成为双层结构且在形成钝化层150之前及之后，退火可执行至少一次。现在将结合图22与图23至图26描述关于钝化层150的双层结构的一实施例。
图22是解释本发明另一实施例的薄膜晶体管的制造方法的工艺流程图，以及图23至图26是顺次表示本发明的另一实施例的薄膜晶体管的制造方法的横截面图。下文中，将不给出与前述实施例内容重复的描述。
请参阅图22及图23，栅极110形成于基板100的预定区域上，以及然后栅介质120形成于包含栅极110的基板100的全部区域上(S120)。
请参阅图22及图24，第一及第二IGZO薄膜层132及134形成于基板100上(S130)。
请参阅图22及图25，钝化层150形成于第一及第二IGZO薄膜层132及134上(S150)。或者，在形成钝化层150之前可执行退火(S140)。在形成第一及第二IGZO薄膜层132及134之后执行退火以保证截断电流。在周围气体为氧(O2)、臭氧(O3)之下的真空环境中执行退火。也就是说，可在低于大气压力(760托(Torr))的压力下执行，较佳地，在范围自0.1托(Torr)至10托(Torr)的压力下执行。同时，根据需要的装置的特性，过程温度维持在200℃至450℃的范围内，以及处理时间可位于1分钟至30分钟的范围内。同时，钝化层150可形成为单层或多层结构，以及在钝化层150形成为多层结构的情况下，至少一个通过化学气相沉积(CVD)过程形成。举例而言，在钝化层150形成为具有第一钝化层150a与第二钝化层150b组成的双层结构的情况下，第一钝化层150a通过使用四乙基硅氧烷(TEOS)及臭氧(O3)的化学气相沉积(CVD)过程形成，以及第二钝化层150b通过使用四乙基硅氧烷(TEOS)与氧(O2)的等离子增强化学气相沉积(PECVD)过程形成。然后，蚀刻钝化层150的预定区域且形成图案以使得钝化层150保留于彼此相间隔的源极与漏极之间的区域上。也就是说，钝化层150形成图案以便与源及漏极部分相重叠。同时，在钝化层150形成图案之前可执行退火(S160)。由于在沉积钝化层150之后，截断电流可改变，因此可执行退火用以补偿截断电流的变化。退火在周围气体为氧(O2)、臭氧(O3)之下在真空状态下执行。也就是说，可在低于大气压力(760托(Torr))的压力下执行，较佳地，在范围自0.1(Torr)至10托(Torr)的压力下执行。同时，根据需要的装置的特性，过程温度维持于200℃至450℃的范围内。以及处理时间可位于1分钟至30分钟的范围内。也就是说，在形成钝化层150之前或之后，退火可执行至少一次。
请参阅图22及图26，活性层130通过形成第一及第二IGZO薄膜层132及134的图案形成，以便覆盖栅极110。然后，第二导电层形成于活性层130上以及然后通过使用预定光罩的光蚀刻过程形成图案，用以形成源极140a及漏极140b(S170)。源极140a及漏极140b与栅极110的顶表面部份地相重叠且在栅极110上方彼此相间隔。蚀刻过程执行以使得暴露钝化层150。同时，由于钝化层150形成于源极140a与漏极140b之间，因此第一及第二IGZO薄膜层132及134能够防止暴露于大气且因此能够防止第一及第二IGZO薄膜层132及134的特性降低。
在上述的实施例中，用作栅极110、栅介质120的第一导电层，以及用作源及极极140a及140b的第二导电层可通过化学气相沉积(CVD)过程或者物理气相沉积(PVD)过程形成。也就是说，这些层可通过喷镀、真空蒸发或离子电镀形成。同时，在这些层通过喷镀形成的情况下，薄膜晶体管的元件可通过使用喷镀面罩(即，遮蔽罩)的喷镀过程形成，不执行使用预定光罩的光蚀刻过程。除化学气相沉积(CVD)过程或物理气相沉积(PVD)过程之外，使用包含分散于其中的细颗粒或具有前体的溶胶-凝胶液相的胶体溶液的不同涂覆方法可用于形成前述层，这些涂覆方法例如旋涂，浸涂，例如纳米印刷、压印、列印、一转印等的列印。或者，上述层可通过一原子层沉积或脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition，PLD)过程形成。
同时，除IGZO薄膜层之外，可使用氧化铟锌(ITZO)薄膜层。也就是说，氧化铟锌(ITZO)薄膜层通过使用ALD过程及循环化学气相沉积(CVD)过程可形成包含至少两个或更多层的多层结构。举例而言，第一氧化铟锌(ITZO)薄膜层可通过ALD过程形成，以及第二氧化铟锌(ITZO)薄膜层可通过化学气相沉积(CVD)过程或循环化学气相沉积(CVD)过程形成。而且，第一氧化铟锌(ITZO)薄膜层可通过ALD过程形成，以及第二氧化铟锌(ITZO)薄膜层可通过伪ALD过程或循环化学气相沉积(CVD)过程形成，以及第三氧化铟锌(ITZO)薄膜层可通过化学气相沉积(CVD)过程形成。为了如上形成氧化铟锌(ITZO)薄膜层，可使用图12中所示的组件设备以及图13所示的沉积设备。在使用图13所示的沉积设备的情况下，用以供给镓(Ga)源的第二源供给部份340代替镓(Ga)源供给锌(Zn)源。
而且，IGZO薄膜层与氧化铟锌(ITZO)薄膜层可堆叠。在这样堆叠结构的情况下，还使用ALD过程与循环化学气相沉积(CVD)过程，举例而言，IGZO薄膜层可通过ALD过程形成以及然后氧化铟锌(ITZO)薄膜层可通过循环化学气相沉积(CVD)过程形成。或者，第一IGZO薄膜层可通过ALD过程形成，第二IGZO薄膜层可通过伪ALD过程或循环化学气相沉积(CVD)过程形成，以及氧化铟锌(ITZO)薄膜层可通过化学气相沉积(CVD)过程形成。进一步而言，IGZO薄膜层可通过ALD过程形成且然后氧化铟锌(ITZO)薄膜层可通过一化学气相沉积(CVD)过程或循环化学气相沉积(CVD)过程形成。也就是说，虽然IGZO薄膜层与氧化铟锌(ITZO)薄膜层通过ALD过程、化学气相沉积(CVD)过程、伪ALD过程或循环化学气相沉积(CVD)过程形成可堆叠且与堆叠顺序无关。但是最低层通过ALD过程形成。因此，在同时使用IGZO薄膜层与氧化铟锌(ITZO)薄膜层的情况下，使用图13所示的沉积设备，以及因此更需要供给锡(Sn)源的第五供给部份。
根据本发明实施例的薄膜晶体管可用作用于驱动显示器，例如液晶显示装置，有机电致发光显示器等中的像素的驱动单元。也就是说，在具有多个排列为矩阵结构像素的显示面板中，薄膜晶体管形成于每一像素中，像素通过该薄膜晶体管选择且用于影像显示的数据传送至该选择的像素。
在本发明的实施例中，至少两层结构的IGZO薄膜层通过使用包含原子层沉积(ALD)过程不同的化学气相沉积过程形成，以及该至少两层结构的IGZO薄膜层形成为用作薄膜晶体管的活性层。也就是说，在IGZO薄膜层的全部厚度中，IGZO薄膜层的部份厚度通过ALD过程形成，以及IGZO薄膜层的其余厚度通过使用化学气相沉积(CVD)过程、伪ALD过程、以及循环化学气相沉积(CVD)过程中至少一个形成。而且，IGZO薄膜层可形成为多层结构，其中多层结构的每一个层具有不同的组成。
根据本发明，通过使用化学气相沉积(CVD)过程，形成用作活性层的IGZO薄膜层，当IGZO薄膜层通过使用习知技术的喷镀形成时的低可靠性问题，以及IGZO薄膜层的特性随着喷镀进行而变化能够解决。也就是说，由于源的引入量能够维持在固定比率，因此当沉积过程进行时，IGZO薄膜层的组成不变化，以使得IGZO薄膜层的可靠性能够防止降低。
而且，由于相邻于栅介质的活性层能够通过使用ALD过程由具有优良薄膜质量及介面特性的IGZO薄膜层形成，并且还用作前通道，因此能够增加薄膜晶体管的工作速度。
进一步而言，IGZO薄膜层可形成为多层结构，其中每一个层具有不同的组成，以及因此可用作前通道或后通道。也就是说，在第一IGZO薄膜层中铟(In)与镓(Ga)的组成可比第二IGZO薄膜层中铟(In)与镓(Ga)的组成更高以使得第一IGZO薄膜层的迁移率与导电性比第二IGZO薄膜层的迁移率与导电性为高。由此，还可能使用第一IGZO薄膜层作为前通道，以及第二IGZO薄膜层作为后通道。
此外，通过使用彼此不相同并且包含ALD过程的多个过程，形成具有至少一个两层结构的IGZO薄膜层，生产率能够提高且能够保证工作可靠性。也就是说，在仅使用ALD过程的情况下，处理速度慢且因此生产率低，以及在仅使用化学气相沉积(CVD)的情况下，薄膜质量不致密且因此不可能正常工作。然而，在均使用ALD过程与化学气相沉积(CVD)的情况下，可能提高生产率及保证工作的可靠性。
同时，通过在IGZO薄膜层上形成钝化层，能够防止活性层的蚀刻损伤及低薄膜质量，以及通过使用化学气相沉积(CVD)过程形成至少一些钝化层，能够防止活性层的损伤。也就是说，通过使用化学气相沉积(CVD)或ALD过程与活性层相接触的至少一些钝化层，能够防止由于等离子对活性层的损伤，以及通过使用等离子增强化学气相沉积(PECVD)过程形成钝化层的其余部份，能够提高薄膜质量与沉积速度。
同时，本发明的技术思想已经关于较佳的实施例作特别描述，但是应该指出上述的实施例仅仅作为示例提供且不作为限制的目的。而且，本领域的技术人员可以理解的是可能在本发明的技术思想范围内实现不同的实施例。
Claims (35)
1.一种薄膜晶体管，包含：
栅极；
源极及漏极，在一上及下方向上与所述栅极相间隔且在一水平方向上彼此相间隔；
栅介质，形成于所述栅极与所述源极之间以及所述栅极与所述漏极之间；以及
活性层，形成于所述栅介质与所述源极之间以及所述栅介质与所述漏极之间，
其中所述活性层由掺杂有元素的至少两个氧化锌薄膜层形成。
2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其中所述掺杂元素是一III族或IV族元素。
3.根据权利要求2所述的薄膜晶体管，其中所述掺杂元素是镓(Ga)、铟(In)以及锡(Sn)的至少一个。
4.根据权利要求3所述的薄膜晶体管，其中所述掺杂的至少两个氧化锌薄膜层包含，具有包含至少两个堆叠层的多层结构的铟镓锌氧化物(IGZO)薄膜层与氧化铟锌(ITZO)薄膜层的至少一个。
5.根据权利要求4所述的薄膜晶体管，其中所述掺杂的至少两个氧化锌薄膜层包含通过原子层沉积(ALD)过程形成的第一氧化锌薄膜层，以及除所述第一氧化锌薄膜层之外的其余氧化锌薄膜层通过伪原子层沉积(ALD)过程、循环化学气相沉积(CVD)过程以及化学气相沉积(CVD)过程的至少一个形成。
6.根据权利要求5所述的薄膜晶体管，其中所述原子层沉积(ALD)过程通过相交替供给原料源及反应源形成薄膜层，以及所述循环化学气相沉积(CVD)过程及所述化学气相沉积(CVD)过程通过同时供给所述原料源及所述反应源形成氧化铟锌(ITZO)薄膜层。
7.根据权利要求5所述的薄膜晶体管，其中除所述第一氧化锌薄膜层之外的所述其余氧化锌薄膜层比所述第一氧化锌薄膜层更厚。
8.根据权利要求5所述的薄膜晶体管，其中所述第一氧化锌薄膜层形成于靠近所述栅极的侧面。
9.根据权利要求8所述的薄膜晶体管，其中所述这些掺杂的至少两个氧化锌薄膜层在组成比率上不相同。
10.根据权利要求9所述的薄膜晶体管，其中所述第一氧化锌薄膜层在迁移率及移动性上比所述其余氧化锌薄膜层更高。
11.根据权利要求10所述的薄膜晶体管，其中所述第一氧化锌薄膜层在所述掺杂元素的含量上比所述其余氧化锌薄膜层更大。
12.根据权利要求1或11所述的薄膜晶体管，更包含钝化层，所述钝化层形成于所述源极与所述漏极之间的所述活性层上。
13.根据权利要求12所述的薄膜晶体管，其中所述钝化层形成为单层结构或至少一个两层结构。
14.根据权利要求13所述的薄膜晶体管，其中至少一些所述钝化层通过不使用等离子的化学气相沉积(CVD)过程形成。
15.根据权利要求14所述的薄膜晶体管，其中所述钝化层包含：
第一钝化层，通过不使用所述等离子的该化学气相沉积(CVD)过程形成于所述活性层上；以及
第二钝化层，通过使用等离子的所述化学气相沉积(CVD)形成于所述第一钝化层上。
16.一种薄膜晶体管的制造方法，包含：
提供基板；
形成栅极于所述基板上以及形成栅介质于具有所述栅极的所述基板上；
形成活性层于所述栅介质上；以及
形成源极及漏极于所述活性层上，
其中所述活性层由掺杂氧化锌薄膜层形成以及所述掺杂氧化锌薄膜层通过化学气相沉积(CVD)过程形成为至少一个两层结构。
17.根据权利要求16所述的薄膜晶体管的制造方法，更包含形成钝化层于所述活性层上以形成所述钝化层的图案，以使得所述钝化层保留于所述源极与所述漏极之间。
18.根据权利要求16或17所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述氧化锌薄膜层使用镓(Ga)、铟(In)以及锡(Sn)的至少一个掺杂。
19.根据权利要求18所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述掺杂氧化锌薄膜层包含，具有包含至少两个堆叠层的多层结构的铟镓锌氧化物(IGZO)薄膜层与氧化铟锌(ITZO)薄膜层的至少一个。
20.根据权利要求19所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述掺杂的至少两个氧化锌薄膜层包含通过ALD过程形成的第一氧化锌薄膜层，以及除所述第一氧化锌薄膜层之外的其余氧化锌薄膜层通过伪原子层沉积(ALD)过程、循环化学气相沉积(CVD)过程以及化学气相沉积(CVD)过程的至少一个形成。
21.根据权利要求20所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述掺杂氧化锌薄膜层的所述第一氧化锌薄膜层通过所述原子层沉积(ALD)过程形成且第二层通过所述化学气相沉积(CVD)过程形成。
22.根据权利要求20所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述掺杂氧化锌薄膜层的该第一氧化锌薄膜层通过所述原子层沉积(ALD)过程形成且第二层通过所述循环化学气相沉积(CVD)过程形成。
23.根据权利要求20所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述掺杂氧化锌薄膜层的所述第一氧化锌薄膜层通过所述原子层沉积(ALD)过程形成，第二层通过所述伪原子层沉积(ALD)过程形成，以及所述第三层通过所述化学气相沉积(CVD)过程形成。
24.根据权利要求20所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述掺杂氧化锌薄膜层的所述第一氧化锌薄膜层通过所述原子层沉积(ALD)过程形成，第二层通过所述循环化学气相沉积(CVD)过程形成，以及第三层通过所述化学气相沉积(CVD)过程形成。
25.根据权利要求20所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述掺杂的至少两个氧化锌薄膜层通过控制沉积源的引入量形成为不同的组成比率。
26.根据权利要求21所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述第一氧化锌薄膜层在所述掺杂元素的含量上比所述其余氧化锌薄膜层更大。
27.根据权利要求22所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述第一氧化锌薄膜层在迁移率及移动性上比所述其余氧化锌薄膜层更高。
28.根据权利要求17所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述钝化层形成为单层结构或至少一个两层结构。
29.根据权利要求28所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述钝化层包含与所述活性层相接触的第一钝化层，其余的第二钝化层，以及所述第一钝化层通过不使用等离子的该化学气相沉积(CVD)形成，以及所述第二钝化层通过使用等离子的化学气相沉积(CVD)形成。
30.根据权利要求29所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述第一钝化层通过使用硅源以及第一反应源形成，以及所述第二钝化层通过使用所述硅源以及第二反应源形成。
31.根据权利要求30所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述硅源包含四乙基硅氧烷(TEOS)以及硅甲烷(SiH4)，所述第一反应源包含臭氧(O3)，以及该第二反应源包含氧(O2)、氧化二氮(N2O)或氨(NH3)。
32.根据权利要求31所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述第一钝化层通过使用四乙基硅氧烷(TEOS)以及臭氧(O3)形成。
33.根据权利要求32所述的薄膜晶体管的制造方法，其中所述第二钝化层通过使用四乙基硅氧烷(TEOS)或硅甲烷(SiH4)与氧(O2)、氧化二氮(N2O)或氨(NH3)形成。
34.根据权利要求17所述的薄膜晶体管的制造方法，其中在形成所述钝化层之前或之后的至少一个，更包含执行退火过程。
35.根据权利要求34所述的薄膜晶体管的制造方法，其中形成所述栅介质、形成所述活性层、形成所述钝化层以及所述退火是原位执行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130911 |