CN1066573C - 一种薄膜晶体管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种薄膜晶体管的制造方法，针对薄膜晶体管制作过程中使用的铝与氧化铟锡透明导电膜在碱性溶液(如显影液或蚀刻液)中，产生的电化学反应现象，在黄光形成图形及蚀刻时，利用氮化硅将铝和氧化铟锡透明导电膜隔开，如此不但可解决上述现象，而且也能减少一步骤的制作过程，对增加产量及减少成本，具有明显的经济效益。
Description
本发明涉及薄膜晶体管制备的改进方法，尤指在黄光形成图形及蚀刻时，利用氮化硅将铝及氧化铟锡透明导电膜隔开，减少制作步骤。
目前，薄膜晶体管以结构区分，大致可分为(1)直接堆叠式(Direct Staggered)；(2)反转堆叠式(Inverted Staggered)；(3)直接共平面式(Coplanar)；(4)共平面式(Inverted Coplanar)等四个结构。一般而言，多晶硅多使用直接共平面式的结构，而非晶硅薄膜晶体管则多使用反转堆叠式结构。
图(1)所示反转堆叠式结构为目前非晶硅薄膜晶体管之两种较常见的结构。其中图(1)(a)为无蚀刻停止层(Non-etch stopper)结构；其中图(1)(b)为蚀刻停止层(Etch stopper)结构。其差异在于蚀刻停止层结构中，会在沟道(Channel)上形成一层氮化硅保护层，这种结构一般需要7道掩模的黄光制作过程。而在无蚀刻停止层结构中，则不形成这层保护层，直接将n+a-Si电极接触形成在沟道上；只是此种结构一般需要6道掩模的黄光制作过程。
在图(1)(a)所示的无蚀刻停止层的结构中，依制作次序所形成的膜层叙述如下：先在基板11上形成一层栅极金属膜12，接着分别是栅极绝缘膜13、非晶硅薄膜14、高掺杂非晶硅层151及152、氧化铟锡透明导电膜16、漏极17、源极18以及保护绝缘膜19。
而图(1)(b)的蚀刻停止层的结构中，依制作次序分别为：基板21、栅极金属膜22、栅极绝缘膜23、非晶硅薄膜24、蚀刻停止层25、高掺杂非晶硅层261及262、氧化铟锡透明导电膜27、漏极281、源极282以及保护绝缘膜29。
已知的技术方法的缺点说明如下：
(一)金属层(如铝)与氧化铟锡透明导电膜在碱性溶液(如显影液或蚀刻液)中会产生电化学效应(如J.Electrochem.Soc.,Vol.139,No.2,February 1992的“Reductive Corrosion of ITO in contact with Al in AlkalineSolutions”所述)。
(二)在其制作过程中由于没有将栅极绝缘层和保护绝缘层同时做蚀刻处理，故比本发明多一次蚀刻制作过程，导致成本较高。
(三)金属层(如铝)与氧化铟锡透明导电膜之间没有隔着绝缘层，会因杂质粒子而产生短路现象。
本发明制作过程与传统式制作过程间的差异点，即在于将原先传统式的氧化铟锡透明导电膜的制作移到最后一步，并省略接触氮化硅(Contact SiNx)的制作过程，如此，可以减少一道掩模的制作步骤。
根据本发明方法至少可有以下三项优点：
(一)由于金属层(如铝)与氧化铟锡透明导电膜之间隔着氮化硅，故可避免产生电化学效应。
(二)整个制作减少一道掩模制作步骤，可增加产量，并减少制造的成本。
(三)金属层(如铝)与氧化铟锡透明导电膜之间隔着SiN类绝缘层，故可避免因杂质粒子产生的短路现象，增加了成品的合格率。
本发明的薄膜晶体管制作的改进方法，在于改善传统的薄膜晶体管的结构，以减少金属层(如铝)和氧化铟锡透明导电膜在碱性溶液(如显影液或蚀刻液)中所产生的电化学效应，并可将原来的黄光制作过程各减少一道掩模步骤。
本发明的方法包括在基板上形成栅极；以化学沉积方式在栅极上依次形成栅极绝缘层，非晶硅层，和高掺杂非晶硅层；用蚀刻法蚀刻高掺杂非晶硅层和非晶硅层后，在其上溅射金属层，并蚀刻形成漏极和源极；以化学气相沉积方式沉积一层绝缘膜，并蚀刻成保护绝缘层；在保护绝缘层上以化学气相沉积法沉积氧化铟锡透明导电膜并蚀刻出电极。
而且，如果需要，在形成非晶硅层和高掺杂晶硅步骤之间还包括形成蚀刻停止层的步骤。在上述方法中，可将栅极绝缘层和保护绝缘层同时进行蚀刻。所述保护绝缘层的材料选自一种以上下列材料SiNx,SiO2,SiNOx,Ta2O5和Al2O3。
图(1)是反转堆叠式非晶硅薄膜晶体管之两种常见的结构：(a)是无蚀刻停止层结构；(b)是蚀刻停止层结构。
图(2)为本发明薄膜晶体管结构：(a)是无蚀刻停止层结构；(b)是蚀刻停止层结构。
图(3)是传统的反转堆叠式非晶硅薄膜晶体管无蚀刻停止层构造的概略制作流程及截面构造图。
图(4)是本发明所提出的反转堆叠式非晶硅薄膜晶体管无蚀刻停止层构造的概略制作流程及截面构造图。
图(5)是传统的反转堆叠式非晶硅薄膜晶体管蚀刻停止层构造的概略制作流程及截面构造图。
图(6)是本发明所提出的反转堆叠式非晶硅薄膜晶体管蚀刻停止层构造的概略制作流程及截面构造图。
为明了本发明之技术内容，以下结合附图作详细说明。
图(2)所示为本发明薄膜晶体管结构，图(2)(a)为无蚀刻停止层结构，图(2)(b)为蚀刻停止层结构。
图(2)(a)中所示为无蚀刻停止层式非晶硅薄膜晶体管的结构，于基板31上依次形成栅极金属膜32、栅极绝缘膜33、非晶硅薄膜34、高掺杂非晶硅层351及352、漏极36、源极37、保护绝缘膜381及382、以及氧化铟锡透明导电膜39。
另外图(2)(b)蚀刻停止层式非晶硅薄膜晶体管之结构如下：
在基板41上依序形成栅极金属膜42、栅极绝缘膜43、非晶硅薄膜44、蚀刻停止层45、高掺杂非晶硅层461及462、漏极471、源极472、保护绝缘膜481及482、以及氧化铟锡透明导电膜49。
现详细说明本发明与一般传统式在制造流程及截面构造上的差异如下：
先就一般己知传统式及本发明在无蚀刻停止层构造上的比较予以说明，其中传统式制作方法(参阅图(3))是由
(a)首先于基板11上以溅射机溅射上一层如铬，厚度1000-5000的栅极金属层12，覆盖上一层光刻胶10；
(b)以蚀刻方式蚀刻出栅极112；
(c)利用化学气相沉积方式，连续沉积如氮化硅或氧化硅，厚度1000-5000的栅极绝缘层、厚度500-3000的非晶硅层和厚度200-1000的高掺杂非晶硅层；并且①先以蚀刻方式蚀刻非晶硅层14和高掺杂非晶硅层15，②再用蚀刻方式蚀刻成栅极绝缘层13；
(d)以溅射机溅射上一层厚度500-3000的氧化铟锡透明导电膜，以蚀刻方式蚀刻成电极16；
(e)以溅射机溅射一层如铬、铝，厚度1000-8000的金属膜，利用蚀刻方式蚀刻金属膜和高掺杂非晶硅层，而成为漏极17(含高掺杂非晶硅层151)和源极18(含高掺杂非晶硅层152)；
(f)以化学气相沉积方式沉积一层厚度2000-5000的氮化硅保护绝缘层(passivation layer)，并利用蚀刻方式蚀刻成保护绝缘层19；
等上述步骤而组成。
另外，本发明的改进制作方法(参阅图(4))是由
(a)先于基板31上以溅射机溅射上一层如铬，厚度1000-5000的栅极金属层32，再覆盖上一层光刻胶30；
(b)以蚀刻方式蚀刻出栅极321；
(c)利用化学气相沉积方式，连续沉积如氮化硅或氧化硅，厚度1000-5000的栅极绝缘层，厚度500-3000的非晶硅层和厚度200-1000的高掺杂非晶硅层，①先以蚀刻非晶硅层34及高掺杂非晶硅层35，②再以蚀刻成栅极绝缘层33；
(d)以溅射机溅射一层如铬、铝，厚度1000-8000的金属膜，利用蚀刻方式蚀刻出漏极36(含高掺杂非晶硅层351)和源极37(含高掺杂非晶硅层351)和源极37(含高掺杂非晶硅层352)；
(e)以化学气相沉积方式沉积一层厚度2000-5000的氮化硅保护绝缘膜，并利用蚀刻方式蚀刻成保护绝缘层381及382；
(f)以溅射机溅射上一层厚度500-3000的氧化铟锡透明导电膜，并利用蚀刻方式蚀刻成电极39；
等上述步骤组成。
本发明与传统式在蚀刻停止层构造上的差异分述比较如下所叙：
其中传统式的制作方法(参阅图(5))，是由
(a)先于基板21上以溅射机溅射上一层如铬，厚度1000-5000的栅极金属层22，再覆盖上一层光刻胶20；
(b)以蚀刻方式蚀刻出栅极221；
(c)以化学气相沉积方式连续沉积如氮化硅或氧化硅，厚度1000-5000的栅极绝缘层，厚度500-3000的非晶硅层和如氮化硅或氧化硅，厚度500-2000的蚀刻停止层(Etch stopper)，其中利用蚀刻方式蚀刻出蚀刻停止层25；
(d)以溅射机溅射上一层厚度200-1000的高掺杂非晶硅层，①利用蚀刻方式蚀刻高掺杂非晶硅层24，②再以蚀刻方式蚀刻栅极绝缘层23；
(e)以溅射机溅射上一层厚度500-3000的氧化铟锡透明导电膜，利用蚀刻方式蚀刻成电极27；
(f)以溅射机溅射上一层如铬、铝，厚度1000-8000的金属膜，并利用蚀刻方式蚀刻金属膜和高掺杂非晶硅膜，而成为漏极281(含高掺杂非晶硅层261)和源极282(含高掺杂非晶硅层262)；
(g)以化学气相沉积方式沉积一层厚度2000-5000的保护绝缘层(passivation layer)，利用蚀刻方式蚀刻出保护绝缘层29；
等上述步骤组成。
另本发明的改进制作方法(参阅图(6))，是由：
(a)先于基板41上以溅射机溅射上一层如铬，厚度1000-5000的金属膜42，再覆盖上一层光刻胶40；
(b)利用蚀刻方式蚀刻出栅极421；
(c)以化学气相沉积方式，连续沉积如氮化硅或氧化硅，厚度1000-5000的栅极绝缘膜，厚度500-3000的非晶硅层和如氮化硅或氧化硅，厚度500-2000的蚀刻停止层(Etch stopper)，其中以蚀刻方式蚀刻成蚀刻停止层45；
(d)以化学气相沉积方式沉积一层高掺杂非晶硅层，厚度200-1000，利用蚀刻方式蚀刻高掺杂非晶硅层46和非晶硅层44；
(e)以溅射机溅射一层如铬、铝，厚度1000-8000的金属膜，用蚀刻法蚀刻出漏极471(含高掺杂非晶硅层461)及源极472(含高掺杂非晶硅层462)；
(f)以化学气相沉积方式沉积一层如氮化硅或氧化硅，厚度2000-5000的绝缘膜，以蚀刻方式蚀刻成保护绝缘层(passivation layer)481及482；
(g)以溅射机溅射上一层厚度500-3000的氧化铟锡透明导电膜，再利用蚀刻方式蚀刻出电极49；
等上述步骤组成。
将氧化铟锡透明导电膜的制作步骤移到最后处理，并省略栅极绝缘层蚀刻步骤，进而将栅极绝缘层和保护绝缘层同时进行蚀刻处理，与传统式制作过程相比可减少一道掩模的制作步骤；并且可同时解决已知薄膜晶体管制作中所使用的铝与氧化铟锡透明导电膜在碱性溶液(如显影液或蚀刻液)中产生的电化学反应现象，而利用本发明方法不但可解决前述现象，而且也能减少一道制作步骤，增加了产量并降低了成本，具有明显的经济效益。
Claims (6)
1．一种薄膜晶体管的制造方法，包括：
在基板上形成栅极；
以化学沉积方式在栅极上依次形成栅极绝缘层，非晶硅层，和高掺杂非晶硅层；
用蚀刻法蚀刻高掺杂非晶硅层和非晶硅层后，在其上溅射金属层，并蚀刻形成漏极和源极；
以化学气相沉积方式沉积一层绝缘膜，并蚀刻成保护绝缘层；
在保护绝缘层上以化学气相沉积法沉积氧化铟锡透明导电膜并蚀刻出电极。
2．根据权利要求1的方法，在形成非晶硅层和高掺杂晶硅步骤之间还包括形成蚀刻停止层的步骤。
3．根据权利要求1或2的方法，其中将栅极绝缘层和保护绝缘层同时进行蚀刻。
4．根据权利要求1或2的方法，其中保护绝缘层的材料选自一种以上下列材料SiNx,SiO2,SiNOx,Ta2O5和Al2O3。
5．根据权利要求1或2的方法，其中金属层由铝制成。
6．根据权利要求4的方法，其中金属层由铝制成。
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