CN1558447B - 薄膜晶体管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄膜晶体管的制造方法，包括下列步骤：首先，提供一基板，并无电镀一栅极层于基板上。其后，图形化栅极层以形成一栅极，并电镀一金属层于栅极上。阳极氧化金属层以形成一栅极介电层，其后以一化学沉积法形成一半导体层于栅极介电层及基板上。
Description
技术领域
本发明有关一种薄膜晶体管(thin-film transistor；TFT)的制造方法，特别是有关一种只使用湿式工艺的薄膜晶体管的制造方法。
背景技术
薄膜晶体管为液晶显示器常用的有源元件(active element)，藉由薄膜晶体管的使用，使得在影像的数据写入期间(address period)，使薄膜晶体管的半导体层成为低电阻状态(ON状态)，将影像数据(image data)传达写入至一电容中进而改变液晶的角度；而在保持期间(sustain period)，能够使半导体层成为高电阻状态(OFF状态)，而将该电容上所储存的影像数据保持一定。
常见的应用于薄膜晶体管平面显示器的薄膜晶体管结构如图1所示，其制造流程如下所述。在基板10上具有一晶体管区，在晶体管区中形成第一金属层，利用第一道光刻蚀刻工艺将第一金属层定义成横向配置的栅极线12。接着于其上方依序沉积绝缘层14、半导体层(通常指非晶硅层，amorphous silicon layer)16、n型掺杂硅层18和第二金属层20，并进行第二道光刻蚀刻工艺，定义晶体管中非晶硅层16、n型掺杂硅层18和第二金属层20的图案，直至暴露出绝缘层14的表面，并在晶体管区外使第二金属层20在基板10上特定位置形成纵向配置的信号线(未图标)。接着，进行第三道光刻蚀刻工艺，以于晶体管区内将第二金属层20和n型掺杂硅层18中定义一沟道(channel)19，并使非晶硅层16的表面暴露于沟道19中，藉以将非晶硅层16与第二金属层20更进一步定义形成源极和漏极电极。
一般薄膜晶体管有源区域的半导体层分为两种，一为非晶硅，另一种为多晶硅，使用非晶硅的工艺温度约为350℃，而使用多晶硅的工艺温度约为500℃～650℃。高温的工艺造成在制作薄膜晶体管平面显示器时整合的困难度增高。此外，使用真空沉积系统制作薄膜晶体管的介电层及导电层，具有系统复杂价格昂贵，需消耗大量能源，增加薄膜晶体管平面显示器的制作成本等缺点。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种完全使用湿式工艺的薄膜晶体管的制作方法。此方法不需使用昂贵的真空系统，也因此可减低薄膜晶体管平面显示器的制作成本。
为达成上述目的，本发明提供一种薄膜晶体管的制造方法，包括下列步骤：首先，提供一基板，并无电镀(electroless plating)一栅极层于基板上。接者，图形化栅极层以形成一栅极，电镀一金属层于栅极上，并阳极氧化金属层以形成一栅极介电层。其后，以化学沉积法形成半导体层于栅极介电层及基板上，无电镀导电层覆盖半导体层及基板，并图形化导电层，使导电层裸露出一开口区域位于半导体层上。接下来，涂布保护层于导电层上，且填满开口区域。最后，图形化保护层使裸露出部分导电层，及涂布透明导电层于基板上，其中透明导电层和部分导电层电连接。
为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1显示现有薄膜晶体管的制造方法；
图2A～2F显示本发明优选实施例薄膜晶体管的制造方法；
图3显示阳极氧化系统设备示意图；以及
图4图显示化学沉积法系统设备示意图。
附图标记说明
现有技术
基板～10； 栅极线～12；
绝缘层～14； 半导体层～16；
n型掺杂硅层～18； 沟道～19；
金属层～20；
本发明技术：
基板～200； 栅极～202；
金属层～204； 半导体层～206；
导电层～208； 开口区域～210；
保护层～212； 白金～302；
电解溶液～304； 容器～402；
溶液～404； 水～406；
加热板～408。
具体实施方式
首先，如图2A所示，以一湿式沉积方法，例如无电镀法，形成一栅极层202于一基板200上，其基板200可以为一玻璃基板或是树脂基板，且其栅极层202优选为一金属，更优选为可以以无电镀方法进行沉积的金属，例如镍、钴、钯、铂、铜、金、银。
在本优选实施例中以一无电镀镍工艺为例：首先将基板200置入含中性清洁剂的超声波震荡器内，震洗5～15分钟，取出并以蒸馏水清洗。其后，以10～25％H2SO4酸洗5～10分钟，取出并以蒸馏水清洗。浸入10～20％H2SO4中30～60秒，并配制硫酸镍(NiSO4·6H2O)、琥珀酸钠(Sodium Succinate)、及次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)的溶液，最后稀释并调整pH至3～6。将基板200置入无电镀镍液，并进行搅拌，使溶液温度维持为88±10℃进行析镀。最后，将基板200充分水洗后进行干燥。
之后，如图2A所示，以一般的光刻蚀刻方法，图形化栅极层，以形成一栅极202于基板200上，其蚀刻方法优选为一湿式蚀刻方法。接下来，如图2B所示，以一湿式沉积方法，例如电镀法，形成一金属层204于栅极202上，其金属层204优选为可氧化形成高介电常数介电层的金属，例如：铝或钽。此外，亦可以以电镀方法沉积一低导电系数材料，例如铜，于栅极层202和金属层204间，以降低栅极202的阻值。
接下来，如图2C所示，阳极氧化金属层204以形成栅极介电层。请参考图3所示的阳极氧化系统设备示意图，以阳极氧化铝为例：电解的工艺条件可为传统硫酸电解液(conventional sulfuric acid anodizing electrolyte)、温度21～25℃、电流密度230～260A/m2、电压12～22V的工艺条件。或者是铬酸(chromic acid)3～10％、温度40℃、电压0～40V、电流密度0.3～0.5A/dm2的工艺条件。亦或是磷酸(Phosphoric acid)3～20 Vol％、浴温30～35℃、电压50～60V的工艺条件。或草酸3～10wt％、温度24～35℃、电流密度1～2A/dm2的工艺条件。
将阳极端接到金属层204，阴极端为一白金302。当阳极端通入一个电压后，阳极端处的金属层204发生氧化反应而生成金属氧化物，于此同时阴极端处则发生还原反应而生成氢气。运用此方法，可将金属层204完全氧化以形成栅极介电层204，或是控制氧化时间，仅将部分金属层204氧化，而氧化的金属层作为栅极介电层204，未氧化的金属层作为栅极202。为了精确地控制金属层204上氧化膜的厚度，电解电压与电解时间为主要的两个控制参数。需注意的是，在电解反应刚开始时，电解反应发生在电解溶液304/金属层204的界面处，因此电解反应电流最大，此时金属层204上氧化膜的成长速率也就最快；随着电解反应时间的增加，由于电解溶液304/金属层204之间已经有一层氧化膜存在，因此电解反应电流越来越小，金属层204上氧化膜的成长速率也就越来越慢。
其后，如图2D所示，以一化学沉积法(chemical bath deposition)沉积一半导体层206于栅极介电层204及基板200上，并图形化半导体层206移除位于基板200上的部分半导体层206。其半导体层206优选为CdS或CdSe。以化学沉积法沉积CdS为例，如图4所示，将基板200放置在储存有0.002M的CdCl2、0.02M的NH4Cl，和0.2M的NH4OH溶液404的容器402中，且将容器402浸泡在水406中。充分搅拌容器中的溶液404使其变黄色，之后以加热板408将水406加热使溶液404在15℃～90℃间沉积CdS在基板200上。
接下来，如图2E所示，无电镀一导电层208覆盖半导体层206及基板200，其导电层208优选为可以以无电镀方法进行沉积的金属，例如镍、钴、钯、铂、铜、金、银或其组合。并以一般的光刻蚀刻法，图形化导电层208，使导电层208裸露出一开口区域210于半导体层206上，其导电层208作为薄膜晶体管的源极和漏极。此外，此步骤完成之后，也可以以电镀方法沉积一低导电系数材料，例如铜，于导电层208上，以降低导电层208的阻值。
之后，如图2F所示，旋转涂布一介电材质以形成一保护层212于导电层208上，且填满该开口区域210。其保护层212优选为可以以旋转涂布形成的介电材料，例如：低介电系数材料HSQ、PAE、或SiO2气凝胶，SiO2干凝胶。接着，以一般的光刻蚀刻法，图形化保护层212使裸露出部分导电层208，并涂布一透明导电层(未显示)于基板200上，其中透明导电层和部分导电层208电连接，其作为薄膜晶体管显示器的像素电极。透明导电层优选为可以旋转涂布形成的透明材料，例如：导电聚合物(conductivepolymer)。
本发明的特征在于提供一种完全使用湿式工艺的薄膜晶体管的制作方法。本发明采用的湿式沉积方法，可在大面积的基板上形成薄膜，且此方法不需使用昂贵的真空系统，也因此可减低薄膜晶体管平面显示器的制作成本。此外，本发明的另一优点为其所采用的方法，工艺温度远比现有技术低，可解决现有技术高温工艺所造成的相关问题。
虽然本发明已以优选实施例公开如上，但是其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以所附的权利要求所确定的为准。
Claims (22)
1.一种薄膜晶体管的制造方法，包括下列步骤：
提供一基板；
以一第一湿式沉积法形成一栅极层于该基板上；
图形化该栅极层以形成一栅极；
以一第二湿式沉积法形成一金属层于该栅极上；
氧化该金属层以形成一栅极介电层；以及
以一化学沉积法形成一半导体层于该栅极介电层及该基板上。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管的制造方法，其中该基板为一玻璃基板。
3.如权利要求1所述的薄膜晶体管的制造方法，其中该第一湿式沉积法为一无电镀法。
4.如权利要求1所述的薄膜晶体管的制造方法，其中该第二湿式沉积法为一电镀法。
5.如权利要求1所述的薄膜晶体管的制造方法，其中该栅极层为可以以无电镀方法进行沉积的金属。
6.如权利要求5所述的薄膜晶体管的制造方法，其中该金属选自镍、钴、钯、铂、铜、金、银和其组合所组成的组。
7.如权利要求1所述的薄膜晶体管的制造方法，其中该金属层为可氧化形成高介电常数介电层的金属。
8.如权利要求7所述的薄膜晶体管的制造方法，其中该金属为铝或钽。
9.如权利要求1所述的薄膜晶体管的制造方法，其中氧化该金属层为阳极氧化该金属层。
10.如权利要求1所述的薄膜晶体管的制造方法，其中该半导体层为CdS或CdSe。
11.如权利要求1所述的薄膜晶体管的制造方法，还包括；
无电镀一导电层覆盖该半导体层及该基板；
图形化该导电层，使该导电层裸露出一开口区域位于半导体层上；
涂布一保护层于该导电层上，且填满该开口区域；
图形化该保护层使裸露出部分该导电层；以及
涂布一透明导电层于该基板上，其中该透明导电层和部分该导电层电连接。
12.一种薄膜晶体管的制造方法，包括下列步骤：
提供一基板；
无电镀一栅极层于该基板上；
图形化该栅极层以形成一栅极；
电镀一金属层于该栅极上；
阳极氧化该金属层以形成一栅极介电层；
以一化学沉积法形成一半导体层于该栅极介电层及该基板上；
无电镀一导电层覆盖该半导体层及该基板；
图形化该导电层，使该导电层裸露出一开口区域位于半导体层上；
涂布一保护层于该导电层上，且填满该开口区域；
图形化该保护层使裸露出部分该导电层；以及
涂布一透明导电层于该基板上，其中该透明导电层和部分该导电层电连接。
13.如权利要求12所述的薄膜晶体管的制造方法，其中该基板为一玻璃基板。
14.如权利要求12所述的薄膜晶体管的制造方法，其中该栅极层为可以以无电镀方法进行沉积的金属。
15.如权利要求14所述的薄膜晶体管的制造方法，
其中该金属选自镍、钴、钯、铂、铜、金、银和其组合所组成的组。
16.如权利要求12所述的薄膜晶体管的制造方法，其中该金属层为可氧化形成高介电常数介电层的金属。
17.如权利要求16所述的薄膜晶体管的制造方法，其中该金属为铝或钽。
18.如权利要求12所述的薄膜晶体管的制造方法，其中该半导体层为CdS或CdSe。
19.如权利要求12所述的薄膜晶体管的制造方法，其中该保护层为可以以旋转涂布形成的介电材料。
20.如权利要求19所述的薄膜晶体管的制造方法，其中该介电材料为HSQ、PAE、SiO2气凝胶，或SiO2干凝胶。
21.如权利要求12所述的薄膜晶体管的制造方法，其中该透明导电层为可以以旋转涂布形成的透明导电材料。
22.如权利要求21所述的薄膜晶体管的制造方法，其中该透明导电材料为导电聚合物。
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