TW383505B - Manufacturing method for metal gates of amorphous silicon thin film transistor - Google Patents

Description

3 1 69twf. doc/006 A7 B7 五、發明説明（/ ) 本發明是有關於一種薄膜電晶體（Thin Film Transistor，TFT)的製造方法，且特別是有關於一種具有 金屬閘極的非晶矽薄膜電晶體製造方法。 大面積、高解析度的主動矩陣液晶顯示器（Active Matrix Liquid Crystal Display，AMLCD)逐漸取代陰極 射線管（Cathode Ray Tube，CRT)在顯示器上的應用，例 如’攝錄影機的顯示螢幕、筆記型電腦的顯示螢幕以及電 視的顯示螢幕。薄膜電晶體液晶顯示器主要由薄膜電晶體 元件和液晶顯示元件構成，其中薄膜電晶體元件是由多個 薄膜電晶體組成，而以矩陣的方式排列，且每個薄膜電晶 體都有一映像電極（pixel electrode)。上述之薄膜電晶 體係由在一絕緣的基材上形成閘極、通道層、源極與汲極 堆疊形成，而薄膜電晶體係用來作爲液晶顯示單元的開關 元件。 如第1圖所示，係顯示一種薄膜電晶體之剖面圖。其 在一絕緣基材100上形成一金屬閘極102，例如以電子槍 (e-gun)蒸鍍或濺鍍法（sputtering)形成。之後形成氮化 矽層104，覆蓋住金屬閘極102，接著依序形成非晶矽層 106和N+非晶矽層108，再經微影蝕刻定義主動區域 (active area)。再形成金屬錦’並定義形成源極區ll〇a 與汲極區110b，之後再蝕刻源極ll〇a與汲極ll〇b間的N+ 非晶矽層108，暴露出非晶矽層1〇6 ° • 在主動液晶顯示器應用逐漸廣泛的情況下，在增加顯 示器的尺寸時勢必遭遇許多問題。例如在主動矩陣反轉排 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇><297公楚） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -50 3 *69twf.d〇c/006 A7 B7_ 五、發明説明（》） ' — 列薄膜電晶體之閘極金屬化中，目前多使用钽/銷 (Untalum/molybdenum)作爲閘極102,以確保在TFT製处 時具有穩定的接觸能力。但由於钽/鉬的電阻係數較=姐 使得在顯不器面積越做越大時’而導致此時間延遲.（t丨me delay)，因此限制住顯示器發展的尺寸。 金屬錦是另一種較常用來作爲金屬閘極1〇2的材料， 其電阻係數約爲2.7μΩ4ΐη，較金屬鉅/鉬小很多。但由於 鋁的熔點低’且膨脹係數和一般作爲絕緣基材1〇〇的二氧 化矽不同’因此經高溫製程後，在金屬鋁閘極1〇2表面會 有突起（hillock)產生’而影響後續形成的氮化矽層1〇4 與非晶矽層108接觸面的特性，使得介面態階（interface state)增多，導致非晶矽薄膜電晶體特性變差，而降低效 能。 因此最近的技術係選擇具有更低電阻係數的銅金屬作 爲金屬閘極，由於銅金屬具有較高的熔點，因此可抵抗銅 表面突起的形成。但是銅對絕緣基材的附著力（adhesion) 較差’而且容易產生氧化作用，造成金屬閘極的電阻率升 高’而使得銅在作爲金屬閘極上的應用受到限制。 有鑑於此，本發明的主要目的，就是在兼顧金屬銅的 低電阻性與其對抗突起與電子遷移（electron migration) 的能力之下，進而避免金屬銅的氧化作用因增加電阻率而 受到應用上的限制，並促進其對於絕緣基材的附著力。 爲達上述之目的，本發明提供一種薄膜電晶體金屬閘 極的製造方法，其係先在絕緣基材上形成一經定義的金屬 _ 4 1本紙張尺度適用_中國國家栋準（_CNS ) A4規格（210X297公釐) ~ 一 ---------批冬 I ^ I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 麪济部中夾榀^-^¾工消费合作社印架 3 1 69twf.doc/006 A7 B7 五、發明説明（多） 閘極，而金屬閘極材質爲銅銘合金或銅鎂合金。接著：，利 用退火製程，使金屬閘極中的鋁或鎂與氧氣作用，而在金 屬閘極表面提供氧化物保護層，藉以防止金屬閘極繼續氧 化。之後，再以任何習知技藝完成薄膜電晶體即可。 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 圖式之簡單說明： 第1圖係顯示一種非晶矽薄膜電晶體的剖面圖；以及 第2A圖至第2E圖係顯示根據本發明較佳實施例非晶 矽薄膜電晶體之製造.流程剖面圖。 其中，各圖標號之簡單說明如下： 100、200 :絕緣基材 102、202 :金屬閘極 104、206 :介電層 106、208 :非晶矽層 108、210 : N+非晶矽層 ll〇a、ll〇b、212a、212b :源極 / 汲極 204 ’·氧化物層 實施例 薄膜電晶體對金屬閘極材質的需求，除要求金屬的電 阻率需低以外，另外亦需降低在金屬表面可能引起的突起 或電子遷移等現象，且更需避免金屬與氧氣因氧化作用而 降低電阻率的可能。因此本發明提出以銅與其他金屬的合 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠) (讀先閱讀背面之注項再填寫本頁) -裝. 線 經Μ部中次槛孳而只工消贽合作牡印製 經浐部中央榀苹而只工消贽合作社印掣 3 I 69twf.doc/006 A7 _________B7 五、發明説明（y) 金作爲金屬閘極的材質，再進行退火製程，使摻雜的其他 金屬擴散至閘極表面，而與環境中的氧氣形成氧化物，作 爲金屬閘極的保護層。而使用銅作爲閘極可避免突起與電 子遷移，氧化物保護層的存在可降低銅氧化反應而降低電 阻率，此外，氧化物保護層同時可增進金屬閘極與絕緣基 材的附著力。 而第2A圖至第2E圖所示’爲根據本發明一較佳實施 例薄膜電晶體之製造流程剖面圖》 請參照第2A圖，首先在一絕緣基材2〇〇上形成一金屬 層’且經微影鈾刻後形成金屬閘極202。絕緣基材200例 如爲矽玻璃’而金屬層202材質以銅爲主，再加入部分其 他金屬，如鋁或鎂等，形成銅鋁合金或銅鎂合金，而其中 鋁或鎂含量約在0.5-10%左右。接著’對絕緣基材200進 行退火（anneal)的步驟，而退火進行的溫度約在200-550 °C左右’在一真空環境（約爲1〇·6 torr)下進行。因此，經 退火後’金屬閘極202中的鎂或鋁會聚集至金屬閘極202 表面’而與存在於基材201表面或退火環境中的氧氣作 用’使得在金屬閘極202的表面得以形成保護氧化物層 204’例如氧化鋁（AhO〇或氧化鎂（Mg2〇〇，如第2B圖所示。 氧化物層204的形成係在保護金屬閘極202,避免金屬 閘極204在隨後製程中與氧氣反應的機會，而藉此防止金 屬閘極204電阻率增加而導致效能降低的現象。而氧化物 層204的存在，亦可增進金屬閘極202與絕緣基材之間的 附著力。另外，金屬閘極202中摻入其他金屬雖可能致使 6 本紙張尺度通用中®國家標準(CNS ) A4規格（ 210X297公袭1 一 ""~~ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. -'β 線· A7 B7 3 I 69twf.doc/006 五、發明説明（§r) 金屬閘極202電阻率增加，但在經退火後，由於摻雜的金 •屬會擴散至金屬閘極202表面，因此金屬閘極202又可恢 復成未摻雜其他金屬前之純度，故電阻係數不致受太大的 影響。尤其是在金屬閘極202材質爲銅的情況下，形成的 保護氧化物層固然會條低銅閘極202之電阻，但與純銅相 比，其阻値仍較純銅爲高，而由於鋁或鎂摻入後形成的銅 -鋁合金或銅-鎂合金阻値很小，因此本發明選擇以鋁或鎂 作爲摻雜的金屬。 之後，對絕緣基材200上形成一介電層206，覆蓋住金 屬閘極202，例如在PECVD反應室中沉積氮化矽層，作爲 隔絕金屬閘極202與隨後導電層之用，如第2C圖所示。 而氧化物層204的存在在PECVD進行時，可避免金屬閘極 202與形成介電層206的反應氣體作用，並防止金屬閘極 202擴散至介電層206。 接著，以任何習知技藝完成非晶砍薄膜電晶體，包括 再以PECVD法在介電層206上依序形成通道非晶矽層208 與N+非晶矽層210，並定義介電層206、通道非晶矽層208 與N+非晶砂層210，形成一主動區域’如第2C圖所不。之 後，請參照第2D圖，再於N+非晶矽層210上沉積鋁，並 經微影蝕刻形成薄膜電晶體之源極212a與汲極212b。再 蝕刻源極212a與汲極212b中間的N+非晶矽層，直至暴露 出通道非晶矽層208，形成N+非晶矽層210a，而完成非晶 矽薄膜電晶體。 本發明係利用銅作爲金屬閘極，因此可抵抗閘極表面 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝. -e 經於部中央標準灼只工消贽合作社印繁 A7 B7 3 1 69twf.doc/006 五、發明説明（έ) 產生突起，而形成的氧化物層又可避免銅氧化，再者，氧 _化物保護層的形成又可增加銅對絕緣基材的附著力。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經漱部中夾摞準而只工消贽合作社印絮 8 本紙張尺度適用中國國家榡率（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 3,69tW,d〇c/006 会 88 C8 · D8 六、申請專利範圍 1. 一種非晶矽薄膜電晶體金屬閘極的製造方法；該 '製造方法至少包括： 提供一絕緣基材； 在該絕緣基材上形成一銅合金層，定義該銅合金層形 成一金屬閘極；以及 進行一退火步驟，在該金屬閘極上形成一氧化物保護 層。 2. 如申請專利範圍第1項所述非晶矽薄膜電晶體金 屬閘極的製造方法，其中該銅合金層包括一銅鋁合金。 3. 如申請專利範圍第2項所述非晶矽薄膜電晶體金 屬閘極的製造方法，其中該銅鋁合金之鋁含量約爲0.5-10%左右。 4. 如申請專利範圍第1項所述非晶矽薄膜電晶體金 屬閘極的製造方法，其中該該銅合金層包括一銅鎂合金。 5. 如申請專利範圍第4項所述非晶矽薄膜電晶體金 屬閘極的製造方法，其中該銅鎂合金之鎂含量約爲0.5-10%左右。 6. 如申請專利範圍第1項所述非晶矽薄膜電晶體金 屬閘極的製造方法，其中該退火步驟的溫度約爲200-550 t左右。 7. 一種非晶矽薄膜電晶體的製造方法；該製造方法 至少包括： 在一絕緣基材上形成一金屬聞極； 在該金屬閘極表面形成一保護層； 9 _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 1111!1!11 n n 訂I I - 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 8S3505 A8 3 1 69twf.doc/006 gg C8 · D8 六、申請專利範圍 對該絕緣基材依序形成一介電層、一通道非晶矽層與 ^一非晶矽層； 在該非晶矽層上形成一金屬層，定義該金屬層形成一 源極與一汲極；以及 . 鈾刻該非晶矽層，暴露出該通道非晶矽層。 8:如申請專利範圍第7項所述非晶矽薄膜電晶體的 製造方法，其中該金屬閘極包括一銅鋁合金。 9. 如申請專利範圍第8項所述非晶矽薄膜電晶體的 製造方法，其中該銅鋁合金之鋁含量約爲0.5-10%左右。 10. 如申請專利範圍第7項所述非晶矽薄膜電晶體的 製造方法，其中該金屬閘極每括一銅鎂合金。 11. 如申請專利範圍第10項所述非晶矽薄膜電晶體的 製造方法，其中該銅鎂合金之鎂含量約爲0.5-10%左右。 12. 如申請專利範圍第7項所述非晶矽薄膜電晶體的 製造方法，其中該保護層係對該閘極進行一退火的步驟而 形成。 13. 如申請專利範圍第1項所述非晶矽薄膜電晶體的 製造方法，其中該保護層包括一金屬氧化物層。 14. 如申請專利範圍第7項所述非晶矽薄膜電晶體的 製造方法，其中該退火步驟的溫度約爲200-550°C左右。 15. —種非晶矽薄膜電晶體的製造方法；該製造方法 至少包括： 提供一絕緣基材； 在該絕緣基材上形成一銅合金層，定義該銅合金層形 10 I n n I I n n ^ I n I n I ^ n i— n n n 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中夬標隼局員工消費合作社印製 S835y5 3 169twf.doc/006 gg C8 · D8 六、申請專利範圍 成一金屬閘極； ' 進行一退火步驟，在該金屬閘極上形成一氧化物保護 層； 對該絕緣基材依序形成一介電層、一通道非晶矽層與 一非晶砂層； 在該非晶矽層上形成一金屬層，定義該金屬層形成一 源極與一汲極；以及 鈾刻該非晶矽層，暴露出該通道非晶矽層。 16. 如申請專利範圍第15項所述非晶矽薄膜電晶體的 製造方法，其中該銅合金層包括一銅鋁合金。 17. 如申請專利範圍第16項所述非晶矽薄膜電晶體的 製造方法，其中該銅合金層包括一銅鋁合金。 18. 如申請專利範圍第15項所述非晶矽薄膜電晶體的 製造方法，其中該銅鋁合金之鋁含量約爲0.5-10%左右。 19. 如申請專利範圍第18項所述非晶矽薄膜電晶體的 製造方法，其中該該銅合金層包括一銅鎂合金。 2Q.如申請專利範圍第15項所述非晶矽薄膜電晶體的 製造方法，其中該銅鎂合金之鎂含量約爲0.5-10%左右。 21.如申請專利範圍第15項所述非晶矽薄膜電晶體的 製造方法，其中該退火步驟的溫度約爲200-550°C左右。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）