TWI478355B - 薄膜電晶體 - Google Patents
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Description
本發明關於一種薄膜電晶體，且特別關於一種閘極絕緣層具有複數個膜層的薄膜電晶體。
近年來，由於光電技術與半導體製造技術的成熟，帶動了平面顯示器(Flat Panel Display)的蓬勃發展，其中薄膜電晶體液晶顯示器(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，TFT-LCD)應用薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)作為開關以控制液晶層，其具有操作電壓低、反應速度快、重量輕以及體積小等優點，而逐漸成為平面顯示器產品的主流。
薄膜電晶體液晶顯示器包括薄膜電晶體陣列基板、與薄膜電晶體陣列基板相對設置的彩色濾光片基板、以及夾置於薄膜電晶體陣列基板和彩色濾光片基板之間的液晶層。薄膜電晶體陣列基板包括一基板，設置於基板上的閘極線、資料線、以及連接閘極線和資料線的薄膜電晶體，以及連接到薄膜電晶體的像素電極，藉由閘極線控制薄膜電晶體的開啟，藉由資料線來控制像素電極充入電壓的大小，從而控制液晶層的偏轉以顯示影像。彩色濾光片基板包括一基板、設置於基板上的黑色矩陣和彩色濾光層、以及一平坦層、一設置於絕緣層上的透明電極層。
第1圖為習知薄膜電晶體的剖面示意圖。請參考第1圖，習知的薄
膜電晶體100包括一基板110、一閘極120、一閘極絕緣層130、一有源層140、一歐姆接觸層150、一源極160與一汲極170。其中，閘極120配置於部分基板110上，並與閘極線(未顯示)電性連接。閘極絕緣層130配置於基板110上，並覆蓋閘極120和閘極線，閘極絕緣層130的材料為氮化矽(SiNx)或氧化矽(SiOx)，厚度為3000~4000Å(埃)。有源層140配置於閘極絕緣層130上，並對應設置於閘極120上方。歐姆接觸層150配置於部分有源層140上，且歐姆接觸層150上設置有源極160與汲極170，歐姆接觸層的目的是用來降低有源層與源極和汲極的接觸電阻。源極與汲極相對設置，且源極與資料線電性連接，汲極與像素電極(未顯示)電性連接。當開啟電壓藉由閘極線輸入至閘極120時，有源層140便具有導電的特性，因此源極160與汲極170之間便可導通，從而資料線上輸入想要顯示的畫面電壓通過源極、汲極而輸入到像素電極，因而像素電極可以用來顯示想要的畫面。
一般說來，目前的薄膜電晶體製程首先沉積閘極金屬層並蝕刻出閘極圖案，然後在具有閘極圖案的基板表面沉積閘極絕緣層，然後依次製造有源層、歐姆接觸層和源/汲金屬層。薄膜電晶體在製程中，主要包括沉積、蝕刻等製程，由於沉積設備、蝕刻設備一般需要較高的工作電壓，這種較高的工作電壓會導致TFT陣列基板在製造過程中可能使得其中的金屬層聚集較多電荷；並且，薄膜電晶體在製造過程中需要多次搬運、清洗步驟，這樣的搬運、清洗步驟會對TFT陣列基板中的玻璃基板產生摩擦，使得玻璃基板上產生電荷，而玻璃基板上產生的電荷都會聚集到與玻璃基板直接接觸的閘極金屬層上。
在上述製造習知的TFT陣列基板的製程中，TFT陣列基板會在金屬層上聚集較多電荷，而採用習知製程製造的TFT陣列基板上的閘極金屬層和源/汲金屬層之間完全被閘極絕緣層隔開，從而兩個金屬層之間極容易因為電荷的聚集而形成電勢差，而一般說來閘極絕緣層比較疏鬆，即閘極絕緣層的折射率在1.82~1.87，並且在製造疏鬆閘極絕緣層的過程中容易產生針孔(pinhole)，從而TFT陣列基板在製造過程容易發生靜電擊穿現象，導致產品的合格率和良率降低。
另外，在形成薄膜電晶體陣列基板後，後續需要對薄膜電晶體陣列基板進行切割以形成想要尺寸的面板，然，在面板的切割過程中，容易由於切割輪與薄膜電晶體陣列基板的摩擦而產生靜電，而該些靜電也會聚集在閘極和源/汲極上，由此兩個金屬層之間會因為電荷的聚集而形成電勢差，從而使得TFT陣列基板在切割過程中發生靜電擊穿現象，導致產品的合格率和良率進一步降低。
為了克服習知技術中存在的問題，本發明提供了一種薄膜電晶體，能有效的降低薄膜電晶體在製造過程中以及在切割過程中發生的靜電擊穿現象。
本發明揭露一種薄膜電晶體，包括基板、閘極、閘極絕緣層、主動層、源極、汲極，閘極設置於基板上，閘極絕緣層覆蓋閘極及基板，主動層設置於該閘極絕緣層上，並位於閘極上方，源極和汲極分別設置於主動層上，且源極與汲極相對設置；其中，閘極絕緣層包括設置於閘極及基板上的第一閘極絕緣層、在第一閘極
絕緣層之上的第二閘極絕緣層，且第一閘極絕緣層的膜質比第二閘極絕緣層的膜質致密。
在本發明之一實施例中，該絕緣層更包括一第三閘極絕緣層，第三閘極絕緣層夾置於第一閘極絕緣層和第二閘極絕緣層之間，且第三閘極絕緣層的膜質要比該第二閘極絕緣層的膜質疏鬆。
在本發明之一實施例中，第一閘極絕緣層的折射率大於1.9，第二閘極絕緣層的折射率比第一閘極絕緣層的折射率要小0.02~0.03，第三閘極絕緣層的折射率要小於第二閘極絕緣層。第三閘極絕緣層的折射率為1.82~1.87。
在本發明之一實施例中，第一閘極絕緣層的厚度介於300Å到500Å之間，第二閘極絕緣層的厚度實質上為500Å，第三閘極絕緣層的厚度為2000~3000Å。第一閘極絕緣層、第二閘極絕緣層、第三閘極絕緣層的材料為氮化矽。
在本發明之一實施例中，主動層包括有源層和歐姆接觸層，有源層位於閘極絕緣層之上，歐姆接觸層位於有源層之上，且歐姆接觸層之上設置源極和汲極。有源層的材料為非晶矽(a-Si)，歐姆接觸層材料為在非晶矽裏面摻雜P(磷)元素形成。
在本發明之一實施例中，主動層的材料為IGZO、IZO、ZnO、ZnSnO、GIZO之一。
本發明還揭露一種薄膜電晶體，包括基板、閘極、閘極絕緣層、主動層、源極、汲極，閘極設置於基板上，閘極絕緣層覆蓋閘極及基板，主動層設置於該閘極絕緣層上，並位於閘極上方，源極和汲極分別設置於主動層上，且該源極與該源極相對設置；其中
，該閘極絕緣層包括設置於閘極及該基板上的第一閘極絕緣層、在該第一閘極絕緣層之上的第二閘極絕緣層，且該閘極絕緣層包含N-H鍵、Si-H鍵鍵結，該第一閘極絕緣層N-H鍵、Si-H鍵含量小於該第二閘極絕緣層N-H鍵、Si-H鍵含量。
在本發明之一實施例中，第一閘極絕緣層N-H鍵、Si-H鍵含量小於15%，第二閘極絕緣層N-H、Si-H鍵含量小於20%。
在本發明之一實施例中，閘極絕緣層更包括第三閘極絕緣層，第三閘極絕緣層夾置於第一閘極絕緣層和第二閘極絕緣層之間，且第三閘極絕緣層N-H鍵、Si-H鍵含量大於第二閘極絕緣層N-H鍵、Si-H鍵含量；第三閘極絕緣層中N-H鍵、Si-H鍵含量大於20%；第一閘極絕緣層的厚度介於300Å到500Å之間，第二閘極絕緣層的厚度實質上為500Å，第三閘極絕緣層的厚度為2000~3000Å。
在本發明之一實施例中，閘極絕緣層的材料為氮化矽；該主動層的材料為非晶矽、IGZO、IZO、ZnO、ZnSnO、GIZO之一；該閘極絕緣層還包括Si-N鍵、N-N鍵、Si-Si鍵鍵結。
根據以上所述，本發明相對前案的設計，由於在閘極和主動層之間設置有第一閘極絕緣層和第二閘極絕緣層，且第一閘極絕緣層和第二閘極絕緣層的膜質都比較致密，因而，即使在切割或者製造過程中產生了靜電，本發明的閘極與源/汲極之間也不容易發生前案的靜電擊穿的現象，從而本發明可以改善產品的合格率和良率。另外，本發明的薄膜電晶體不容易出現金屬層斷線的問題，且薄膜電晶體可以得到比較好的開關比。
100、200、300、400‧‧‧薄膜電晶體
110、210、310‧‧‧基板
120、220、320‧‧‧閘極
130、230、330‧‧‧閘極絕緣層
231、331‧‧‧第一閘極絕緣層
232、332‧‧‧第二閘極絕緣層
333‧‧‧第三閘極絕緣層
140、240、340、440‧‧‧有源層
150、250、350‧‧‧歐姆接觸層
160、260、360‧‧‧源極
170、270、370‧‧‧汲極
第1圖為習知薄膜電晶體100的剖面示意圖。
第2圖為本發明第一實施例薄膜電晶體200的剖面示意圖。
第3(a)圖到第3(d)圖為本發明第一實施例的薄膜電晶體200的製程圖。
第4圖為本發明第二實施例薄膜電晶體300的剖面示意圖。
第5(a)圖到第5(d)圖為本發明第二實施例的薄膜電晶體300的製程圖。
第6圖是本發明第三實施例薄膜電晶體400的剖面示意圖。
為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之數個較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容。需注意的是圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。
第2圖為本發明第一實施例薄膜電晶體200的剖面示意圖。請參考第2圖，本發明的薄膜電晶體200包括一基板210、一閘極220、一閘極絕緣層230、一有源層240、一歐姆接觸層250、一源極260與一汲極270。其中，閘極220配置於基板210上，並與閘極線(未顯示)電性連接。閘極絕緣層230配置於基板210上，並覆蓋閘極220和閘極線，閘極絕緣層230的材料為氮化矽(SiNx)，厚度實質上為3000~4000Å，當然，本發明的閘極絕緣層不限這個範圍，其他厚度可以根據實際需求有所改變。有源層240配置於閘極絕
緣層230上，並對應設置於閘極220上方。歐姆接觸層250配置於部分有源層240上，且歐姆接觸層250上設置有源極260與汲極270。源極260與汲極270相對設置，且源極260與資料線(未顯示)電性連接，汲極270與像素電極(未顯示)電性連接。
具體而言，在本實施例中，閘極絕緣層230包括第一閘極絕緣層231和第二閘極絕緣層232，第一閘極絕緣層231位於閘極220與基板210之上，第二閘極絕緣層232設置於第一閘極絕緣層231之上，且第一閘極絕緣層231和第二閘極絕緣層232膜質都比較致密，但第一閘極絕緣層231要比第二閘極絕緣層232膜質致密，例如，在本實施例中，第一閘極絕緣層的折射率要大於1.9，第二閘極絕緣層的折射率比第一閘極絕緣層的折射率要小0.02~0.03。在本實施例中，第一閘極絕緣層和第二閘極絕緣層的材質為氮化矽(SiNx)，且第一閘極絕緣層的厚度實質上為1500~2000Å，第二閘極絕緣層的厚度實質上為1500~2000Å。
從微觀的角度來說，本實施例的第一閘極絕緣層231和第二閘極絕緣層232都是由N-H鍵、Si-H鍵、Si-N鍵、N-N鍵、Si-Si鍵等鍵結構成，一般說來，N-H鍵、Si-H鍵的鍵長會比較長，Si-N鍵、N-N鍵、Si-Si鍵的鍵長會比較短，且單位面積中含鍵長比較長的鍵較多，膜質相對會疏鬆，含鍵長比較短的鍵較多，膜質相對會致密。因而，為了使第一閘極絕緣層231比較致密，本發明設置N-H鍵、Si-H鍵的含量低於15%，為了使第二閘極絕緣層232比較致密，且折射率要比第一閘極絕緣層231要小0.02~0.03，本實施例設置N-H鍵、Si-H鍵的含量低於20%，但要大於第一閘極絕緣層231的N-H鍵、Si-H鍵的含量比例。
另外，在本實施例中，第一閘極絕緣層231的膜層為一層，但是本發明第一閘極絕緣層231的膜層不限一層，為多層的結構也可以。同樣，在本實施例中，第二閘極絕緣層232的膜層也為一層，但是本發明的第二閘極絕緣層232的膜層不限一層，為多層的結構也可以。
綜上所述，在本實施例中，由於在閘極220和有源層240之間設置有第一閘極絕緣層231和第二閘極絕緣層232，且第一閘極絕緣層231和第二閘極絕緣層232的膜質都比較致密。相對前案的設置，即使在切割或者製造過程中產生了靜電，本實施例的閘極與源/汲極之間也不容易發生前案的靜電擊穿的現象，從而本實施例可以改善產品的合格率和良率。
而且，在本實施例中，由於第二閘極絕緣層232要比第一閘極絕緣層231折射率要小0.02~0.03，從而周邊的閘極絕緣層230蝕刻形成的傾斜(tape)角度會比較好，從而後續在閘極絕緣層230上形成的金屬層覆蓋會比較好，因而也不容易出現金屬層斷線的問題。同時，由於本發明第一閘極絕緣層231的折射率大於1.9，第二閘極絕緣層232的折射率比第一閘極絕緣層231的折射率要小0.2~0.3，從而本發明的薄膜電晶體的開電流(Ion，ON current of TFT)會升高，漏電流(Ioff)會降低，因而本實施例的薄膜電晶體200可以得到比較好的開關比。
接下來，將根據第3(a)圖到第3(d)圖描述本發明第一實施例的薄膜電晶體的製造方法。
首先，如第3(a)圖所示，於一基板210上形成一閘極220，其中該閘極220的厚度為50nm~400nm。其中，基板210例如是一玻璃基
板、一可撓性基板或其它適當材質的基板。基於導電性的考慮，閘極220一般是使用金屬材料，例如為Cr、W、Ti、Ta、Mo、Al、Cu等金屬。然而，本發明不限於此，於其它實施例中，閘極220也可以使用其它導電材料，例如是合金、金屬材料的氮化物、金屬材料的氧化物、金屬材料的氮氧化物或是金屬材料與其它導電材料的堆棧層等。此外，形成閘極220的方法例如是先通過濺鍍法(sputtering)沉積一層導電層，之後再以光刻法在其上部形成光阻(photoresist)圖案，並且以光阻圖案為掩模進行導電層的圖案蝕刻以形成閘極220。此外，在形成閘極220的過程中，除了前述方法外，還可採用諸如絲網印刷、凹版印刷和噴墨印刷(ink jet printing)的印刷技術。另外，在其他的實施例中，可於基板210的表面上進一步形成一絕緣層，該絕緣層位於基板210與閘極220之間，以作為一墊高層或一平坦層之用。
接著，請參考第3(b)圖，於基板210和閘極220上形成一閘極絕緣層230以覆蓋閘極220和基板210，且該閘極絕緣層230的材料為氮化矽。在本實施例中，閘極絕緣層230包括第一閘極絕緣層231和第二閘極絕緣層232，第二閘極絕緣層232位於第一閘極絕緣層231之上，且第一閘極絕緣層231的折射率要大於1.9，第二閘極絕緣層232的的折射率比第一閘極絕緣層231的折射率要小0.02~0.03，下面將詳細描述形成閘極絕緣層230的方法及環境。
具體而言，首先，在基板210和閘極220之上形成第一閘極絕緣層231，形成該層的反應氣體為矽烷(SiH4)和氨氣(NH3)的混合氣體或矽烷(SiH4)和氮氣(N2)的混合氣體。以下以SiH4和NH3作為反應氣體進行說明，為了形成第一閘極絕緣層231的折射
率為大於1.9，SiH4/NH3的比率為0.4~0.2，沉積的功率(Power)為4000W~7000W，腔體壓力(Pressure)為1100MPA~2500MPA，腔體溫度(Temperature)為280℃~500℃，反應氣體的氣體流量(FLOW)為2000SCCM~45000SCCM等，從而形成第一閘極絕緣層231的厚度為1500埃到2000埃之間。
在形成第一閘極絕緣層231後，緊接著，形成第二閘極絕緣層232，同樣形成該層的反應氣體為矽烷(SiH4)和氨氣(NH3)的混合氣體或矽烷(SiH4)和氮氣(N2)的混合氣體，以下以SiH4和NH3作為反應氣體進行說明。為了使形成第二閘極絕緣層232的折射率比第一閘極絕緣層231的折射率小0.02~0.03，SiH4/NH3的比率為0.2~0.1，沉積的功率(Power)為3000W~5000W，腔體壓力(Pressure)為1100MPA~2500MPA，腔體溫度(Temperature)為280°C~500℃，反應氣體的氣體流量(FLOW)為2000SCCM~45000SCCM等，從而形成該第二閘極絕緣層232的厚度為1500埃到2000埃之間。
接續上面的步驟，在形成閘極絕緣層230後，請參考第3(c)圖，於閘極絕緣層230上形成一有源層240和一歐姆接觸層250。形成有源層240和一歐姆接觸層250的方法為先通過化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition，簡稱CVD)或等離子體輔助化學汽相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，簡稱PECVD)形成一半導體層，所述半導體層的材料為非晶矽(a-Si)，然後幹蝕刻圖案化半導體層，接著，摻雜高濃度n型雜質的n+氫化圖案化後的半導體層表面以形成歐姆接觸層250和有源層240，較佳地，該n型雜質為磷(P)。其中，該有源層240的厚度
為100nm~300nm，歐姆接觸層250的厚度為20nm~100nm。
然後，請參考第3(d)圖，形成一源極260以及一汲極270，源極260以及汲極270配置於歐姆接觸層250以及閘極絕緣層230上，源極260和汲極270的厚度為50nm~250nm。形成源極260以及汲極270的方法例如是先通過濺鍍法(sputtering)沉積一導電層(未繪示)，之後再以微影以及蝕刻程序圖案化所述導電層，以形成源極260以及汲極270。一般說來，基於導電性的考慮，源極260以及汲極270一般是使用金屬材料，例如Cr、W、Ti、Ta、Mo、Al、Cu等。然而，本發明不限於此，於其它實施例中，源極260以及汲極270也可以使用其它導電材料，例如是合金、金屬材料的氮化物、金屬材料的氧化物、金屬材料的氮氧化物或是金屬材料與其它導材料的堆棧層等。另外，在本實施例中，閘極絕緣層230隔絕閘極220與源極260以及閘極220與汲極270，且源極260與汲極270暴露出部分有源層240。
在本實施例中，由於第一閘極絕緣層231和第二閘極絕緣層232都比較致密，而且厚度都高達1500~2000Å，因而，在製造過程中，形成第一閘極絕緣層231和第二閘極絕緣層232需要比較長的時間，從而造成產能降低。為了解決上述問題，本發明特描述第二實施例。
第4圖為本發明第二實施例薄膜電晶體300的剖面示意圖。請參考第4圖，本實施例的薄膜電晶體300包括一基板310、一閘極320、一閘極絕緣層330、一有源層340、一歐姆接觸層350、一源極360與一汲極370。其中，閘極320配置於基板310上，並與閘極線(
未顯示)電性連接。閘極絕緣層330配置於基板310上，並覆蓋閘極320和閘極線，閘極絕緣層330的材料為氮化矽(SiNx)，厚度為3000~4000Å，當然，本發明的閘極絕緣層不限這個範圍，其他厚度可以根據實際需求有所改變。有源層340配置於閘極絕緣層330上，並對應設置於閘極320上方。歐姆接觸層350配置於部分有源層340上，且歐姆接觸層350上設置有源極360與汲極370。源極360與汲極370相對設置，且源極360與資料線(未顯示)電性連接，汲極370與像素電極(未顯示)電性連接。
具體而言，在本實施例中，閘極絕緣層330包括第一閘極絕緣層331、第二閘極絕緣層332和第三閘極絕緣層333，第一閘極絕緣層331位於閘極320與基板310之上，第三閘極絕緣層333位於第一閘極331之上，第二閘極絕緣層332設置於第三閘極絕緣層333之上，第三閘極絕緣層333位於第一閘極絕緣層331和第二閘極絕緣層332之間。
在本實施例中，第一閘極絕緣層331和第二閘極絕緣層332膜質比較致密，但第一閘極絕緣層231要比第二閘極絕緣層232膜質致密，例如，在本實施例中，第一閘極絕緣層331的折射率都要大於1.9，第二閘極絕緣層332的折射率比第一閘極絕緣層的折射率要小0.02~0.03，第三閘極絕緣層333膜質比較疏鬆，即第三閘極絕緣層333的折射率要小於第二閘極絕緣層332的折射率，例如，在本實施例中，第三閘極絕緣層333的折射率可以為1.82~1.87。而且，第一閘極絕緣層331、第二閘極絕緣層332和第三閘極絕緣層333的材質都為氮化矽(SiNx)，且第一閘極絕緣層331的厚度為300~500Å，第二閘極絕緣層332的厚度實質上為500Å，第三閘極
絕緣層333的厚度為2000~3000Å。
從微觀的角度來說，本實施例的第一閘極絕緣層331、第二閘極絕緣層332和第三閘極絕緣層333都是由N-H鍵、Si-H鍵、Si-N鍵、N-N鍵、Si-Si鍵等鍵結構成，一般說來，N-H鍵、Si-H鍵的鍵長會比較長，Si-N鍵、N-N鍵、Si-Si鍵的鍵長會比較短，且單位面積中含鍵長比較長的鍵較多，膜質相對會疏鬆，含鍵長比較短的鍵較多，膜質相對會致密。因而，為了使第一閘極絕緣層331比較致密，本發明設置N-H鍵、Si-H鍵的總含量低於15%，為了使第二閘極絕緣層332比較致密，且折射率比第一閘極絕緣層331要小0.02~0.03，本實施例設置N-H鍵、Si-H鍵的含量低於20%，但要大於第一閘極絕緣層331的N-H鍵、Si-H鍵的含量比例，而且，為了使第三閘極絕緣層333的膜質比較疏鬆，本實施例設置N-H鍵、Si-H鍵的含量大於20%。
另外，在本實施例中，第一閘極絕緣層331的膜層為一層，但是本發明第一閘極絕緣層331的膜層不限一層，為多層的結構也可以。同樣，在本實施例中，第二閘極絕緣層332和第三閘極絕緣層333的膜層也分別為一層，但是本發明的第二閘極絕緣層332和第三閘極絕緣層333的膜層也不限為一層，分別為多層的結構也可以。
綜上所述，同第一實施例類似，本實施例的閘極330與源/汲極360、370由膜質比較致密的第一閘極絕緣層331和第二閘極絕緣層332隔開，從而，不容易發生前案的靜電擊穿現象，從而本實施例可以改善產品的合格率和良率。而且，由於第二閘極絕緣層332的折射率要比第一閘極絕緣層331的折射率低0.02~0.03，也
不容易出現金屬層斷線的問題，且可以得到比較好的開關比。另外，在本實施例中，由於在較致密的第一閘極絕緣層331和第二閘極絕緣層332之間設置疏鬆的第三閘極絕緣層333，且第一閘極絕緣層331的厚度為300~500Å，第二閘極絕緣層332的厚度實質上為500Å，第三閘極絕緣層333的厚度為2000~3000Å，從而，相對第一實施例的設計，本實施例製造閘極絕緣層330不需要比較長的時間，從而可以改善工廠的產能。
接下來，將根據第5(a)圖和第5(d)圖描述本發明第二實施例的薄膜電晶體300的製造方法。
首先，如第5(a)圖所示，於一基板310上形成一閘極320，其中該閘極320的厚度為50nm~400nm。其中，基板310例如是一玻璃基板、一可撓性基板或其它適當材質的基板。基於導電性的考慮，閘極320一般是使用金屬材料，例如為Cr、W、Ti、Ta、Mo、Al、Cu等金屬。然而，本發明不限於此，於其它實施例中，閘極320也可以使用其它導電材料，例如是合金、金屬材料的氮化物、金屬材料的氧化物、金屬材料的氮氧化物或是金屬材料與其它導電材料的堆棧層等。此外，形成閘極320的方法例如是先通過濺鍍法(sputtering)沉積一層導電層，之後再以光刻法在其上部形成光阻(photoresist)圖案，並且以光阻圖案為掩模進行導電層的圖案蝕刻以形成閘極320。此外，在形成閘極320的過程中，除了前述方法外，還可採用諸如絲網印刷、凹版印刷和噴墨印刷(ink jet printing)的印刷技術。另外，在其他的實施例中，可於基板310的表面上進一步形成一絕緣層，該絕緣層位於基板310與閘極320之間，以作為一墊高層或一平坦層之用。
接著，請參考第5(b)圖，於基板310和閘極320上依序形成一第一閘極絕緣層331、第三閘極絕緣層333和第二閘極絕緣層332以覆蓋閘極320和基板310，且該第一閘極絕緣層331的折射率大於1.9，第二閘極絕緣層332的折射率要比第一閘極絕緣層的折射率小0.02~0.03，第三閘極絕緣層333的折射率比第二閘極絕緣層332的折射率小。下面詳細描述形成第一閘極絕緣層331、第三閘極絕緣層333和第二閘極絕緣層332的方法及環境。
具體而言，首先，在基板310和閘極320之上形成第一閘極絕緣層331，形成該層的反應氣體為矽烷(SiH4)和氨氣(NH3)的混合氣體或矽烷(SiH4)和氮氣(N2)的混合氣體。以下以SiH4和NH3作為反應氣體進行說明，為了形成第一閘極絕緣層331的折射率為大於1.9，SiH4/NH3的比率為0.4~0.2，沉積的功率(Power)為4000W~7000W，腔體壓力(Pressure)為1100MPA~2500MPA，腔體溫度(Temperature)為280℃~500℃，反應氣體的氣體流量(FLOW)為2000SCCM~45000SCCM等，從而形成第一閘極絕緣層331的厚度為300埃到500埃之間。
在形成第一閘極絕緣層後，緊接著，形成第三閘極絕緣層333，同樣形成該層的反應氣體為矽烷(SiH4)和氨氣(NH3)的混合氣體或矽烷(SiH4)和氮氣(N2)的混合氣體，以下以SiH4/NH3作為反應氣體進行說明。為了使形成第三閘極絕緣層231比較疏鬆，SiH4/NH3的比率大於0.1，沉積的功率(Power)為6500W~7500W，腔體壓力(Pressure)為1100MPA~2500MPA，腔體溫度(Temperature)為280℃~500℃，反應氣體的氣體流量(FLOW)為2000SCCM~45000SCCM等，從而形成該第三閘極絕緣層332的厚
度位2000~3000埃之間。
其後，在形成第三閘極絕緣層333之後，緊接著，形成第二閘極絕緣層332，同樣形成該層的反應氣體為矽烷(SiH4)和氨氣(NH3)的混合氣體或矽烷(SiH4)和氮氣(N2)的混合氣體，以下以SiH4和NH3作為反應氣體進行說明。為了使形成第二閘極絕緣層332的折射率比第一閘極絕緣層331的折射率小0.02~0.03，SiH4/NH3的比率為0.2~0.1，沉積的功率(Power)為3000W~5000W，腔體壓力(Pressure)為1100MPA~2500MPA，腔體溫度(Temperature)為280℃~500℃，反應氣體的氣體流量(FLOW)為2000SCCM~45000SCCM等，從而形成第二閘極絕緣層332的厚度實質上為500Å。
接續上面的步驟，在形成第一閘極絕緣層331、第三閘極絕緣層333和第二閘極絕緣層332後，請參考第5(c)圖，於第二閘極絕緣層332上形成一有源層340和一歐姆接觸層350。形成有源層340和一歐姆接觸層350的方法為先通過化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition，簡稱CVD)或等離子體輔助化學汽相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，簡稱PECVD)形成一半導體層，所述半導體層的材料為非晶矽(a-Si)，然後幹蝕刻圖案化半導體層，接著，摻雜高濃度n型雜質的n+氫化圖案化後的半導體層表面以形成歐姆接觸層350和有源層340，較佳地，該n型雜質為磷(P)。其中，該有源層340的厚度為100~300nm，歐姆接觸層350的厚度為20nm~100nm。
然後，請參考第5(d)圖，形成一源極360以及一汲極370，源極360以及汲極370配置於歐姆接觸層350以及閘極絕緣層330上，源
極360和汲極370的厚度為50nm~250nm。形成源極360以及汲極370的方法例如是先通過濺鍍法(sputtering)沉積一導電層(未繪示)，之後再以微影以及蝕刻程序圖案化所述導電層，以形成源極360以及汲極370。一般說來，基於導電性的考慮，源極360以及汲極370一般是使用金屬材料，例如Cr、W、Ti、Ta、Mo、Al、Cu等。然而，本發明不限於此，於其它實施例中，源極360以及汲極370也可以使用其它導電材料，例如是合金、金屬材料的氮化物、金屬材料的氧化物、金屬材料的氮氧化物或是金屬材料與其它導材料的堆棧層等。另外，在本實施例中，閘極絕緣層330隔絕閘極320與源極360以及閘極320與汲極370，且源極360與汲極370暴露出部分有源層340。
第6圖是本發明第三實施例薄膜電晶體400的剖面示意圖，本實施例的薄膜電晶體與第二實施例的薄膜電晶體相似，因此，相同的組件符號代表相同的組件。本實施例與第二實施例的區別為有源層和歐姆接觸層的設計。
請參照第6圖，本實施例的薄膜電晶體400包括一基板310、一閘極320、一閘極絕緣層330、一主動層440、一源極360與一汲極370。其中，閘極320配置於基板310上，並與閘極線(未顯示)電性連接。閘極絕緣層330配置於基板310上，並覆蓋閘極320和閘極線，閘極絕緣層330的材料為氮化矽(SiNx)，厚度為3000~4000Å，當然，本發明的閘極絕緣層不限這個範圍，其他厚度可以根據實際需求有所改變。主動層440配置於閘極絕緣層330上，並對應設置於閘極320上方，且主動層440上設置有源極
360與汲極370。源極360與汲極370相對設置，且源極360與資料線(未顯示)電性連接，汲極370與像素電極(未顯示)電性連接。
具體而言，在本實施例中，閘極絕緣層330包括第一閘極絕緣層331、第三閘極絕緣層333和第二閘極絕緣層332，其中，第三閘極絕緣層333位於第一閘極絕緣層331之上，第二閘極絕緣層332位於第一閘極絕緣層331及第三閘極絕緣層333之上，即第三閘極絕緣層333位於第一閘極絕緣層331和第二閘極絕緣層332之間，且，第一閘極絕緣層331和第二閘極絕緣層332膜質比較致密，但第一閘極絕緣層231要比第二閘極絕緣層232膜質致密，例如，在本實施例中，第一閘極絕緣層331的折射率都要大於1.9，第二閘極絕緣層332的折射率比第一閘極絕緣層331的折射率要小0.02~0.03，第三閘極絕緣層333膜質比較疏鬆，即第三閘極絕緣層333的折射率要小於第二閘極絕緣層332的折射率，例如，在本實施例中，第三閘極絕緣層333的折射率為1.82~1.87。而且，第一閘極絕緣層331的厚度為300~500Å，第二閘極絕緣層332的厚度實質上為500Å，第三閘極絕緣層333的厚度為2000~3000Å。
從微觀的角度來說，本實施例的第一閘極絕緣層331、第二閘極絕緣層332和第三閘極絕緣層333都是由N-H鍵、Si-H鍵、Si-N鍵、N-N鍵、Si-Si鍵等鍵結構成，一般說來，N-H鍵、Si-H鍵的鍵長會比較長，Si-N鍵、N-N鍵、Si-Si鍵的鍵長會比較短，且單位面積中含鍵長比較長的鍵較多，膜質相對會疏鬆，含鍵長比較短的鍵較多，膜質相對會致密。因而，為了使第一閘極絕緣層331比較致密，本發明設置N-H鍵、Si-H鍵的含量低於15%，為了使第
二閘極絕緣層比較致密，且折射率比第一閘極絕緣層331要小0.02~0.03，本實施例設置N-H鍵、Si-H鍵的含量低於20%，但要大於第一閘極絕緣層331的N-H鍵、Si-H鍵的含量比例，而且，為了使第三閘極絕緣層333的膜質比較疏鬆，本實施例設置N-H鍵、Si-H鍵的含量大於20%。
又，在本實施例中，主動層440不是由非晶矽(a-Si)材料構成，主動層440由氧化物半導體(semiconductor oxider)材料構成，例如可以為銦鎵鋅氧化物(indium gallium zinc oxide，簡寫為InGaZnO或IGZO)、IZO、zinc oxide(ZnO)、ZnSnO、GIZO等材料，但不發明不限於上述列舉的材料，其他習知的氧化物半導體材料也可以。
在本實施例中，由於主動層440是由氧化物半導體材料構成，而氧化物半導體材料的載子移動率較非晶矽要高，因而，本實施例的薄膜電晶體400的載子移動率會較高，從而，本實施例的薄膜電晶體400可以滿足周邊電路電性的要求。而且，氧化物半導體材料為透明材料，因而，使用本實施例薄膜電晶體400的顯示器穿透率可以提升。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
200‧‧‧薄膜電晶體
210‧‧‧基板
220‧‧‧閘極
230‧‧‧閘極絕緣層
231‧‧‧第一閘極絕緣層
232‧‧‧第二閘極絕緣層
240‧‧‧有源層
250‧‧‧歐姆接觸層
260‧‧‧源極
270‧‧‧汲極
Claims (18)
- 一種薄膜電晶體，包括：一基板；一閘極，設置於該基板上；一閘極絕緣層，覆蓋該閘極及該基板；一主動層，設置於該閘極絕緣層上，並位於該閘極上方；一源極，設置於該主動層上；一汲極，設置於該主動層上，並與該源極相對設置；其中，該閘極絕緣層包括設置於閘極及該基板上的第一閘極絕緣層、在該第一閘極絕緣層之上的第二閘極絕緣層、在該第一閘極絕緣層和該第二閘極絕緣層之間之第三閘極絕緣層，且該第一閘極絕緣層的膜質比該第二閘極絕緣層的膜質致密，該第三閘極絕緣層的膜質要比該第二閘極絕緣層的膜質疏鬆。
- 如專利範圍1所述的薄膜電晶體，其中該第一閘極絕緣層的折射率大於1.9，該第二閘極絕緣層的折射率比該第一閘極絕緣層的折射率要小0.02~0.03，該第三閘極絕緣層的折射率要小於該第二閘極絕緣層。
- 如專利範圍2所述的薄膜電晶體，其中該第三閘極絕緣層的折射率為1.82~1.87。
- 如專利範圍1所述的薄膜電晶體，其中該第一閘極絕緣層的厚度介於300Å到500Å之間，該第二閘極絕緣層的厚度實質上為500Å，該第三閘極絕緣層的厚度為2000~3000Å。
- 如專利範圍1所述的薄膜電晶體，其中該第一閘極絕緣層、該第二閘極絕緣層、該第三閘極絕緣層的材料為氮化矽。
- 如專利範圍1所述的薄膜電晶體，其中該第一閘極絕緣層的折射率大於1.9，該第二閘極絕緣層的折射率比該第一閘極絕緣層的折射率要小0.02~0.03。
- 如專利範圍1所述的薄膜電晶體，其中該第一閘極絕緣層、該第二閘極絕緣層材料為氮化矽。
- 如專利範圍1所述的薄膜電晶體，其中該主動層包括有源層和歐姆接觸層，該有源層位於該閘極絕緣層之上，該歐姆接觸層位於該有源層之上，且該歐姆接觸層之上設置該源極和該汲極。
- 如專利範圍8所述的薄膜電晶體，其中該有源層的材料為非晶矽(a-Si)，該歐姆接觸層為在非晶矽裏面摻雜P(磷)元素形成。
- 如專利範圍1所述的薄膜電晶體，其中該主動層的材料為IGZO、IZO、ZnO、ZnSnO、GIZO之一。
- 一種薄膜電晶體，包括：一基板；一閘極，設置於該基板上；一閘極絕緣層，覆蓋該閘極及該基板；一主動層，設置於該閘極絕緣層上，並位於該閘極上方；一源極，設置於該主動層上；一汲極，設置於該主動層上，並與該源極相對設置；其中，該閘極絕緣層包括設置於閘極及該基板上的第一閘極絕緣層、在該第一閘極絕緣層之上的第二閘極絕緣層，且該閘極絕緣層包含N-H鍵、Si-H鍵鍵結，該第一閘極絕緣層N-H鍵、Si-H鍵含量小於該第二閘極絕緣層N-H鍵、Si-H鍵含量。
- 如專利範圍11所述的薄膜電晶體，其中該第一閘極絕緣層N-H鍵、Si-H鍵含量小於15%，該第二閘極絕緣層N-H、Si-H鍵含量小於20%。
- 如專利範圍11所述的薄膜電晶體，其中該閘極絕緣層更包括一第三閘極絕緣層，該第三閘極絕緣層夾置於該第一閘極絕緣層和該第二閘極絕緣層之間，且該第三閘極絕緣層N-H鍵、Si-H鍵含量大於該第二閘極絕緣層N-H鍵、Si-H鍵含量。
- 如專利範圍13所述的薄膜電晶體，其中該第三閘極絕緣層中N-H鍵、Si-H鍵含量大於20%。
- 如專利範圍13所述的薄膜電晶體，其中該第一閘極絕緣層的厚度介於300Å到500Å之間，該第二閘極絕緣層的厚度實質上為500Å，該第三閘極絕緣層的厚度為2000~3000Å。
- 如專利範圍11或13所述的薄膜電晶體，其中該閘極絕緣層的材料為氮化矽。
- 如專利範圍11所述的薄膜電晶體，其中該主動層的材料為非晶矽、IGZO、IZO、ZnO、ZnSnO、GIZO之一。
- 如專利範圍11或13所述的薄膜電晶體，其中該閘極絕緣層還包括Si-N鍵、N-N鍵、Si-Si鍵鍵結。
Applications Claiming Priority (1)
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