TWI506797B - 薄膜晶體管及其製造方法 - Google Patents

薄膜晶體管及其製造方法 Download PDF

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Description

薄膜晶體管及其製造方法
本發明涉及一種薄膜電晶體及其製造方法，特別是一種包含金屬氧化物層的薄膜電晶體及其製造方法。
由氧化鋅或銦鎵鋅氧化物(Indium gallium zinc oxide，IGZO)等製成的金屬氧化物層作為半導體器件的活性層呈現出了優良的特性。近年來，已經進行了將金屬氧化物應用於薄膜電晶體(TFT)、發光元件或透明導電膜的研發。
例如，與包含非晶矽作為溝道的現有的TFT相比，包含上述金屬氧化物的TFT的電子遷移率較高並且電氣特性較好。但是，上述金屬氧化物的耐熱性不好，由於在TFT的製造過程中進行的熱處理會使氧等脫附從而會形成晶格缺陷。該晶格缺陷會導致形成點穴上的淺的雜質能級，並導致上述金屬氧化物層的低阻抗性，從而使漏電流增大，並且TFT的電性不夠穩定。
為此，本發明的目的在於提供一種能夠獲得穩定電性的薄膜電晶體及其製造方法。
本發明提供一種薄膜電晶體，配置於一基板上，所述薄膜電晶體包括：閘極，配置於所述的基板上；閘極絕緣層，配置於所述的 基板上以覆蓋所述的閘極；金屬氧化物層，配置於所述的閘極絕緣層上，其中所述的金屬氧化物層包括源極區、漏極區以及溝道區，且所述溝道區的氧濃度高於所述源極區和漏極區的氧濃度；蝕刻阻擋層，配置於所述金屬氧化物層上方，並包括兩個接觸孔，分別暴露出源極區和漏極區；以及源極和漏極，分別位於所述金屬氧化物層的兩側，並分別透過兩個接觸孔與源極區和漏極區電連接。
本發明提供一種薄膜電晶體的製造方法，包括：於基板上形成閘極，在所述的基板上形成閘極絕緣層，以覆蓋所述的閘極；於所述的閘極絕緣層上形成金屬氧化物層，位於所述閘極的上方，包括源極區、通道區和漏極區；於所述的金屬氧化物層上形成蝕刻阻擋層，覆蓋所述金屬氧化物層，並包括兩個彼此分離的接觸孔；於所述的蝕刻阻擋層上形成源極和漏極，分別位於所述金屬氧化物層的兩側，並分別通過所述蝕刻阻擋層的接觸孔與所述金屬氧化物層接觸；以所述源極和所述漏極為掩模實施一表面處理，使所述金屬氧化物層通道區的氧濃度高於所述源極和所述漏極區的氧濃度。
相較於先前技術，本發明通過在金屬氧化物層上方設置一蝕刻阻擋層，並在源極和漏極製作完成後，再對該金屬氧化物層進行表面處理，可以增加通道區的氧化程度，並獲得較好的電性穩定度。同時，該蝕刻阻擋層可以保護該通道區，避免直接遭受氧離子轟擊而受到破壞。
100‧‧‧基板
150D‧‧‧漏極
110‧‧‧閘極
T‧‧‧表面處理
120‧‧‧閘極絕緣層
161‧‧‧第一保護層
130‧‧‧金屬氧化物層
162‧‧‧第二保護層
130S‧‧‧源極區
170‧‧‧平坦層
130D‧‧‧漏極區
180‧‧‧第一電極
130C‧‧‧通道區
190‧‧‧第二電極
140‧‧‧蝕刻阻擋層
C1‧‧‧第一通孔
141‧‧‧第一接觸孔
C2‧‧‧第二通孔
142‧‧‧第二接觸孔
C3‧‧‧第三通孔
150S‧‧‧源極
10‧‧‧薄膜電晶體
圖1至圖5係本發明提供的製造薄膜電晶體的方法的示意圖。
圖6係本發明提供的包含薄膜電晶體的液晶顯示器的剖示圖。
圖1至圖5係本發明提供的製造薄膜電晶體10的方法的示意圖。如圖1所示，提供一基板100，該基板100可為透明玻璃基板，並在該基板100上形成閘極110。該閘極110材質為導電材料，如金屬鋁、銅、鉬，但不限於此。更好的，也可以為多層結構，如鉬鋁鉬結構，鉬鋁結構或者多層鋁結構，但不限於此。接著，於基板上全面性地形成一閘極絕緣層120以覆蓋該閘極110。該閘極絕緣層120的材質為電介質，比如氧化矽、氮化矽或者氮氧化矽，但不限於此。
接著請參照圖2，在閘極110上方形成一圖案化的金屬氧化物層130該金屬氧化物層130的材質包括銦鎵鋅氧化物(Indium-Gallium-Zinc Oxide,IGZO)、銦鋅氧化物(Indium-Zinc Oxide,IZO)、鎵鋅氧化物(Gallium-Zinc Oxide,GZO)、鋅錫氧化物(Zinc-Tin Oxide,ZTO)，或銦錫氧化物(Indium-Tin Oxide,ITO)。在本實施方式中，該金屬氧化物層130是IGZO。
接著請參考圖3，在金屬氧化物層130上方形成一蝕刻阻擋層140(etch stopper layer)，該蝕刻阻擋層140覆蓋該金屬氧化物層130，並圖案化該蝕刻阻擋層140，以在該金屬氧化物層130上方形成彼此分離的第一接觸孔141和第二接觸孔142，該接觸孔141和142至少露出部分該金屬氧化物層130。該蝕刻阻擋層140的材質可以為氧化矽(silicon oxide)，但不限於此。
接著請參考圖4，形成一源極150S和一漏極150D，位於該金屬氧 化物層130的兩側。其中，源極150S和漏極150D分別透過第一接觸孔141和第二接觸孔142與該金屬氧化物層電連接。該源極150S、漏極150D的材質為導體，比如說為金屬鋁、銅、鉬，但不限於此。在較好的實施例中，該導體材質可以是多層結構，比如鉬鋁鉬結構，鉬鋁結構或者是多層鋁結構，但不限於此。
如圖4所示，該金屬氧化物層130可區分為源極區130S、漏極區130D和通道區130C。其中，位於該源極150S下方的區域為源極區130S，位於該漏極150D下方的區域為漏極區130D，該源極區130S和該漏極區130D之間的部分為通道區130C。通道區130C被該蝕刻阻擋層140覆蓋著。
接著請參照圖5，為了提升該薄膜電晶體10的電性穩定度，在形成該源極150S和該漏極150D之後，在源極150S和漏極150D上方對該薄膜電晶體10進行一表面處理T以向該金屬氧化物層供氧。
如圖5中所示，由於在進行表面處理T時，該源極150S和漏極150D可作為掩模，因此源極150S和漏極150D下方的源極區130S和漏極區130D並不會受表面處理T的影響，僅通道區130C接受了表面處理T。
表面處理T例如是以氧離子轟擊處理。以氧離子轟擊處理為例，利用氧氣或者含氧的氣體對通道區130C進行處理，使得通道區130C中氧空缺比例(oxygen vacancy ratio)降低，增加了通道區130C的氧濃度。換言之，當通道區130C中氧空缺比例降低時，可提高薄膜電晶體的穩定性。特別的是，將表面處理T移到源極150S和漏極150D後，因為有蝕刻阻擋層140保護通道區130C，故通道區130C不會遭受直接的氧離子轟擊而受破壞。
由於源極區130S和漏極區130D並不受表面處理T影響，其氧空缺比例不變，避免了源極區130S和漏極區130D的阻值增加而影響薄膜電晶體10的電性。因此，該通道區130C的氧空缺比例低於該源極區130S和該漏極區130D的氧空缺比例，該通道區130C的氧濃度高於該源極區130S和該漏極區130D的氧濃度，即增加了該通道區130C的氧化程度，以提升元件穩定性。將通道區130C的氧濃度提高有助於元件穩定性及降低漏電流，且源極區130S和漏極區130D保有較高的氧空缺比例，有助於提高傳導率。
從圖5中可知，本實施例的薄膜電晶體10包括閘極110、閘極絕緣層120、金屬氧化物層130、蝕刻阻擋層140、源極150S和漏極150D。該閘極110配置於基板100上，該閘極絕緣層120配置於基板100上並覆蓋該閘極110。該金屬氧化物層130包括源極區130S、通道區130C和漏極區130D，且該通道區130C的氧空缺比例低於該源極區130S和該漏極區130D的氧空缺比例，意即該通道區130C的導電度低於該源極區130S和該漏極區130D的導電度。該蝕刻阻擋層140位於該金屬氧化物層130上，並覆蓋該金屬氧化物層130，包括兩個接觸孔141和142分別暴露出金屬氧化物層130的源極區130S和漏極區130D。該源極150S和該漏極150D位於該金屬氧化物層130的兩側，分別透過接觸孔141和142與源極區130S和漏極區130D連接。
本發明提供的薄膜電晶體適用於多種液晶顯示裝置，例如向列扭轉型(Twisted Nematic，TN)液晶顯示器，或者面內切換型(In-plane Switching，IPS)液晶顯示器，但並不限於此。
請參照圖6，圖6係包含薄膜電晶體10的IPS型液晶顯示器的剖示 圖。在製作薄膜電晶體10之後，在該薄膜電晶體10上方形成一第一保護層161，並圖案化該第一保護層161以形成一第一通孔C1，露出部分漏極150D；接著，在該第一保護層161上方形成一平坦層170，並圖案化以形成一第二通孔C2，該第二通孔C2位於該第一通孔C1中；然後在該平坦層170上方形成一第一電極180；接著，在第一電極180和平坦層170上方形成一層第二保護層162，並圖案化形成第三通孔C3，該第三通孔C3位於該第二通孔C2中，露出部分漏極150D。最後，在該第二保護層162上方形成第二電極190，該第二電極190通過第三通孔C3與漏極150D電連接，並包括多個狹縫191位於第一電極180上方，使得該第二電極190與第一電極180之間形成邊緣電場，以驅動液晶旋轉。該狹縫191可以為條形或“<”字型，但不限於此。該第一保護層161和第二保護層162的材質可以為矽氧化物，該平坦層170的材質可以為有機材料，該第一電極180和該第二電極190的材質可以為透明材質，例如氧化銦錫(ITO)或者氧化銦鋅(IZO)，但不限於此。
如圖6所示，該IPS型液晶顯示器包括一基板、一薄膜電晶體10、第一保護層161位於該薄膜電晶體10上方，並包括第一通孔C1；一平坦層170位於該第一保護層161之上，並包括第二通孔C2，該第二通孔位於該第一通孔C1中；一第一電極180位於該平坦層170上，一第二保護層162覆蓋該第一電極180和該平坦層170上，並包括第三通孔C3，該第三通孔C3位於該第二通孔C2中；一第二電極190位於該第二保護層162上，包括多個狹縫191位於第一電極上方，並通過第三通孔C3與該漏極150D電連接。該薄膜電晶體10中包括金屬氧化物層130，其通道區130C中的氧濃度高於其源極區130S和漏極區130D中的氧濃度，該IPS型液晶顯示器具有較好 的電性穩定度。
總之，本發明通過在金屬氧化物層上方設置一蝕刻阻擋層，並在源極和漏極製作完成後，再對該金屬氧化物層進行表面處理，可以增加通道區的氧化程度，並獲得較好的電性穩定度。同時，該蝕刻阻擋層可以保護該通道區，避免直接遭受氧離子轟擊而受到破壞。
本領域的普通技術人員應當理解，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。
10‧‧‧薄膜電晶體
130C‧‧‧通道區
100‧‧‧基板
140‧‧‧蝕刻阻擋層
110‧‧‧閘極
141‧‧‧第一接觸孔
120‧‧‧閘極絕緣層
142‧‧‧第二接觸孔
130‧‧‧金屬氧化物層
150S‧‧‧源極
130S‧‧‧源極區
150D‧‧‧漏極
130D‧‧‧漏極區
T‧‧‧表面處理

Claims (5)

  1. 一種薄膜電晶體的製造方法，包括：於一基板上形成閘極，在所述的基板上形成閘極絕緣層，以覆蓋所述的閘極；於所述的閘極絕緣層上形成金屬氧化物層，位於所述閘極的上方，包括源極區、通道區和漏極區；於所述的金屬氧化物層上形成蝕刻阻擋層，覆蓋所述金屬氧化物層，並包括兩個彼此分離的接觸孔；於所述的蝕刻阻擋層上形成源極和漏極，分別位於所述金屬氧化物層的兩側，並分別通過所述蝕刻阻擋層的接觸孔與所述金屬氧化物層接觸；以所述源極和所述漏極為掩模實施一表面處理，使所述金屬氧化物層通道區的氧濃度高於所述源極和所述漏極區的氧濃度。
  2. 如請求項第1項所述的薄膜電晶體的製造方法，其中所述通道區的氧空缺比例低於所述源極區和所述漏極區的氧空缺比例。
  3. 如請求項第1項所述的薄膜電晶體的製造方法，其中所述源極區位於所述源極下方，所述漏極區位於所述漏極下方，所述通道區位於所述源極區和所述漏極區之間。
  4. 如請求項第1項所述的薄膜電晶體的製造方法，其中所述表面處理為利用利用氧离子轰击处理。
  5. 一種液晶顯示器，配置於一基板上，所述的液晶顯示器包括：一薄膜電晶體，包括通過請求項第1項至第4項中任意一項所製成的薄膜電晶體結構；第一保護層，位於所述薄膜電晶體上方，並包括第一通孔露出部分漏極 ；平坦層，位於所述第一保護層上方，並包括第二通孔，所述第二通孔位於所述第一通孔中；第一電極，位於所述平坦層上；第二保護層，覆蓋所述第一電極和所述平坦層，並包括第三通孔，所述第三通孔位於第二通孔中，並露出部分所述漏極；第二電極，位於第二保護層上，包括多個狹縫結構配置於所述第一電極上方，並通過第三通孔與所述漏極電連接。
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