TWI249251B - Fabrication method of thin film transistor - Google Patents
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Description
1249251 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種薄膜電晶體元件（th i n f i 1 m transistor， TFT)及其製造方法’特別有關於一種薄膜電 晶體元件中閘極結構及其製造方法。 【先前技術】 底閘極型（bottom-gate type)薄膜電晶體元件目前已 經被廣泛地應用於薄膜電晶體液晶顯示器（TFT-LCD)中。 請參閱第1圖，其顯示傳統的底閘極型薄膜電晶體結構 100。該薄膜電晶體結構100包括一玻璃基底110、一金屬 閘極1 2 0、一閘極絕緣層1 3 0、一通道層（c h a η n e 1 1 a y e r) 140、一歐姆接觸層150以及一源/沒極層、170。 隨著TFT-LCD的尺寸增加，包括薄膜電晶體閘極的金 屬閘極線（m e t a 1 g a t e 1 i n e )就必須要符合低電阻的要 求。由於銅和銅合金材料具有相當低的電阻，所以是用來 作為閘極材料的最佳選擇。然而，由於銅材料容易變形， 所以特別是在進行膜沉積的電漿製程（例如是電漿辅助化 學氣相沉積，PECVD)中，銅材料會和電漿反應，或是在相 對高溫下與製程氣體中的氨氣反應，而造成銅材料表面粗 糙（roughness)以及增加阻值等不良影響。 在美國專利第6 1 659 1 7號中，Batey等人有揭示一種純 化（passivate)銅層的方法。該方法是沉積一層不含氨 (ammon i a-free)的氮化矽層覆蓋銅閘極，用以當作是銅閑 極的蓋層（cap layer)。
1249251 五、發明說明（2) 在美國專 有揭不'一種薄 (Ta)或鉻（Cr ) 板上，然後再 上’接著經由 面’因而構成 在美國專 膜電晶體結構 閘極與玻璃基 閘極的蓋層。 【發明 有 及其製 後續的 反應且 為 製造方 電漿輔 蓋圖案 及一氮 比於溫 上；形 —汲極 内容】 鑑於此，本發明之目 造方法，藉由緩衝層 沉積絕緣層的電漿辅 不會受到電漿損傷。 達上述之目的，本發 法，包括形成一圖案 助化學氣相沉積法形 化閘極，其中緩衝層 氣做為製程氣體，並 度範圍20 -2 0 0 °C形成 成一半導體層於閘極 於部分半導體層上。 利早期公開第20 02/0 0 42 1 6 7號中’Chae等人 膜電晶體結構。該方法是先形成例如是鈕 或鈦（Ti)或鎢（W)層的第一金屬層於玻璃基 形成當作第二金屬層的銅層於第一金屬層 熱處理而使第一金屬層氧化並擴散至銅層表 一閘極結構。 利第65626 68號中’Jang等人有揭示一種薄 。該方法是採用氧化紹或氮化紹來當作是銅 板之間的黏著層（adhesive layer)，以及銅 的係提供一種薄膜電晶體元件 的保護而使得金屬閘極在進行 化學製程時，避免與氨氣發生 明提供一種薄膜電晶體元件的 化閘極於一絕緣基底上；利用 成一緩衝層於絕緣基底上， ! 、藉由一矽烷氣體、-氬氣、 錯由控制上述製程氣體之混合 ，形成閘極絕緣層於緩衝層 絶緣層上；以及形成—源極與
0632-A50256TWf(5.0) » AU0404066 »* Jamngwo.ptd 第7頁 1249251 五、發明說明（3) 士 根據本發明，在進行後續的沉積絕緣層的電漿製程 ^ ’金屬閉極能藉由緩衝層的保護而不會受到不良影響。 如此’本發明能夠提高產品可靠度與解決習知問題。 為讓本發明之目的、特徵和優點能夠明顯易懂，下文 特舉較佳實施例，並配合所附圖示，做詳細說明如下： 【實施方式】 第2 A-2D圖係顯示根據本發明實施例的薄膜電晶體 (TFT)元件製程剖面圖。 請參閱第2A圖，首先形成金屬層（未圖示）於一絕緣基 底210上。金屬層的材質包括Αι或M〇或以或？或1&或以或“ 或Ag-Pd-Cu或上述金屬的合金，藉由濺鍍法沉積形成。該 基底210例如是玻璃或石英基底。之後，藉由傳統的微影 及#刻製程以圖案化上述金屬層而形成一金屬閘極2 2 〇。 金屬閘極2 2 0係糟由钱刻法形成斜面侧邊，以利後續步驟 中各覆蓋層的階梯覆蓋性。這裡要說明的是，由於該閘極 220與該基底210之間，可夾有一黏著層（未圖示），以增加 閘極22 0與基底210之間的附著力。 曰 請參閱第2B圖，首先形成一緩衝層225於基底210 上。緩衝層2 2 5例如是由電榮:輔助化學氣相沉積法 (PECVD)，於低製程溫度下，並藉由控制製程氣體之混合 比形成。在此舉一範例，將該基底2 1 0放入化學氣相沉積 裝置中，通入氣體，例如矽烷、氮氣及氬氣以作為製程氣 體，並藉由控制上述製程氣體之混合比而形成一富氮
0632-A50256TWf(5.0) ； AU0404066 ； Jamngwo.ptd 第8頁 1249251 五、發明說明（4) (nitrogen-rich)之氮化矽（Si3N4)層225，且該矽、氮之混 合比例係大於3 : 4(即富氮之氮化矽層225，含氮之比例係 大於標準值三分之四）一。矽烷與氮氣的比例大抵控制在 1 ·5 ’反應溫度大抵介於20-200 °c。富氮（nitrogen -rich)之氮化矽層225的厚度範圍大抵介於5 〇-2〇〇埃（A)。 請參閲第2C圖，接著形成一閘極絕緣層23 0於該基底 210上方而覆蓋該缓衝層225。該閘極絕緣層230可以是經 由PECVD法所沉積之SiOx或SiNx *Si〇Nx或丁3(\或AlxOy層。 仍請參閱第2C圖’然後形成一半導體層（未圖示）於該 閘極絕緣層2 3 0上，其中該半導體層包括經由化學氣相沉 積法（CVD)所沉積之多晶矽或非晶矽層（am〇rph〇us silicon layer)與經摻雜的秒層pUrity-added si 1 icon layer)。之後，藉由傳統的.微影及蝕刻製程圖案 化上述半導體層及摻雜的矽層而形成一通道層240以及一 歐姆接觸層250。其中該歐姆接觸層250例如是摻雜n型離 子（例如鱗（P)或砷（As))的石夕層。 請參閱第2D圖，然後將一金屬層（未圖示）形成於該歐 姆接觸層2 5 0與該閘極絕緣層230上。上述金屬層的材質例 如疋經由錢鍍法所沉積之铭（A1)或_(m〇)或鉻（cr)或鶴 (W)或鈕（Ta)或鈦（Ti)或鎳（Ni)或上述金屬的合金。之 後’藉由傳統的微影及蝕刻製程圖案化上述金屬層而形成 一源極260與一汲極270。其次，以該源極26〇與該汲極27〇 為罩幕’餘刻去除曝露的歐姆接觸層250。接著，形成一 保護層28 0於絕緣基底21 0上，以保護該薄膜電晶體元件的
1249251
則得到了-薄膜電晶體結構，而如㈣圖所 五 '發明說明（5) 表面。如此 示 〇 另外，這裡要特別說明的是，當本發 晶體液晶顯示H(m_LCD)時，由於薄晶1體4構薄^電 閑極22 0與面板上的閑極線（_ Une)是同曰時體^構中的 以閘極線與閘極絕緣層3 3 〇之間也可根據本明、所 樣夾有緩衝声225。A 1 乂u ^ 製程而同 ,綾衡滑為間化本發明說明，在此不再瞽 知薄膜電晶體液晶顯示器（TFT-LCD)面板之製程。“ 【本發明之特徵與優點】 本發明提供一種薄膜電晶體元件的製造方法，直特徵 在於：形成緩衝層於金屬閘極與閘極絕緣層之間。 •根據本發明，可利用不含氨氣的製程氣體形成富氮 (nitrogen-rich)之氮化矽層，以避免氨氣與金屬閘極反 應造成表面粗糙，而影響電性。另外，亦可在低溫的反應 條件下’形成緩衝層而避免氨氣與金屬閘極反應造成表面 粗糙。還有，在遙行後續的沉積絕緣層的電漿輔助化學氣 相沉積製程時’金屬閘極能藉由缓衝層的保護而不會受到 損傷。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限f本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，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為準。
1249251 圖式簡單說明 第1圖是習知薄膜電晶體結構的剖面示意圖；以及 第2A-2D圖是根據本發明實施例之薄膜電晶體結構的 製程剖面示意圖。 【主要元件符號說明】 1 0 0、2 0 0〜薄膜電晶體結構； 110、210〜基底； 1 2 0、2 2 0〜閘極； 1 3 0、2 3 0〜閘極絕緣層； 2 2 5〜缓衝層； 140、240〜通道層； 150、25 0〜歐姆接觸層； 160、260〜源極； 1 7 0、2 7 0〜汲極；以及 2 8 0〜保護層。
0632-A50256TWf(5.0) ； AU0404066 ； Jamngwo.ptd 第11頁
Claims (1)
1249251 六、 申請專利範圍 1 · 一種薄膜電晶體元件的製造方法，包括下列步驟： 形成一圖案化閘極於一絕緣基底上； 利用電漿輔助化學氣相沉積法形成一緩衝層於該絕緣 基底上，覆蓋該圖案化閘極，其中該緩衝層係藉由一矽境 氣體、一氬氣及一氮氣做為製程氣體，並藉由控制上述製 程氣體之混合比於溫度範圍20-2 0 0 °c形成； 形成一閘極絕緣層於該缓衝層上； 形成一半導體層於該閘極絕緣層上；以及 形成一源極與一汲極於部分該爭導體層上。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體元件的製 造方法，其中該緩衝層包括一富氮的氮化矽（以3比）層。 3. 如申請專利範圍第1或2項所述之薄膜電晶體元件的 製造方法，其中該緩衝層之氮、矽混合比值係大於3 / 4。 4. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體元件的製 造方法，其中該基底是玻璃基底或石英基底。 5 ·如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體元件的製 造方法，其中該閘極包括一組由鋁（A1)、鉬（Mo)、鉻 (Cr)、鎢（W)、鈕（Ta)、銅（Cu)、銀（“）、銀-鈀—銅（Ag- Pd-Cu)或上述金屬的合金。 6 ·如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體元件的製 造方法，其中該閘極絕緣層包栝一組由氧化矽（S1 〇x)、氮 化矽（SiNx)、氮氧化矽（Si〇Nx)、氧化鈕（Ta〇x)或氧化鋁 (A1 0 ) 0 7 ·如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體元件的製
0632-A50256TWf(5.0) ； AU0404066 ； Jamngwo.ptd 第12買 1249251 六、申請專利範圍 造方法，其中該半導體層係由電衆輔助化學氣相沉積法形 -成包括多晶矽或非晶質矽。 8. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體元件的製 造方法，其中該源極與該汲極包括一組由鋁（A 1 )、鉬 (Mo)、鉻（Cr)、鎢（W)、鈕（Ta)、鈦（Ti)、鎳（Ni)或上述 金屬的合金。 9. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體元件的製 造方法，更包括形成一保護層於該絕緣基底上，以保護該 薄膜電晶體元件的表面。
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