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TWI304655B - Thin film transistor and method of manufacturing the same - Google Patents

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TWI304655B TW095112469A TW95112469A TWI304655B TW I304655 B TWI304655 B TW I304655B TW 095112469 A TW095112469 A TW 095112469A TW 95112469 A TW95112469 A TW 95112469A TW I304655 B TWI304655 B TW I304655B
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Description

1304655 - 九、發明說明： : 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於薄膜電晶體(Thin Film Transistor, TFT)及其製造 方法。 【先前技術】 在薄膜電晶體液晶顯示器當中，顯示區之透光度取決於液晶 層上下電極之間的電壓差。當薄膜電晶體打開將訊號線電壓寫至 φ 液晶之後，立即將薄膜電晶體關閉，將電荷保持在液晶電容上， 此時所儲存的電荷若有漏失，即會造成液晶電壓的改變，直到新 的電壓再次寫入之前，此電壓的改變不能使受影響的亮度變化量 超過一個灰階，否則可能導致晝質異常。造成電荷漏失的原因， 包括液晶本身和TFT的漏電流。故，薄膜電晶體的漏電流大小會 影響到薄膜電晶體關閉狀態下的電訊號精確度。 請參閱圖1，係一種先前技術薄膜電晶體之結構示意圖。該薄 膜電aa體100包括一基底1〇1、一位於該基底上且位於同一層 _之通道區域U3、源極114及汲極115、一設置於該通道區域113、 源極114及汲極115上之閘極絕緣層1〇4、於該閘極絕緣層綱 上且對應於該通道區域113設置之一閘極1〇5、一形成於該閘極 1〇5及閘極絕緣層104上之鈍化層1〇6、該鈍化層1〇6及閘極絕緣 層1〇4上形成有三接觸孔(未標示)及對應該三接觸孔形成之金屬 層圖案107。其中，該閘極絕緣層1〇4係單純的採用業界常用之氧 化石夕SiOx材質構成，其介電常數約為3.9。 請一併參閱圖2，係上述薄膜電晶體100之製造方法之流程 圖’該薄膜電晶體100之製造方法包括如下步驟： 6 1304655 ” 步驟S10 :提供一玻璃基底ιοί ; ‘ 步驟S11 ··形成汲極、源極及通道區域 於玻璃基底101上沈積非晶石夕層，並使其結晶成多晶石夕薄膜， 摻雜多晶石夕，形成P型半導體層，於該p型半導體層上之一部份 塗佈光阻劑’後由光_做為遮蔽，於該p型 摻雜五價離子，形成-通道_ 113、—雜114及—汲極進= 步驟S12 :形成閘極絕緣層 •,於該通道區域113、源極114及及極II5上沈積氧化石夕si0x 薄膜’形成閘極絕緣層1〇4 ; 步驟S13 :形成閘極圖案 於該閘極絕緣層104上形成閘極1〇5圖案； 步驟S14 :形成鈍化層及接觸孔 於該雜絕緣層104及閘極1〇5上形成鈍化層，依序對該 鈍化層106及閘極絕緣層1〇4進行蝕刻形成接觸孔； 步驟S15 :形成金屬層圖案 • 形成金屬層圖案107，該金屬層圖案搬藉由該接觸孔與該閘 極ι〇5、源極m和汲極lls部分區域歐姆接觸⑽mic _⑽）。 准’先刖技術薄膜電晶體100中，閘極1〇5和通道區域出 之間的介電質，即閘極絕緣層104係單純的採用業界常用之氧化 矽Si〇X材質構成，其介電常數約為3·9，可以看的出，該絕緣層 104之絕緣性有限，故該閘極1〇5與源極114及汲極間會存在 漏電流。該漏電流能給薄膜電晶體1〇〇帶來不良效果，特別當薄 膜電晶體100為關閉狀態時，該漏電流會影響電訊號之精雜， 減低薄膜電晶體100之可靠性，從而影響顯示品質。 7 1304655 φ . 【發明内容】 :有鑑於上述内容，提供一種漏電流較小、可靠性高之薄膜電 晶體實為必要。 還有必要提供一種薄膜電晶體製造方法。 種溥膜電晶體，其包括一基底、一源極、一汲極、一通道 區域、一閘極絕緣層、一鈍化層及一閘極，該源極、汲極及通道 區域开>成於該基底上且位於同一層，該通道區域位於該源極及汲 _ 極之間，該閘極絕緣層形成於該通道區域上，該鈍化層形成於該 源極、汲極及通道區域上，且位於該閘極絕緣層兩側，該鈍化層 介電常數小於閘極絕緣層介電常數，該閘極形成於該閘極絕緣層 及部份鈍化層上，且與該通道區域對應。 一種薄膜電晶體製造方法，其包括以下步驟：提供一基底， 其上形成一半導體層；於該半導體層上沈積氧化矽形成閘極絕緣 層；該閘極絕緣層上形成具預定圖案之閘極；以該閘極為遮蔽， 濕蝕刻該閘極絕緣層，使部份閘極絕緣層餘留於該閘極下方，同 • 時該閘極兩端下方分別形成一缺口；利用閘極當作遮罩，於半導 體層内進行重摻雜，形成汲極及源極；於該閘極、汲極、源極上 及該二缺口内旋塗-鈍化層，該純化層介電常數小於閉極絕緣層 介電常數。 曰 相較於先前技術，本發明之薄膜電晶體將介電常數小於閘極 絕緣層介電常數材質，旋塗於閘極下方兩端，使閉極兩端下方的 等效閘極絕緣層厚度較厚，因此該閘極兩端下方之電阻較大，當 開極輕不變時，鄰近源極及沒極之通道區域兩端之電場較弱: 進而減少電晶體的漏電流和提升電晶體的可靠性。 8 1304655 【實施方式】 清參閱圖3 ’係本發明薄膜電晶體之一較佳實施方式所揭示之 結構示意圖。該薄膜電晶體200包括絕緣基底2〇1、設置於該絕緣 基底201上且位於同一層之通道區域212、源極215及汲極216、 依序設置於該通道區域212上之閘極絕緣層203及閘極214、設置 於該通道區域212、源極215、汲極216及閘極214上之純化層206 及一設置於該鈍化層206上之金屬層圖案207，其中，該鈍化層 _ 206上設置有三接觸孔(未標示），該金屬層圖案2〇7藉由該三接觸 孔與閘極214、源極215和没極216之部分區域歐姆接觸，該通道 區域212長度與該閘極214之長度一致，該閘極絕緣層203相較 於該閘極214兩端分別向内縮進一部份，即該閘極214兩端下方 刀別具有一缺口（未標示）’該純化層206亦延及該閘極214兩端下 方之二缺口。 請一併參閱圖4,係本發明薄膜電晶體200製造方法一較佳實 施方式的流程圖。該薄膜電晶體2〇〇之製造方法具體步驟如下： | 步驟S20 :形成p型半導體層及閘極絕緣層 請參閱圖5，提供一基底201，該基底201為透明基底，且不 可繞性’其材質為玻璃，於該玻璃基底上沈積非晶矽層，並用雷 射退火結晶法使其結晶成多晶矽薄膜，於該多晶石夕薄膜内摻雜三 價離子，形成P型半導體層202，後於該P型半導體層2〇2上沈 積氧化矽Si〇x，形成閘極絕緣層203。其中，該氧化矽Si0x材質 介電常數約為3.9。 步驟S21 :形成閘極圖案 請一併參閱圖6,在該閘極絕緣層203上依序形成一閘極金屬 9 1304655 ;光阻層測，以第—道光罩的圖案對該第一光阻層 • ΓΓ 影，從而形成一預定光阻圖案243，再對該閉極金 曰204進行乾朗，進而形成一閉極214圖案(如圖7所示）。 步驟S22 :形成閛極絕緣層圖案 請-併參閲圖8，移除該光阻圖案243，並以該閘極214當遮 罩’ 刻該閘極絕緣層2〇3，由於·刻為一種等向性㈣ _，因此閘極絕緣層2〇3除了會被向下_之外，也會發生側 #向钱刻，使閘極叫兩端下方的閘極絕緣層2〇3部分 刻分別產生一缺口 213。 步驟S23 :重摻雜形成通道區域、源極及汲極 請一併參閱圖9，利用閘極214當作遮罩，於部分p型半導體 層202 0進行重摻雜五價離子，形成源極215及沒極216。該利用 閘極遮住之部份為通道區域212。 步驟S24 :形成鈍化層，並韻刻形成接觸孔 請一併參閱圖ίο，於該源極215、汲極216及閘極214上旋 •塗(Spin 〇n)一鈍化層206 ’該鈍化層206亦旋塗於該閘極214兩端 下方的二缺口 213内，該鈍化層206上一第二光阻層25〇，以第二 道光罩的圖案對該第二光阻層250進行曝光顯影，從而形成一預 定光阻圖案253，再對該鈍化層206進行乾蝕刻形成三接觸孔 216(如圖11所示）。 該鈍化層206採用之材質為介電常數小於閘極絕緣層介電常 數之一低介電常數材質，其介電常數小於3·9 ,該低介電常數材質 為氨氧氮化物(Hydrogen Silsesquioxane，。 步驟S25 ··形成金屬層圖案 1304655 • 請一併參閱圖12，於該鈍化層206上及三接觸孔内沈積一金 : 屬層，並使圖案化，形成金屬層圖案207，此時該金屬層圖案207 與閘極214、源極215和汲極216部分區域歐姆接觸。 相較於先前技術，本發明之薄膜電晶體200於閘極絕緣層203 兩端為介電常數小於閘極絕緣層203介電常數之一低介電常數材 質’在相同的厚度時，低介電常數材質的跨壓較大，通道區域212 兩端所受到的閘極214電壓耦合較小，因此通道區域212兩端電 I 場強度較小，進而減少薄膜電晶體200的漏電流和提升電晶體的 可靠性，更可以降低電晶體在off狀態下的漏電流。另外，由於閘 極214與金屬層圖案207之間的介電質為一低介電常數材質，因 此閘極214與金屬層圖案207之間的訊號串擾效應也可以同時獲 得減輕緩和(alleviation)。故，進一步提高薄膜電晶體200之可靠 性。 惟，本發明薄膜電晶體及其製造方法並不限於第一實施方式 所述，該低介電常數材質亦可為其他，如矽氧碳氫化合物 ⑩（Methylsilsesquioxane，MSQ)、多孔聚矽氨烷(porous_polysilazane， PPSZ)、苯丙環丁稀(Benzocyclobutene，BCB)、氟化亞芳香 _ (Fluorinated Arylene Ether，FLARE)、芳香族碳氫化合物(SILK)、黑 鑽石（Black Diamond)、有機矽烷高分子（Hybrid Organic
SiloxanePolymer，HOSP)、聚亞芳香醚(p〇lyaryiene Ether, PAE)、類 金剛石(Diamond-like Carbon，DLC)等，該鈍化層206所採用之材 質不限於一種材質，亦可為氨氧氮化物、矽氧碳氫化合物、多孔 聚石夕氨烧、苯丙環丁稀、氟化亞芳香醚、芳香族碳氫化合物、零 鑽石、有機矽烷高分子、聚亞芳香醚或類金剛石等材質中之二種 11 1304655 或二種以上，該基底2〇1亦可為可繞性基底。 綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，爰依法提出專 利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，本發明之 乾圍並不社述實細為限，舉凡熟胃本紐藝之人士援依本發 明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍 内。 【圖式簡單說明】 _ 圖1係一種先前技術薄膜電晶體之結構示意圖。 圖2係一種先前技術薄膜電晶體製造方法流程圖。 圖3係本發明薄膜電晶體之結構示意圖。 圖4係本發明薄膜電晶體製造方法流程圖。 圖5係本發明薄膜電晶體製造方法之形成p型半導體層及閘極絕 緣層之示意圖。 圖6係本發明薄膜電晶體製造方法之沈積閘極金屬層之示意圖。 圖7係本發明薄膜電晶體製造方法之形成閘極之示意圖。 • 圖8係本發明薄膜電晶體製造方法之餘刻閘極絕緣層之示意圖。 圖9係本發明薄膜電晶體製造方法之重摻雜形成源極及汲極之示 意圖。 圖10係本發明薄膜電晶體製造方法之形成純化層之示意圖。 圖Π係本發明薄膜電晶體製造方法之形成接觸孔之示意圖。 圖12係本發明薄膜電晶體製造方法之形成金屬層圖案之示意圖。 【主要元件符號說明】 薄膜電晶體 200 絕緣基底 2Q1 p型半導體層 202 閘極絕緣層 12 1304655 閘極金屬層 204 第一光阻層 240 光阻圖案 243 、 253 閘極 214 缺口 213 金屬層圖案 207 源極 215 汲極 216 通道區域 212 鈍化層 206 接觸孔 216 第二光阻層 250 13

Claims (1)

1304655 ~—j 、 I年月日修(¾正替換頁 十、申請專利範園： 一 ^ 1· 一種薄膜電晶體，其包括： 一基底； 一形成於该基底上之一源極、一通道區域及一汲極，該通道 區域位於該源極及汲極之間； 一形成於该通道區域上之一閘極絕緣層， · 一形成於該源極、汲極及通道區域上，且位於該閘極絕緣層 兩側之鈍化層，該鈍化層介電常數小於閘極絕緣層介電常 一形成於該閘極絕緣層及部份鈍化層」 應之閘極。 «項所述之_電晶體，其中，該閘極絕緣 ittn第=斤述之薄膜電晶體，其中，該鈍化層材 i ，氫化合物、多孔聚魏院、苯丙環^ 八；、取Ϊ日酸、、芳香族碳氫化合物、黑鑽石、有機矽燒言 刀子、♦亞芳香醚或類金剛石之一種戋多種。 问 4=申請專利範圍第！項所述之薄膜電晶體，盆中， 閘極兩端分別向内縮進-部份’於該閘贿兩:形 5.及如至申ifr内圍第4項所述之薄膜電晶體，其中，該純化層延 6·=申請專利範圍第工項所述之薄膜電晶體， 括複數接觸孔。 /、中该鈍化層包 7·利範圍第6項所述之薄膜電晶體，其中 進一步設置有一金屬層圖案， 以鈍化層上 與該閘極、源極及汲極^接觸案错由該複數接觸孔 8.如申请專利範圍第1項所述之薄膜電晶I#， 明且不可繞絲底。仪雜$日日體’財，該基底為透 14 ^ 08 1304655 正替换頁| 方法，其包括以下步驟：… 挺供-基底，其上形成—半導. 於該半導體層上沈積氧化矽形士 具預定圖案緣層; 以=下==，使部份_緣層 沒極及通道區域；、”仏體勒進行錄雜，形成源極 於該閑極、源極、汲極 化層介電常數小於介m塗—鈍化層’該純 10.如申請專利範圍第9項 二電日2 閘極絕緣層材質為氧化石夕材質賴电曰曰體㈣方法，其中，該 策丙^ 丁鍤、虱物、矽氧碳氫化合物、多孔聚矽氨烷、 括蝕㈣π ’進一步包 13ί^ίίΐ=2項所述之薄膜電晶體製造方法，其中，對 方式。 括於該鈍化層上圍：以， 16ίΧ?Η^Γ 15賴述之薄製造綠，其中，該 ^屬層圖—由該接觸孔與該閘極觸。 基底為透明且不可繞性基底。 15 1304655 ^ > 十一、圖式： 97. 8 . 08
16
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