TW554539B - Thin film transistor source/drain structure and manufacturing method thereof - Google Patents

Description

554539 五、發明說明（1) 一'- 5 - 1發明領域： 本务明係關於一種薄膜電晶體源極/沒極結構與形成 % /特別是有關於—種具有三明治結構之薄膜電晶體得 極/汲極與形成方法。 取椒 一 2發明背景： 消費性或資訊電子產品對於具有高解析度之顯 „晶顯示器產業的技術發展。⑯晶顯示= 的尺寸可精由引用超大型積體電路： 晶顯示器周邊或直接進入液晶顯版k藏動電路於液 置的驅動電路移人液晶顯示器内可^小$控制°將外部配 寸、製知複雜&、製程步驟以及液晶顯示器的成本。邊尺 薄膜電晶體是液晶顯示器的基本元 、 器必須持續不斷改良m、薄膜電晶體通常==示 透光的底材上、’例如石英、玻璃或甚至塑膠上。薄膜雷曰 體主要係用作為使液晶顯示器像素驅動開關。提高薄= 晶體之電子傳遞速率（Electron M〇bi1Uy)為改、電 電晶體的重要課題，因為提高薄膜電晶體之電子傳寻广 即可提升薄膜電晶體的開關速度。具有高電子傳；f率 功率降低及薄膜電晶體反應時間縮短。同時為了 4耗的 ' 進一步提 薄膜電晶體玎使液晶顯示器螢幕尺寸易於控制：、占^之

第5頁 554539 五、發明說明（2) * 高液晶顯示器螢幕解析度，製作於透光的底材上的薄膜電 晶體必須具備與製作於螢幕邊緣的驅動電路接近的電子傳 遞速率。也就是說，整個螢幕的電晶體包含螢幕的薄膜電 晶體與驅動電路的電晶體必須具備大致相同的性能表現。 而言，薄膜電 延遲時間必須 由於液晶顯不 製程與所用材 製程與所用材 所使用的材料 器。舉例來說 達約1 8微歐姆 液晶顯示器的 對於大面板尺寸高解析度的液晶顯示器 晶體之 RC( Resistance and Capacitance) 更低，也就是薄膜電晶體的電阻越低越好。 器製程較特殊，薄膜電晶體的源極與汲極的 料比傳統積體電路中電晶體的源極與〉及極的 料更加關鍵。傳統薄膜電晶體的源極與汲極 仍不能滿足大面板尺寸高解析度的液晶顯示 ，常用的源極與汲極材料為鉻，其電阻率高 (// Ω )，顯然不符大面板尺寸高解析度的 要求，有進一步改進的必要。 有鑑於上述的問題，因此非常有必要提出一種新穎的 薄膜電晶體源極/汲極結構與形成方法，使得上述傳統薄 膜電晶體的源極與汲極的問題能被解決，而這正是本發明 提出的目的。 5 - 3發明目的及概述： 本發明之一目的為提供一種具有三明治結構之低電阻

第6頁 554539 五、發明說明（3) 率薄膜電晶體源極/汲極。 本發明之又一目的為提供一種新穎可靠的薄膜電晶體 源極/汲極結構。 本發明之另一目的為提供一種低成本高效率的薄膜電 晶體源極/汲極結構與形成方法。 構， 於該 半導 層上 於該 該第 層、 開口 晶體 一導體層、該第二 露出該第一半導體 極/沒極。 為了達成上述之目的， 該薄膜電晶體結構包含 透明絕緣底材上、一介 體層於該介電層上、一 、一第一導體層於該第 第一導體層上以及一第 二半導體層為薄膜電晶 該第 以暴 之源 本發明提出一種薄膜電晶 一透明絕緣底材、一導體 電層覆蓋該導體閘極、一 第二半導體層於該第一半 二半導體層上、一第二導 三導體層於該第二導體層 體之通道。另外該第二半 導體層與該第三導體層具 層，而該第二導體層為薄 體結 閘極 第一 導體 體層 上。 導體 有一 膜電 形成本發明薄膜電晶體結構的方法，則包含下列步驟 。首先提供一底材，該底材上具有一導體閘極、一介電層 覆蓋該導體閘極、一第一半導體層於該介電層上與一第二 半導體層於該第一半導體層上，該第二半導體層為薄膜電 晶體之通道。接著沈積一第一導體層覆蓋該第二半導體層

第7頁 D4539 五、發明說明（4) -----—------. 芸3 ^ 一半導體層與該介電層。然後沈積一第二導體層覆 層。最 ¥體層。接著沈積一第三導體層覆蓋該第二導體 :該第，，移一開口圖案至該第三導體層、該第二導體層 層。 導體層與該第二半導體層以暴露出該第一半導體 並非限i有：發明的簡單說明及以下的詳細說明僅為範例 廉七人丄八他不脫離本發明之精神的等效改變或修飾均 應包含在的本發明的專利範圍之内。勺

5 4發明的詳細說明： 八士敕此:須說明的是以下描述之製程步驟及結構並不包 =兀整之製程。本發明可以藉各種積體電路製程技術來實 施，在此僅提及瞭解本發明所需之製程技術。 以下將根據本發明所附圖示做詳細的說明，請注意圖 示均為簡單的形式且未依照比例描繪，而尺寸均被誇大以 利於瞭解本發明。 參考第一A圖所示，顯示一具有一導體層1〇2、一介電 層104於其上之底材1〇〇。底材1〇〇包含透光底材例如石英 與玻璃。導體層102包含一金屬層，此金屬層以鋁歛氮合 金（AINdN )或銘歛合金（AINd )較佳。導體層1〇2以物理

第8頁 554539 五、發明說明（5) = 較佳’尤其是濺鍍法（Sputtering)。以 kgon)離子力、j A 1吏用鋁鈥合金作為濺鍍靶材，以氬（ •敛氮二 == 敍上合金㈣並同時…^ 上，則亦使用銘敍合全作為。///成紹敛合金於底材100 加速A擊紹斂合金乾材，= = = =材、，以氬（Ars〇n)離子 為了形成所需的@牵 ：、、’ 13金沈積於底材1 0 〇上。 1。刚形成如第二圖影，刻製程將導體層 化㈣，此氮”層以電 學=;包二 〇導體®〗η 9後田从& μ 子孔和凡積法沈積較佳 守筱層1 U2係用作為薄膜電晶體閘極。 第：Β圖所不’ _示一半導體層106與-半導體声 108依序形成於介電層104上。半 ν體曰 ^ (Hydr〇genated Wphout ^ π V/^ 非晶石夕層以電聚輔助化學氣相沈積法沈積較佳“。半 =以一Ν型非晶石夕層較佳’ Μ型非晶石夕層以電聚+輔導助體化層 干氟相沈積法沈積較佳。為了形成 ^ 微影與蝕刻製程將半導體層i 06與半、θ心二須利用 第一 Β圖所示之圖案。 h體層1〇8餘刻形成如 « 參考第-c圖所示’顯示一導體層11〇 與一導體層Π4依序形成於第一B圖所示之結構上。二 層11。包含一金屬層，此金屬層以—銘鉉氮 ： ，此導體層UG以物理氣相沈積法沈積較佳，尤其是錢

第9頁 554539 五、發明說明（6) 法。以鋁歛氮合金為☆丨 氬離子加二吏歛合金作為姆材，以 合金沈積於第一 並同時通广氮氣，將銘斂氮 約35。埃較佳。導體；之;八構上:：：體層110的厚度以 =金⑴二)較佳，此：體3層112丄 。乂 i體Ϊ/μΊ鑛法今。•體層112的厚度以約2500埃較佳 αιν"ν)^ 骑Μ θ t 層14以物理氣相沈積法沈積較佳， 鍍乾Ξ if呂敍氮合金為㈣，使用紹斂合金作為藏 s虱離子加速轟擊鋁斂合金靶材並同時通入氮氣 。而導體層U4的厚度以約35G埃較佳。 係 =二膜電晶體之源極"及極，而導體層"〇係；作2為〜 政阻障層，用以防止導體層112與半導體層1〇8間 ίΐ政洛並造成spiking現象而影響元件的可靠性。而導 二層⑴係用作為黏著層（GlueLayer)，用以保護= 曰、2使其免於被過度蝕刻同時避免源極的電子遷移現象 ’並且可防止導體層丨12與後續形成之IT〇導電玻璃直接接 觸而產生原子交互作用並影響元件的可靠性。此外，導體 層110、導體層112與導體層114可由物理氣相沈積法於同 一製程室中形成。 參考第一D圖所示，顯示導體層11〇、導體層112、導 體ΐ 11 4與半導體層1 〇 6被以傳統之微影與蝕刻製程蝕刻以 暴路出半導體層丨08的結果。與傳統薄膜電晶體源極/汲極.

第10頁 )M539 五、發明說明（7) __ 結構與形成、 、 銘“金三=:發明利用鋁鉞氮合金/鋁鈥合金/ 靠度高與低電；：乍為薄膜電晶體源極/汲極具有可 姆（“ ) L=點。銘鈥合金的電阻率為約4微歐 電阻率低甚，#、、克的源極與汲極材料鉻高達約18微歐姆 於大=遲時間可大幅降低1此可應： 程。此：I t : 上）高解析度的液晶顯示器製 匕夕卜，由於缚膜電晶體之閑極、源極/没極所用較佳， 材枓均為鋁鈥合金，因此製程可簡化而成本可降低。 上述有關發明的詳細說明僅為範例並非限制。其他 脫離本發明之精神的等效改變或修飾均應包含在的^ _ .的專利範圍之内。 久

554539 圖式簡單說明 圖式的簡單說明： 為了能讓本發明上述之其他目的、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： 第一A圖顯示一具有一導體層、一介電層於其上之底 材； 第一B圖顯示依序形成兩導體層於第一A圖所示之介電 層上的結果； 第一C圖顯示依序形成三導體層於第一B圖所示之結構 上的結果；及 第一D圖顯示第一C圖所示之三導體層與半導體層被蝕 刻以暴露出另一半導體層的結果。 主要部分之代表符號： 1 0 0底材 102導體層 1 0 4介電層 106半導體層 108半導體層

554539 圖式簡單說明 110導體層 112導體層 114導體層 Ι11«1·ΙΙ 第13頁

Claims (1)

1. 554539 六、申請專利範圍 申請專利範圍： 含 包 少 至 構 結 體 晶 電 膜 薄 該 構 結 體； 晶材 電底 膜緣 薄絕 種明 一透 材 底 ·， 緣極 絕閘 明體 透導 該該 於蓋 極覆 閘層 體電 導介 •，體 上導 層半 電一 介第 亥亥 =口 士一口 於於 體體 導導 半半 一二 第第 為 層 體 導 半二 第 該 • ’第 道該 通於 之層 體體 晶導 電一 膜第 薄 一 第第 亥亥 =口=口 於於 體體 導導 二三 第第 層 體 導 半二 第 該 中 ; 及其It 一 · > 5 層上上 體層層 導體體 半導導 A 口體 開 日0B 一 電 有膜 具薄 層為 體層 導體 三導 第二 該第 與該 層而 體， 導層 二體 第導 該半，一 ο 層第¾ 體該“^ ^ 一露極 第暴源 該以之 第含 圍包 範極 利閘 專體 請導 申該 如之 2·述 中 其 構 結 體 晶 ^ul 膜 薄 之 述 所 項 金 合 鈥 鋁 極 層 化 氮 第一 圍含 从犯包 利層 請介 申該 如之 3.述 構 結 體 晶 ^¾ ^H 膜 薄 之 述 所 項 上 中 其 JL 含 1包 第層 圍體 範導 利半 專一 請第 申該 如之 4·述 構 結 體 晶 電 膜 薄 之 述 所 項 層 晶 tr 化 氮 上 中 其

   第14頁 554539 六、申請專利範圍 5. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體結構，其中上 述之該第二半導體層包含一N型非晶矽層。 6. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體結構，其中上 述之該第一導體層阻止該第二導體層與該第二半導體層間 擴散互溶。 7. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體結構，其中上 述之該第三導體層作為一黏著層並保護該第二導體層使其 免於被過度蝕刻。 8· —種 一透明 一導體 一介電 一第一 一第二 薄膜電 一第一 一铭歛 體層、 氮合金 薄膜電晶體結構，該薄膜電晶體結構至少包含： 絕緣底材； 閘極於該透明絕緣底材上； 層覆蓋該導體閘極； 半導體層於該介電層上； 半導體層於該第一半導體層上，該第二半導體層為 晶體之通道； 9 鋁鈥氮合金層於該第二丰導體層上； 合金層於該第一紹敍氮合金層上；及 鋁鈥氮合金層於該鋁鈥合金層上，其中該第二半導 該第一鋁鈥氮合金層、該鋁鈥合金層與該第二鋁鈥 層具有一開口以暴露出該第一半導體層，而該鋁鈥

   第15頁 554539 六、申請專利範圍 合金層為薄膜電晶體之源極/汲極。 9.如申請專利範圍第8項所述之薄膜電晶體結構，其中上 述之該第一铭鈥氮合金的厚度以約3 5 0埃較佳。 1 0.如申請專利範圍第8項所述之薄膜電晶體結構，其中上 述之該铭鈥合金層的厚度以約2 5 0 0埃較佳。 第 圍 範 利 專 請 申 如 第 該 之 述 上 中 其 構 結 體 晶 ^s 膜 薄 之 述度 所厚 項的 金 合 氣 鈥 鋁 佳 較 埃 ο 5 3 約 以 _ 構 結 體 晶 ^¾ 膜 薄 該 法 方 成 形 的 構 結 體 晶 電 膜 薄 C.BC- 種 驟 步 列 下 含 包 少 至 法 方 成 形 的 該體之 蓋導體 覆半晶 層二電 電第膜 介一薄 一 與為 、上層 極層體 閘電導 體介半 導該二 一於第 有層該 具體， 上導上 材半層 底一體 該第導 ，一半 材、一 底極第 一閘該 供體於 提導層 層 體 導 半 1 第 該 層 體 導 半 二 第 該 蓋 覆 層 體 導 1 第 ·， 一 道積 通沈 層 電 介 該 與 及 層層 體體 導導 一二 第第 亥亥 =口 >0 蓋蓋 覆覆 層層 體體 導導 二三 第第 1 1 積積 沈沈 _ 第 該。 、 層 層體 體導 導半 二一 第第 亥亥 =口 、 出 層露 體暴 導以 三層 第體 該導 至半 案二 圖第 口該 開與 一 層 移體 轉導

   第16頁 554539 六、申請專利範圍 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項所述之薄膜電晶體結構的形成 方法，其中上述之該第一導體層、該第二導體層與該第三 導體層係由物理氣相沈積法於同一製程室中形成。 14· 一種薄膜電晶體結構的形成方法’該〉專膜電晶體結構 的形成方法至少包含下列少驟： 提供一底材，該底材上具有/導體閘極、一 ；|電層覆盍该 導體閘極、一第一半導體廣於該介電層上與一第二半導體 層於該第一半導體層上，該第二半導體層為薄膜電晶體之 通道； 沈積一第一鋁鈥氮合金層覆蓋該第二半導體層、該第一半 導體層與該介電層； 沈積一鋁鈥合金層覆蓋該第一導體層； 沈積一第二鋁鉉氮合金層覆蓋該第二導體層；及 轉移一開口圖案至該第二鋁鈥氮合金層、該鋁鈦合金層、 該第一鋁鈥氮合金層與該第二半導體層以暴露出該第一半 導體層。 1 5 ·如申請專利範圍第1 4項所述之薄膜電晶體結構的形成 方法，其中上述之該第一鋁鈥氮合金層與該第二鋁鈥氮合I· 金層係以銘鉉合金作為錢鐘輕材，以氬離子加速轟擊鋁鈦 合金靶材並同時通入氮氣而形成。 16·如申請專利範圍第14項所述之薄膜電晶體結構的形成

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