TWI474409B - 薄膜電晶體及其製作方法及顯示器 - Google Patents
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Description
本發明有關於一種薄膜電晶體，且特別是有關於一種底閘極薄膜電晶體。
隨著顯示科技的日益進步，人們藉著顯示器的輔助可使生活更加便利，為求顯示器輕、薄之特性，促使平面顯示器(flat panel display，FPD)成為目前的主流。在諸多平面顯示器中，液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)具有高空間利用效率、低消耗功率、無輻射以及低電磁干擾等優越特性，因此，液晶顯示器深受消費者歡迎。
液晶顯示器主要是由主動陣列基板、彩色濾光基板與位於兩基板之間的液晶層所構成。主動陣列基板具有主動區以及週邊電路區。主動陣列係位於主動區內，而具有多個底閘極薄膜電晶體的驅動電路則位於週邊電路區內。
於習知技術中，底閘極薄膜電晶體的製程會遭遇到一些問題，例如在形成源極與汲極時，容易損傷位於其下的主動層，以致於背通道受損。
本發明一實施例提供一種薄膜電晶體的製作方法，包括：提供一基板；於基板上形成一閘極以及一閘絕緣層覆蓋閘極；於閘絕緣層上形成一主動層，其中主動層位於閘極上方；於閘絕緣層上形成一絕緣金屬氧化物層覆蓋主動層，其中絕緣金屬氧化物層包含一第一金屬的金屬氧化物；於絕緣金屬氧化物層上形成一金屬層，金屬層係覆蓋主動層，其中金屬層包括一不同於第一金屬的第二金屬；於金屬層上形成一源極與一汲極，源極與汲極係位於主動層上且以一溝槽分隔於閘極之相對兩側，溝槽暴露出部分金屬層；移除溝槽暴露出的金屬層，以暴露出部分絕緣金屬氧化物層；以及對金屬層與絕緣金屬氧化物層進行一退火製程，以使金屬層與絕緣金屬氧化物層反應而形成一導電性複合金屬氧化物層，其包含第一金屬與第二金屬，其中導電性複合金屬氧化物層係電性連接主動層與源極、以及電性連接主動層與汲極。
本發明一實施例提供一種薄膜電晶體的製作方法，包括：提供一基板；於基板上形成一閘極以及一閘絕緣層覆蓋閘極；於閘絕緣層上形成一主動層，其中主動層位於閘極上方；於閘絕緣層上形成一絕緣金屬氧化物層覆蓋主動層，其中絕緣金屬氧化物層包含一金屬的金屬氧化物；於絕緣金屬氧化物層上形成一罩幕層，罩幕層具有一第一開口與一第二開口分別暴露出絕緣金屬氧化物層的一第一部分與一第二部分，第一部分與第二部分分別位於閘極之相對兩側上方；進行一退火製程，以將第一部分與第二部分分別還原成一第一導電部與一第二導電部，第一導電部與第二導電部的材質為金屬或是一氧含量低於絕緣金屬氧化物層的導電金屬氧化物；移除罩幕層；以及於第一導電部與第二導電部上分別形成一源極與一汲極。
本發明一實施例提供一種薄膜電晶體，包括：一基板；一閘極，配置於基板上；一閘絕緣層，配置於基板上並覆蓋閘極；一主動層，配置於閘絕緣層上並位於閘極上方；一保護導電層，配置於主動層上，且具有分別位於閘極之相對兩側的一第一導電部與一第二導電部，第一導電部與第二導電部以一溝槽分隔，其中保護導電層係為一含有一第一金屬的金屬層、一含有第一金屬的金屬氧化物層、或是一同時包含第一金屬與一第二金屬的導電性複合金屬氧化物層；一絕緣金屬氧化物層，配置於主動層上，且位於溝槽中，以電性隔離第一導電部與第二導電部，其中絕緣金屬氧化物層係為一含有第一金屬的金屬氧化物層；以及一源極與一汲極，分別配置於第一導電部與第二導電部上。
以下將詳細說明本發明實施例之製作與使用方式。然應注意的是，本發明提供許多可供應用的發明概念，其可以多種特定型式實施。文中所舉例討論之特定實施例僅為製造與使用本發明之特定方式，非用以限制本發明之範圍。此外，在不同實施例中可能使用重複的標號或標示。這些重複僅為了簡單清楚地敘述本發明，不代表所討論之不同實施例及/或結構之間具有任何關連性。再者，當述及一第一材料層位於一第二材料層上或之上時，包括第一材料層與第二材料層直接接觸或間隔有一或更多其他材料層之情形。在圖式中，實施例之形狀或是厚度可擴大，以簡化或是方便標示。再者，圖中未繪示或描述之元件，為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形式。
第1A圖至第1D圖繪示本發明一實施例之薄膜電晶體的製程剖面圖。請參照第1A圖，提供一基板110，例如一玻璃基板。接著，於基板110上形成一閘極120以及一閘絕緣層130覆蓋閘極120。在一實施例中，閘極120的材質可包括鋁(Al)與鉬(Mo)、或是其他適合的導電材料。閘絕緣層130的材質例如為二氧化矽或是其他具有高介電常數的介電材料。
然後，於閘絕緣層130上形成一主動層140，其中主動層140位於閘極120上方。主動層140的材質例如為銦鎵鋅氧化物(IGZO，indium-gallium-zinc-oxide)、或是其他適於作為主動層的半導體材料。
之後，於閘絕緣層130上形成一絕緣金屬氧化物層150覆蓋主動層140，其中絕緣金屬氧化物層150包含一第一金屬的金屬氧化物，例如氧化鋁。形成絕緣金屬氧化物層150的方法例如為在濺鍍金屬的同時通入氧氣以直接將金屬氧化物鍍在主動層140上。絕緣金屬氧化物層150的厚度T1例如約為100埃至300埃。在一實施例中，絕緣金屬氧化物層150的厚度T1約為150埃至250埃。
接著，於絕緣金屬氧化物層150上形成一金屬層160，金屬層160係覆蓋主動層140，其中金屬層160包括一不同於第一金屬的第二金屬。金屬層160的材質例如為鈦、或是其他適合的金屬材料。
然後，可選擇性地於金屬層160上形成一保護導電層170，保護導電層170包括位於主動層140上的一源極172、一汲極174以及一位於源極172與汲極174之間的分隔部176，其中源極172與汲極174分別位於閘極120之相對兩側。保護導電層170的材質可包括鋁、鉬、鈦、銅、或是其他適合的導電材料。在本實施例中，保護導電層170的材質包括鋁與鉬。之後，於保護導電層170上形成一光阻層P覆蓋源極172與汲極174，並暴露出分隔部176。
之後，請同時參照第1A圖與第1B圖，以光阻層P為罩幕進行一濕式蝕刻製程，以移除分隔部176並暴露出部分金屬層160。詳細而言，移除分隔部176之後會在源極172與汲極174之間留下一溝槽178，且溝槽178暴露出部分金屬層160。在一實施例中，金屬層160為一鈦層，由於濕式蝕刻製程不易蝕刻鈦，因此，金屬層160可作為濕式蝕刻製程的蝕刻停止層。
接著，請參照第1C圖，可選擇性地以源極172與汲極174為罩幕，進行一乾式蝕刻製程，以移除溝槽178暴露出的金屬層160，進而暴露出部分絕緣金屬氧化物層150。
然後，請參照第1D圖，對金屬層160與絕緣金屬氧化物層150進行一退火製程，以使金屬層160與絕緣金屬氧化物層150反應而形成一導電性複合金屬氧化物層180。退火製程的製程溫度例如約為300℃至700℃，製程時間例如為30分鐘以上。
詳細而言，由於導電性複合金屬氧化物層180係由包含第一金屬的絕緣金屬氧化物層150與包含第二金屬的金屬層160反應而成，因此，導電性複合金屬氧化物層180為一同時包含第一金屬與第二金屬的導電層。在一實施例中，第一金屬為鋁，絕緣金屬氧化物層150為氧化鋁(Al2
O3
)層，第二金屬為鈦，導電性複合金屬氧化物層180為鈦鋁氧化物(TiAl2
O5
)層。
導電性複合金屬氧化物層180係電性連接主動層140與源極172、以及電性連接主動層140與汲極174。詳細而言，導電性複合金屬氧化物層180具有分別位於閘極120之相對兩側的一第一導電部182與一第二導電部184，且第一導電部182與第二導電部184以一溝槽186分隔，其中絕緣金屬氧化物層150位於溝槽186中，以電性隔離第一導電部182與第二導電部184。源極172與汲極174分別位於第一導電部182與第二導電部184上。金屬層160位於第一導電部182與源極172之間、以及位於第二導電部184與汲極174之間。
在一實施例中，源極172與汲極174的長度大致與所對應之金屬層160相同。詳細而言，源極172的長度大致相同於金屬層160之位於第一導電部182與源極172之間的部份的長度。汲極174的長度大致相同於金屬層160之位於第二導電部184與汲極174之間的部份的長度。在一實施例中，主動層140之長度係小於閘極120之長度。
值得注意的是，由於導電性複合金屬氧化物層180(例如鈦鋁氧化物)的導電性質接近半導體，故可與同為半導體材質的主動層140的接觸阻抗相匹配，故可良好地電性連接主動層140與源極172(或汲極174)。
此外，絕緣金屬氧化物層150之與金屬層160相鄰的部份必須完全反應成導電性複合金屬氧化物層180以電性連接主動層140與源極172(或汲極174)，但是金屬層160並不一定要完全反應成導電性複合金屬氧化物層180。第1D圖是繪示金屬層160並未完全反應的實施例，但不限於此，在其他實施例中，如第2圖所示，金屬層160可完全反應成導電性複合金屬氧化物層180。
由前述可知，本實施例是利用金屬層160作為蝕刻分隔部176時的蝕刻停止層，以保護其下的絕緣金屬氧化物層150與主動層140。因此，本實施例可避免習知因直接蝕刻掉分隔部以至於損害其下的主動層的問題。並且，在移除金屬層160時利用絕緣金屬氧化物層150作為保護層，以保護位於絕緣金屬氧化物層150下的主動層140。之後，利用退火製程使絕緣金屬氧化物層150之連接主動層140與源極172的部份、以及連接主動層140與汲極174的部份與金屬層160反應而形成導電性複合金屬氧化物層180，以電性連接主動層140與源極172、以及電性連接主動層140與汲極174。
第3A圖至第3C圖繪示本發明另一實施例之薄膜電晶體的製程剖面圖。在另一實施例中，請參照第3A圖，可在形成金屬層160之前，在絕緣金屬氧化物層150上沉積一界面層190，界面層190包含第一金屬與第二金屬的氧化物，界面層190例如包括鈦鋁氧化物(Ti0.2
Al0.8
OX
，TAO，其中0.2≦X<1.4)。之後，可在界面層190上形成金屬層160、源極172、與汲極174。
然後，請參照第3B圖，可移除溝槽178暴露出的金屬層160以及位於溝槽178下方的界面層190。之後，請參照第3C圖，對金屬層160、界面層190、與絕緣金屬氧化物層150進行一退火製程，以使金屬層160、界面層190、與絕緣金屬氧化物層150反應而形成一導電性複合金屬氧化物層180。
第4A圖至第4D圖繪示本發明另一實施例之薄膜電晶體的製程剖面圖。值得注意的是，本實施例的元件相同於第1A圖至第1G圖的實施例的元件者，材質、結構與製作方法相同，因此，於此不再贅述。
首先，請參照第4A圖，提供一基板110。接著，以相同於第4A圖的方法，在基板110上依序形成一閘極120、一閘絕緣層130、以及一主動層140。然後，於閘絕緣層130上形成一絕緣金屬氧化物層410覆蓋主動層140，其中絕緣金屬氧化物層410包含一金屬的金屬氧化物。
形成絕緣金屬氧化物層410的方法例如為在濺鍍金屬的同時通入氧氣以直接將金屬氧化物鍍在主動層140上。在一實施例中，金屬為銅、鉬、或鋁，絕緣金屬氧化物層410為一氧化銅層、一氧化鉬層、或是一氧化鋁層。
接著，於絕緣金屬氧化物層410上形成一罩幕層420，罩幕層420具有一第一開口422與一第二開口424分別暴露出絕緣金屬氧化物層410的一第一部分412與一第二部分414。第一部分412與第二部分414分別位於閘極120之相對兩側上方。罩幕層420的材質例如為光阻材料或是適合的有機材料。
然後，請參照第4B圖，例如在一低壓環境中進行一退火製程，以將第一部分412與第二部分414分別還原成一第一導電部412a與一第二導電部414a。低壓環境的壓力例如是小於100毫托耳。退火製程的溫度例如約100℃至400℃。
詳細而言，本實施例是藉由退火製程移除第一部分412與第二部分414所具有的氧分子，以形成導電度較高的第一導電部412a與第二導電部414a，其中第一導電部412a與第二導電部414a的材質可為金屬或是一氧含量低於絕緣金屬氧化物層410的導電金屬氧化物。
值得注意的是，在進行退火製程之後，對於絕緣金屬氧化物層410而言，只有罩幕層420暴露出的部分(第一部分412與第二部分414)才會轉變成具有導電性質的第一導電部412a與第二導電部414a，其餘被罩幕層420遮蔽的部分由於氧分子並未被移除故依然保有絕緣的性質。因此，絕緣金屬氧化物層410之保有絕緣的性質的部分可分隔於第一導電部412a與第二導電部414a之間，以使第一導電部412a與第二導電部414a電性絕緣。
之後，請參照第4C圖，移除罩幕層420。然後，請參照第4D圖，於第一導電部412a與第二導電部414a上分別形成一源極172與一汲極174。源極172與汲極174的形成方法可類似於第1A圖與第1B圖所示的形成方法。
由前述可知，本實施例是藉由在主動層140上形成絕緣金屬氧化物層410，並以罩幕層420搭配退火製程的方式將絕緣金屬氧化物層410之預定連接源極172與汲極174的部份還原成第一導電部412a與第二導電部414a，以電性連接主動層140與源極172、以及電性連接主動層140與汲極174。在退火製程之後，絕緣金屬氧化物層410之保有絕緣特性的部份可分隔於第一導電部412a與第二導電部414a之間，且可作為形成源極172與汲極174時的保護層。
值得注意的是，雖然前述多個實施例是以具有底閘極結構的薄膜電晶體為例作說明，但本發明不限於此，舉例來說，本發明之薄膜電晶體結構與製作方法亦可應用在具有頂閘極結構的薄膜電晶體上。
第5圖繪示本發明一實施例之顯示器的剖面圖。請參照第5圖，本實施例之顯示器500包括一薄膜電晶體基板510、一基板520以及一夾於薄膜電晶體基板510與基板520之間的顯示介質530。薄膜電晶體基板510可為前述第1D圖、第2圖、第3C圖與第4D圖所示之薄膜電晶體基板，顯示介質530可為液晶層或有機發光層。基板520例如為彩色濾光基板或是透明基板。
綜上所述，本發明是利用金屬層作為蝕刻分隔部時的蝕刻停止層，以保護其下的絕緣金屬氧化物層與主動層。並且，在移除金屬層時利用絕緣金屬氧化物層作為保護層，以保護位於絕緣金屬氧化物層下的主動層。之後，利用退火製程使絕緣金屬氧化物層與金屬層反應而形成導電性複合金屬氧化物層，以電性連接主動層與源極、以及電性連接主動層與汲極。
由前述可知，本發明是藉由在主動層上形成絕緣金屬氧化物層，並以罩幕層搭配退火製程的方式將絕緣金屬氧化物層之預定連接源極與汲極的部份還原成第一導電部與第二導電部，以電性連接主動層與源極、以及電性連接主動層與汲極。在退火製程之後，絕緣金屬氧化物層之保有絕緣特性的部份可分隔於第一導電部與第二導電部之間，且可作為形成源極與汲極時的保護層。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，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。
110．．．基板
120．．．閘極
130．．．閘絕緣層
140．．．主動層
150、410．．．絕緣金屬氧化物層
160．．．金屬層
170．．．保護導電層
172．．．源極
174．．．汲極
176．．．分隔部
178、186．．．溝槽
180．．．導電性複合金屬氧化物層
182．．．第一導電部
184．．．第二導電部
190．．．界面層
412．．．第一部分
412a．．．第一導電部
414．．．第二部分
414a．．．第二導電部
420．．．罩幕層
422．．．第一開口
424．．．第二開口
500．．．顯示器
510．．．薄膜電晶體基板
520．．．基板
530．．．顯示介質
P．．．光阻層
T1．．．厚度
第1A圖至第1D圖繪示本發明一實施例之薄膜電晶體的製程剖面圖。
第2圖繪示本發明另一實施例之薄膜電晶體的製程剖面圖。
第3A圖至第3C圖繪示本發明另一實施例之薄膜電晶體的製程剖面圖。
第4A圖至第4D圖繪示本發明另一實施例之薄膜電晶體的製程剖面圖。
第5圖繪示本發明一實施例之顯示器的剖面圖。
110．．．基板
120．．．閘極
130．．．閘絕緣層
140．．．主動層
150．．．絕緣金屬氧化物層
160．．．金屬層
172．．．源極
174．．．汲極
178、186．．．溝槽
180．．．導電性複合金屬氧化物層
182．．．第一導電部
184．．．第二導電部
Claims (25)
- 一種薄膜電晶體的製作方法，包括：提供一基板；於該基板上形成一閘極以及一閘絕緣層覆蓋該閘極；於該閘絕緣層上形成一主動層，其中該主動層位於該閘極上方；於該閘絕緣層上形成一絕緣金屬氧化物層覆蓋該主動層，其中該絕緣金屬氧化物層包含一第一金屬的金屬氧化物；於該絕緣金屬氧化物層上形成一金屬層，該金屬層係覆蓋該主動層，其中該金屬層包括一不同於該第一金屬的第二金屬；於該金屬層上形成一源極與一汲極，該源極與該汲極係位於該主動層上且以一溝槽分隔於該閘極之相對兩側，該溝槽暴露出部分該金屬層；移除暴露於該溝槽該金屬層，以暴露出位於該溝槽之該絕緣金屬氧化物層；以及對該金屬層與該絕緣金屬氧化物層進行一退火製程，以使該金屬層與該絕緣金屬氧化物層於彼此重疊處產生反應而形成一導電性複合金屬氧化物層，其包含該第一金屬與該第二金屬，其中該導電性複合金屬氧化物層係連接該主動層與該源極、以及連接該主動層與該汲極。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體的製作方法，其中該第一金屬為鋁，該絕緣金屬氧化物層為一氧化鋁層，該第二金屬為鈦，該導電性複合金屬氧化物層為 一鈦鋁氧化物層。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體的製作方法，其中形成該源極與該汲極的步驟包括：於該金屬層上形成一保護導電層，該保護導電層包括位於該主動層上的一源極、一汲極以及一位於該源極與該汲極之間的分隔部；於該保護導電層上形成一光阻層覆蓋該源極與該汲極，並暴露出該分隔部；以及以該光阻層為罩幕進行一濕式蝕刻製程，以移除該分隔部並暴露出部分該金屬層。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體的製作方法，其中移除該溝槽暴露出的該金屬層的步驟包括：以該源極與該汲極為罩幕，進行一乾式蝕刻製程。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體的製作方法，其中在形成該金屬層之前，該製作方法更包括：在該絕緣金屬氧化物層上形成一界面層，該界面層包含該第一金屬與該第二金屬的氧化物，其中移除該溝槽暴露出的該金屬層的步驟更包括：移除位於該溝槽下方的該界面層。
- 一種薄膜電晶體的製作方法，包括：提供一基板；於該基板上形成一閘極以及一閘絕緣層覆蓋該閘極；於該閘絕緣層上形成一主動層，其中該主動層位於該閘極上方；於該閘絕緣層上形成一絕緣金屬氧化物層覆蓋該主動 層，其中該絕緣金屬氧化物層包含一第一金屬的金屬氧化物；於該絕緣金屬氧化物層上形成一罩幕層，該罩幕層具有一第一開口與一第二開口分別暴露出該絕緣金屬氧化物層的一第一部分與一第二部分，該第一部分與該第二部分分別位於該閘極之相對兩側上方；進行一退火製程，以將該第一部分與該第二部分分別還原成一第一導電部與一第二導電部，該第一導電部與該第二導電部的材質為該第一金屬或是一氧含量低於該絕緣金屬氧化物層的導電金屬氧化物；移除該罩幕層；以及於該第一導電部與該第二導電部上分別形成一源極與一汲極。
- 如申請專利範圍第6項所述之薄膜電晶體的製作方法，其中進行該退火製程的步驟包括：於一低壓環境中進行該退火製程。
- 如申請專利範圍第7項所述之薄膜電晶體的製作方法，其中該低壓環境的壓力小於100毫托耳。
- 如申請專利範圍第6項所述之薄膜電晶體的製作方法，其中該退火製程的溫度約100℃至400℃。
- 一種薄膜電晶體，包括：一基板；一閘極，配置於該基板上；一閘絕緣層，配置於該基板上並覆蓋該閘極；一主動層，配置於該閘絕緣層上並位於該閘極上方； 一保護導電層，配置於該主動層上，且具有分別位於該閘極之相對兩側的一第一導電部與一第二導電部，該第一導電部與該第二導電部以一溝槽分隔，其中該保護導電層係為一含有一第一金屬的金屬層、一含有該第一金屬的金屬氧化物層、或是一同時包含該第一金屬與一不同於該第一金屬的第二金屬的導電性複合金屬氧化物層；一絕緣金屬氧化物層，配置於該主動層上，且位於該溝槽中，以電性隔離該第一導電部與該第二導電部，其中該絕緣金屬氧化物層係為一含有該第一金屬的金屬氧化物層；以及一源極與一汲極，分別配置於該第一導電部與該第二導電部上。
- 如申請專利範圍第10項所述之薄膜電晶體，其中該絕緣金屬氧化物層的氧含量高於該保護導電層的氧含量。
- 如申請專利範圍第10項所述之薄膜電晶體，其中包含該第一金屬與該第二金屬的該導電性複合金屬氧化物層為一鈦鋁氧化物層。
- 如申請專利範圍第10項所述之薄膜電晶體，其中含有該第一金屬的該金屬氧化物層為一氧化銅層、一氧化鉬層、或是一氧化鋁層。
- 如申請專利範圍第10項所述之薄膜電晶體，其中含有該第一金屬的該金屬層為一銅層、一鉬層、或一鋁層。
- 如申請專利範圍第10項所述之薄膜電晶體，其中該第一金屬為銅、鉬、或鋁，且該絕緣金屬氧化物層為一 氧化銅層、一氧化鉬層、或是一氧化鋁層。
- 如申請專利範圍第10項所述之薄膜電晶體，其中該主動層的材質包括銦鎵鋅氧化物。
- 如申請專利範圍第10項所述之薄膜電晶體，其中當該保護導電層為包含該第一金屬與該第二金屬的該導電性複合金屬氧化物層時，該薄膜電晶體更包括：一金屬層，位於該第一導電部與該源極之間、以及位於該第二導電部與該汲極之間，該金屬層包括該第二金屬。
- 如申請專利範圍第17項所述之薄膜電晶體，其中該源極與該汲極的長度大致與所對應之該金屬層的長度相同。
- 如申請專利範圍第10項所述之薄膜電晶體，其中當該保護導電層為包含該第一金屬與該第二金屬的該導電性複合金屬氧化物層時，該第一金屬為鋁，該絕緣金屬氧化物層為一氧化鋁層，該第二金屬為鈦，該導電性複合金屬氧化物層為一鈦鋁氧化物層。
- 如申請專利範圍第10項所述之薄膜電晶體，其中該絕緣金屬氧化物層的厚度約為100埃至300埃。
- 如申請專利範圍第20項所述之薄膜電晶體，其中該絕緣金屬氧化物層的厚度約為150埃至250埃。
- 如申請專利範圍第10項所述之薄膜電晶體，其中該主動層之長度係小於閘極之長度。
- 一種顯示器，包括：一薄膜電晶體基板，係設有複數個如申請專利範圍第10項所述之薄膜電晶體； 一基板，與該薄膜電晶體基板相對設置；以及一顯示介質，形成於該薄膜電晶體基板與該基板之間。
- 如申請專利範圍第23項所述之顯示器，其中該顯示介質係為一液晶層。
- 如申請專利範圍第23項所述之顯示器，其中該顯示介質係為一有機發光層。
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