专利名称：薄膜晶体管及其制造方法
技术领域：
本发明是有关于一种薄膜晶体管及其制造方法，且特别是有关于一种具有氧化物半导体层的薄膜晶体管及其制造方法。
背景技术：
近来环保意识抬头，具有低消耗功率、空间利用效率佳、无辐射、高画质等优越特性的液晶显示面板(Liquid crystal display panels)已成为市场主流。以往，液晶显示面板大多采用非晶硅(a-Si)薄膜晶体管、或低温多晶硅 (Low-temperature polysilicon, LTPS)薄膜晶体管作为各个画素结构的开关组件。然而， 近年来，已有研究指出相较于非晶硅薄膜晶体管，氧化物半导体(oxide semiconductor) 薄膜晶体管具有较高的载子移动率(mobility)；并且，相较于低温多晶硅薄膜晶体管，氧化物半导体薄膜晶体管具有较佳的临界电压(threshold voltage，Vth)均勻性。因此，氧化物半导体薄膜晶体管有潜力成为下一代平面显示器的关键组件。一般而言，氧化物半导体薄膜晶体管的制造流程大致会使用到七道光罩制程。首先，使用第一道光罩制程，于基板上形成间极。然后，于基板上全面性地形成间绝缘层以覆盖闸极。接着，使用第二道光罩制程，于间极上方的间绝缘层上形成氧化物半导体层。再来， 使用第三道光罩制程，于部分的氧化物半导体层上形成蚀刻阻挡层。接着，于闸绝缘层、氧化物半导体层以及蚀刻阻挡层上形成介电层，且对于位于蚀刻阻挡层两侧的氧化物半导体层进行氢掺杂而使其转变成两奥姆接触层。之后，利用第四道光罩制程，于两奥姆接触层上方的介电层中形成两开口，而分别曝露出两奥姆接触层。再来，利用第五道光罩制程，于介电层上形成彼此电性绝缘的源极与汲极，且源极与汲极分别填入两开口中而与两奥姆接触层连接。然后，在基板上形成绝缘层以覆盖源极与汲极。之后，利用第六道光罩制程，于绝缘层上形成接触窗口以曝露出汲极。最后，利用第七道光罩，于基板上形成画素电极，此画素电极填入接触窗口而与汲极电性连接。于此，便完成习知氧化物半导体薄膜晶体管的制作。然而，上述的氧化物半导体薄膜晶体管的制作过程繁复、且制作成本高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种薄膜晶体管的制造方法，可简化薄膜晶体管的制程、并降低制作成本。本发明还提供一种薄膜晶体管，具有简单的结构、且制作成本低。本发明提供一种薄膜晶体管的制造方法。于基板上形成彼此电性绝缘的源极与汲极。于基板上同时形成图案化氧化物半导体层与画素半导体层，其中，图案化氧化物半导体层位于源极与汲极之间，画素半导体层位于画素电极预定区域。于图案化氧化物半导体层上形成图案化蚀刻阻挡层，图案化蚀刻阻挡层曝露出位于图案化蚀刻阻挡层两侧的部分的图案化氧化物半导体层。于基板上形成闸绝缘层，于形成闸绝缘层的过程中同时使被图案化蚀刻阻挡层所曝露出的部分图案化氧化物半导体层形成为两奥姆接触层、且使位于画素
4预定区域的画素半导体层形成为画素电极，画素电极与汲极电性连接，而两奥姆接触层分别与源极与汲极电性连接。于图案化氧化物半导体层上方的闸绝缘层上形成闸极。本发明提供一种薄膜晶体管，包括源极、汲极、图案化氧化物半导体层、图案化蚀刻阻挡层、闸绝缘层、闸极以及画素电极。图案化氧化物半导体层位于源极与汲极之间，图案化氧化物半导体层具有两奥姆接触层。图案化蚀刻阻挡层位于图案化氧化物半导体层上并曝露出奥姆接触层。间绝缘层覆盖图案化蚀刻阻挡层与图案化氧化物半导体层。间极位于图案化氧化物半导体层上方的间绝缘层上。画素电极经由奥姆接触层而电性连接汲极， 其中，画素电极、图案化氧化物半导体层与奥姆接触层为位置相同的膜层，且画素电极与奥姆接触层的材质相同。在本发明的一实施例中，上述的画素半导体层与图案化氧化物半导体层的材质相同、且选自于氧化铟镓锌(IGZO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟镓(IGO)、氧化锡(ZnO)、氧化镉、氧化锗(2Cd0 · GeO2)、氧化镍钴(NiCo2O4)及其组合。在本发明的一实施例中，上述的形成奥姆接触层与画素电极的方法包括于形成闸绝缘层的同时，对于图案化氧化物半导体层以及画素半导体进行氢掺杂。在本发明的一实施例中，上述的奥姆接触层与画素电极的材质是选自于含氢的氧化铟镓锌(IGZO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟镓(IGO)、氧化锡(ZnO)、氧化镉、氧化锗 (2Cd0 · GeO2)、氧化镍钴(NiCo2O4)及其组合。在本发明的一实施例中，上述的薄膜晶体管制造方法更包括于基板上形成彼此电性绝缘的源极与汲极的同时，于基板上形成数据线，且数据线与源极电性连接。在本发明的一实施例中，上述的薄膜晶体管制造方法更包括于图案化氧化物半导体层上方的闸绝缘层上形成闸极的同时，于基板上形成扫描线，且扫描线与闸极电性连接。在本发明的一实施例中，上述的薄膜晶体管的制造方法更包括于图案化氧化物半导体层上方的间绝缘层上形成间极之后，于基板上形成图案化保护层。图案化保护层具有多个接触窗开口，接触窗开口曝露出薄膜晶体管的扫描线的端部与资料线的端部，以使扫描线与数据线经由接触窗开口电性连接到外部驱动讯号提供源。在本发明的一实施例中，上述的源极、汲极与闸极的材质包括单一膜层的金属、 或复合膜层的金属。基于上述，在本发明的薄膜晶体管及其制造方法中，藉由形成闸绝缘层的同时，一并形成了奥姆接触层与画素电极，可在同一道步骤中同时降低图案化氧化物半导体层与画素半导体层的电阻值，能够简化薄膜晶体管的制程，且使薄膜晶体管具有极佳的电气特性。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
图IA至图IF为本发明的一实施例的薄膜晶体管制造流程的上视示意图。图2A至图2F为依次对应于图IA至图IF的线A_A’所绘示的薄膜晶体管制造流程的剖面示意图。主要组件符号说明
5100 薄膜晶体管 110 基板
122 图案化氧化物半导体 122a 奥姆接触层 124 画素半导体层 124a 画素电极 130 图案化蚀刻阻挡层 140 闸绝缘层 150 图案化保护层 D 汲极
DLt 资料线的端部 DL 资料线 G 闸极 H:开口
PS 外部驱动讯号提供源 R 画素电极预定区域 S 源极
SLT:扫描线的端部 SL:扫描线。
具体实施例方式[薄膜晶体管的制造方法]
图IA至图IF为本发明一实施例的薄膜晶体管制造流程的上视示意图。图2A至图2F 为根据图IA至图IF的线A-A’所绘示的薄膜晶体管制造流程的剖面示意图。请参照图IA及图2A，首先，于基板110上形成彼此电性绝缘的源极S与汲极D。形成源极S与汲极D的同时，更可于基板110上形成数据线DL，且数据线DL电性连接到源极 S。源极S、汲极D与数据线DL的材质可使用金属材料(如Ti、Mo、Al等)合金、金属材料的氮化物、金属材料的氧化物、金属材料的氮氧化物等，且源极S、汲极D与资料线DL可为单一膜层或复合堆栈膜层。源极S、汲极D与数据线DL的制作方式可采用一般的溅镀成膜、配合微影蚀刻制程 (亦即光阻涂布、微影、蚀刻、剥膜等步骤)，而形成源极S、汲极D与数据线DL的图案，在此不予详述。请参照图IB及图2B，接着，于基板110上同时形成图案化氧化物半导体层122与画素半导体层124，其中，图案化氧化物半导体层122位于源极S与汲极D之间，画素半导体层IM位于画素电极预定区域R。更进一步地说，如图IB所示，图案化氧化物半导体层122与画素半导体层IM是以同一道光罩制作的，图案化氧化物半导体层122覆盖部份的源极S与汲极D，且图案化氧化物半导体层122可连接到画素半导体层124。在另外的实施例中，图案化氧化物半导体层 122也可不连接到画素半导体层124，只要图案化氧化物半导体层122与画素半导体层IM都有位于汲极D上即可(后续可经由汲极D进行电性连接)。画素半导体层IM与图案化氧化物半导体层122的材质相同、且可选自于氧化铟镓锌(IGZO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟镓(IGO)、氧化锡(SiO)、氧化镉、氧化锗(2Cd0 -GeO2)、 氧化镍钴(NiCo2O4)及其组合，但不以此为限。图案化氧化物半导体层122与画素半导体层IM的制作方式可采用一般的溅镀成膜、配合微影蚀刻制程(亦即光阻涂布、微影、蚀刻、剥膜等步骤)，而形成如图IB及图2B所示的图案化氧化物半导体层122与画素半导体层124的图案，在此不予详述。请参照图IC及图2C，接着，于图案化氧化物半导体层122上形成图案化蚀刻阻挡层130。图案化蚀刻阻挡层130曝露出位于图案化蚀刻阻挡层130两侧的部分的图案化氧化物半导体层122。图案化蚀刻阻挡层130覆盖部分区域的图案化氧化物半导体层122，用以保护图案化蚀刻阻挡层130下方的图案化氧化物半导体层122在经过后续制程后仍维持半导体特性(可作为后续源极S与汲极D之间的信道层)，因此图案化蚀刻阻挡层130又可称为通道保护层。图案化蚀刻阻挡层130的制作方式可采用一般的溅镀成膜、配合微影蚀刻制程 (亦即光阻涂布、微影、蚀刻、剥膜等步骤)，而形成如图IC及图2C所示的图案化蚀刻阻挡层 130的图案，在此不予详述。图案化蚀刻阻挡层130的材质可以是二氧化硅或其它适合的材质。请参照图ID及图2D，接着，于基板110上全面地形成闸绝缘层140，于形成闸绝缘层140的过程中同时使被图案化蚀刻阻挡层130所曝露出的部分图案化氧化物半导体层 122形成为两奥姆接触层122a、且使位于画素预定区域R的画素半导体层IM形成为画素电极IMa，画素电极12 与汲极D电性连接，而两奥姆接触层12 分别与源极S与汲极D 电性连接。更进一步地说，形成两奥姆接触层12 与画素电极12 的方法包括于形成闸绝缘层140的同时，对于图案化氧化物半导体层122以及画素半导体层IM进行氢掺杂，而使未被图案化蚀刻阻挡层130覆盖的图案化氧化物半导体层122形成可导电的奥姆接触层 122a，画素半导体124形成可导电的画素电极12如。举例而言，可采用电浆辅助化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD )形成闸绝缘层140，电浆辅助化学气相沉积法中所使用的气体是选自于四氢化硅(SiH4)、氧化二氮(N2O)、氦(He)及其组合，本实施例的闸绝缘层140例如是氧化硅(SiOx)。然，本发明不限于此，在其它实施例中，用以形成闸绝缘层140的气体可选自于四氢化硅(SiH4)、氢化氮(NH3)、氮(N2)、氢(H2)及其组合，闸绝缘层140亦可为氮化硅 (SiNx)。因此，在形成闸绝缘层140时，露出来的图案化氧化物半导体层122以及画素半导体层124 (如氧化铟镓锌(IGZO))会曝露于含氢离子的电浆中被氢离子所掺杂，而分别转变为具有导电特性的材料，即奥姆接触层12 与画素电极12如。亦即，奥姆接触层12 与画素电极12 的材质可选自于含氢的氧化铟镓锌 (IGZO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟镓(IGO)、氧化锡(SiO)、氧化镉、氧化锗(2Cd0 · GeO2)、 氧化镍钴(NiCo2O4)及其组合。值得一提的是，由于在图ID与图2D的制程步骤中，是利用形成闸绝缘层140的同时一并形成奥姆接触层12 与画素电极12 ，因此，不需额外的制程即可降低图案化氧化物半导体层122与画素半导体层IM的电阻值，分别转变为可导电的奥姆接触层12 与画素电极12如。如此一来，可简化此薄膜晶体管的制程。请参照图IE及图2E，接着，于图案化氧化物半导体层122上方的闸绝缘层140上形成闸极G。形成闸极G的同时，更可于基板110上形成扫描线SL，且扫描线SL与闸极G 电性连接。闸极G与扫描线SL的材质可使用金属材料(如Ti、Mo、Al等)合金、金属材料的氮化物、金属材料的氧化物、金属材料的氮氧化物等，且间极G与扫描线SL可为单一膜层或复合堆栈膜层。间极G与扫描线SL的制作方式可采用一般的溅镀成膜、配合微影蚀刻制程(亦即光阻涂布、微影、蚀刻、剥膜等步骤)，而形成闸极G与扫描线SL的图案，在此不予详述。至此，闸极G、源极S与汲极D可构成薄膜晶体管100。请参照图IF及图2F，还可于基板110上形成图案化保护层150。图案化保护层 150具有多个接触窗开口 H，接触窗开口 H曝露出薄膜晶体管的扫描线SL的端部SLt与资料线DL的端部DLT，以使扫描线SL与数据线DL经由接触窗开口 H电性连接到外部驱动讯号提供源PS。图案化保护层150的材料可为无机材料(例如氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、或上述至少二种材料的堆栈层)、有机材料或上述的组合。外部驱动讯号提供源PS例如为驱动芯片。综上所述，薄膜晶体管100的制造方法是藉由形成闸绝缘层140的同时，一并形成了奥姆接触层12 与画素电极12 ，因此，不需额外的制程即可降低图案化氧化物半导体层122与画素半导体层124的电阻值。整体所需的光罩制程数量可减少、简化薄膜晶体管 100的制程，且薄膜晶体管100可具有极佳的电气特性。[薄膜晶体管]
图IF为本发明一实施例的薄膜晶体管的上视示意图。图2F为根据图IF的线A-A’所绘示的薄膜晶体管的剖面示意图。请同时参照图IF及图2F，薄膜晶体管100可包括源极S、汲极D、图案化氧化物半导体层122、图案化蚀刻阻挡层130、闸绝缘层140、闸极G以及画素电极12如。图案化氧化物半导体层122位于源极S与汲极D之间，图案化氧化物半导体层122具有两奥姆接触层 122a。图案化蚀刻阻挡层130位于图案化氧化物半导体层122上并曝露出奥姆接触层122a。 闸绝缘层140覆盖图案化蚀刻阻挡层130与图案化氧化物半导体层122。闸极G位于图案化氧化物半导体层122上方的闸绝缘层140上。画素电极12 经由奥姆接触层12 而电性连接汲极D，其中，画素电极IMa、图案化氧化物半导体层122与奥姆接触层12 为位置相同的膜层，且画素电极12 与奥姆接触层12 的材质相同。此外，薄膜晶体管100可进一步包括数据线DL与扫描线SL。数据线DL与源极S 电性连接。扫描线SL与闸极G电性连接。薄膜晶体管100更可包括图案化保护层150，图案化保护层150覆盖整个薄膜晶体管，图案化保护层150具有多个接触窗开口 H，接触窗开口 H曝露出薄膜晶体管的扫描线SL的端部SLt与资料线DL的端部DLT，以使扫描线SL与数据线DL经由接触窗开口 H电性连接到外部驱动讯号提供源PS。关于薄膜晶体管100的各组件的材质已于上述薄膜晶体管的制造方法叙述过，在此不予以重述。上述的薄膜晶体管100具有简单的结构、制作成本低与极佳的电气特性。综上所述，本发明的薄膜晶体管及其制造方法至少具有以下优点
藉由形成闸绝缘层的同时，对于图案化氧化物半导体层与画素半导体层进行氢掺杂而一并形成了奥姆接触层与画素电极，因此，不需额外的制程即可降低图案化氧化物半导体层与画素半导体层的电阻值，使薄膜晶体管的制程简化且具有极佳的电气特性。并且，相对于习知的氧化物半导体薄膜晶体管的光罩制程而言，上述的薄膜晶体管的制作方法的光罩制程的数量可减少。虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
权利要求
1.一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，包括于一基板上形成彼此电性绝缘的一源极与一汲极；于该基板上同时形成一图案化氧化物半导体层与一画素半导体层，其中，该图案化氧化物半导体层位于该源极与该汲极之间，该画素半导体层位于一画素电极预定区域；于该图案化氧化物半导体层上形成一图案化蚀刻阻挡层，曝露出位于该图案化蚀刻阻挡层两侧的部分的该图案化氧化物半导体层；于该基板上形成一闸绝缘层，于形成该闸绝缘层的过程中同时使被该图案化蚀刻阻挡层所曝露出的部分该图案化氧化物半导体层形成为两奥姆接触层、且使位于该画素预定区域的该画素半导体层形成为一画素电极，该画素电极与该汲极电性连接，而两该些奥姆接触层分别与该源极与该汲极电性连接；以及于该图案化氧化物半导体层上方的该间绝缘层上形成一闸极。
2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于所述画素半导体层与该图案化氧化物半导体层的材质相同、且选自于氧化铟镓锌、氧化铟锌、氧化铟镓、氧化锡、氧化镉、氧化锗、氧化镍钴及其组合。
3.根据权利要求1所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于形成该些奥姆接触层与该画素电极的方法包括于形成该闸绝缘层的同时，对于该图案化氧化物半导体层以及该画素半导体进行一氢掺杂。
4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于该些奥姆接触层与该画素电极的材质是选自于含氢的氧化铟镓锌、氧化铟锌、氧化铟镓、氧化锡、氧化镉、氧化锗、氧化镍钴及其组合。
5.根据权利要求1所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于于该基板上形成彼此电性绝缘的该源极与该汲极的同时，更包括于该基板上形成一数据线，且该数据线与该源极电性连接。
6.根据权利要求1所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于于该图案化氧化物半导体层上方的该闸绝缘层上形成该闸极的同时，更包括于该基板上形成一扫描线，且该扫描线与该闸极电性连接。
7.根据权利要求1所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于于该图案化氧化物半导体层上方的该间绝缘层上形成该间极之后，更包括于该基板上形成一图案化保护层，具有多个接触窗开口，曝露出该薄膜晶体管的一扫描线的端部与一资料线的端部，以使该扫描线与该数据线经由该些接触窗开口电性连接到一外部驱动讯号提供源。
8.根据权利要求1所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于所述源极、该汲极与该闸极的材质包括单一膜层的金属、或复合膜层的金属。
9.一种薄膜晶体管，其特征在于，包括一源极与一汲极；一图案化氧化物半导体层，位于该源极与该汲极之间，该图案化氧化物半导体层具有两奥姆接触层；一图案化蚀刻阻挡层，位于该图案化氧化物半导体层上，曝露出该些奥姆接触层；一闸绝缘层，覆盖该图案化蚀刻阻挡层与该图案化氧化物半导体层； 一闸极，位于该图案化氧化物半导体层上方的该间绝缘层上；以及一画素电极，经由该奥姆接触层而电性连接该汲极，其中，该画素电极、该图案化氧化物半导体层与该些奥姆接触层为位置相同的膜层，且该画素电极与该些奥姆接触层的材质相同。
10.根据权利要求9所述的薄膜晶体管，其特征在于所述图案化氧化物半导体层的材质是选自于氧化铟镓锌、氧化铟锌、氧化铟镓、氧化锡、氧化镉、氧化锗、氧化镍钴及其组合。
11.根据权利要求9所述的薄膜晶体管，其特征在于所述奥姆接触层与该画素电极的材质是选自于含氢的氧化铟镓锌、氧化铟锌、氧化铟镓、氧化锡、氧化镉、氧化锗、氧化镍钴及其组合。
12.根据权利要求9所述的薄膜晶体管，其特征在于，更包括一数据线，与该源极电性连接。
13.根据权利要求9所述的薄膜晶体管，其特征在于，更包括一扫描线，与该闸极电性连接。
14.根据权利要求9所述的薄膜晶体管，其特征在于，更包括一图案化保护层，覆盖整个该薄膜晶体管，该图案化保护层具有多个接触窗开口，曝露出该薄膜晶体管的一扫描线的端部与一资料线的端部，以使该扫描线与该数据线经由该些接触窗开口电性连接到一外部驱动讯号提供源。
全文摘要
本发明涉及一种薄膜晶体管及其制造方法。薄膜晶体管的制造方法，包括于基板上形成彼此电性绝缘的源极与汲极。于基板上同时形成图案化氧化物半导体层与画素半导体层。于图案化氧化物半导体层上形成图案化蚀刻阻挡层，曝露出位于图案化蚀刻阻挡层两侧的部分图案化氧化物半导体层。于基板上形成闸绝缘层。于形成闸绝缘层的过程中同时使被图案化蚀刻阻挡层所曝露出的部分图案化氧化物半导体层形成为两奥姆接触层、且使画素半导体层形成为画素电极。于图案化氧化物半导体层上方的闸绝缘层上形成闸极。
文档编号H01L21/336GK102184865SQ20111009523
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月15日 优先权日2011年4月15日
发明者张锡明 申请人:中华映管股份有限公司, 福州华映视讯有限公司