专利名称：薄膜晶体管及其制造方法
技术领域：
本发明是有关于ー种薄膜晶体管及其制造方法，且特别是有关于ー种信赖性(ReIiabiIity)佳的薄膜晶体管及其制造方法。
背景技术：
近年来，随着电子技术的日新月异，具有高画质、空间利用效率佳、低消耗功率、无福射等优越特性的薄膜晶体管显示器(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)已逐渐成为市场的主流。在薄膜晶体管的制造过程中，通常会在覆盖通道层的绝缘材料层中制作多个接触窗开ロ，让源极以及漏极可通过此接触窗与通道层接触。一般来说，绝缘材料层的材料通常为有机绝缘材料，然而，由于有机绝缘材料的致密性较差，因此在制作接触窗开ロ时，易造 成接触窗开ロ的宽/长比(Width/Length ratio)产生误差。如此ー来,薄膜晶体管的临界电压(Threshold Voltage)变化量大，使得薄膜晶体管的信赖性不佳，甚至会造成通道层的fe备(Dack channel damage)。
发明内容
本发明提供ー种薄膜晶体管的制造方法，其具有良好的蚀刻保护程序以制造出信赖性佳的薄膜晶体管。本发明提供ー种薄膜晶体管，其利用前述制造方法制造，因此具有良好的信赖性。本发明提出ー种薄膜晶体管的制造方法，包括在基板上形成栅极，在栅极上形成绝缘层，然后在绝缘层上形成通道层。再来，在通道层上形成第一材料层，其中第一材料层包括含氧的绝缘材料。然后，在第一材料层上形成第二材料层，其中第二材料层包括金属材料。之后，在第二材料层以及第一材料层中形成多个接触窗开ロ，以暴露出该通道层。然后，在第二材料层上形成源极以及漏极，其中源极以及漏极通过接触窗开ロ而与通道层接触。本发明提出ー种薄膜晶体管，包括栅极、绝缘层、通道层、源极、漏极、材料迭层以及材料层。绝缘层覆盖栅扱。通道层位于栅极上方。源极以及漏极位于通道层的上方。材料迭层夹于通道层以及源极之间，且材料迭层夹于通道层以及漏极之间，其中材料迭层包括彼此堆迭的含氧的绝缘材料以及金属材料。材料层覆盖位于源极以及漏极之间的通道层，其中材料层包括含氧的绝缘材料。材料迭层以及材料层之间具有多个接触窗开ロ，源极以及漏极透过接触窗开ロ而与通道层接触。本发明再提出ー种薄膜晶体管，包括栅极、绝缘层、通道层、材料层、源极、漏极以及多个接触结构。绝缘层覆盖栅扱。通道层位于栅极上方。材料层覆盖通道层。源极以及漏极位于材料层上，其中源极以及漏极分别包括由下往上堆迭的ー第一金属层、一第二金属层、一第三金属层以及一第四金属层。接触结构位于材料层中以连接源极以及通道层并且连接漏极以及通道层，其中接触结构包括由下往上堆迭的第二金属层、第三金属层以及第四金属层。
基于上述，本发明的薄膜晶体管的制造方法在通道层上形成包括含氧的绝缘材料的第一材料层，且在第一材料层上形成包括金属材料的第二材料层。据此，在制作多个接触窗开ロ时，第二材料层中的金属材料有助于提高接触窗开ロ的宽/长比的准确度。如此ー来，薄膜晶体管的临界电压可以維持稳定，以提高薄膜晶体管的信赖性。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，并配合所附附图作详细说明如下。
图IA至图IG是根据本发明ー实施例的薄膜晶体管的制造方法的流程俯视示意图；图2A至图2G是根据本发明的薄膜晶体管的制造方法的流程剖面示意图； 图3是根据本发明的一实施例的薄膜晶体管的剖面示意图；图4是根据本发明的一实施例的薄膜晶体管的剖面示意图。其中，附图标记100、100a、IOOb :薄膜晶体管 102 :基板104:栅极106 :绝缘层108 :通道层110:第一材料层112:第二材料层114:源极116:漏极118:金属氧化薄层120:保护层122 :含氧的绝缘材料124 :金属材料130 :材料迭层140、150:材料层160 :接触结构M:导电层MpMpMpMpMpMc^Md :金属层PR :光阻层A-A’ 剖线X、Y、Z:虚线V:接触窗开ロ
具体实施例方式图IA至图IG是根据本发明ー实施例的薄膜晶体管的制造方法的流程俯视示意图。图2Α至图2G是根据本发明的薄膜晶体管的制造方法的流程剖面示意图。图2Α至图2G分别是沿图IA至图IG中剖线Α-Α’的剖面示意图，其中图I省略部分膜层的绘示。请參照图IA以及图2Α，首先，在基板102上形成栅极104。基板102的材质可为玻璃、石英、有机聚合物、塑胶或是其它可适用的材料。栅极104—般是使用金属材料。但，本发明不限于此，根据其他实施例，栅极也可以使用其他导电材料。接着，在栅极104上形成绝缘层106。绝缘层106覆盖栅极104以及基板102。绝缘层106的材质可为氧化硅、氮化硅或有机材料。再来，在绝缘层106上形成通道层108。通道层108的材质包括金属氧化物半导体材料，其例如是氧化铟镓锌(Indium-Gallium-Zinc Oxide, IGZ0)、氧化锌(ZnO)氧化锡(SnO)、氧化铟锋(Indium-Zinc Oxide, ΙΖ0)、氧化嫁锋(Gallium-Zinc Oxide,GZ0)、氧化锋锡(Zinc-Tin Oxide,ΖΤ0)或氧化铟锡(Indium-Tin Oxide, ΙΤ0)。然而,本发明不限于此，在其他实施例中，通道层108的材质也可以包括多晶硅、非晶硅或其他适合的材料。请參考图IB以及图2B，在通道层108上形成第一材料层110。第一材料层110包括含氧的绝缘材料，其例如是氧化硅或氧化氮硅。第一材料层110的形成方法例如是化学气相沉积法。在形成第一材料层110后，进行含氧处理程序，以增加第一材料层110表面的含氧量。前述含氧处理程序例如是N2O回火处理程序、O2回火程序、O2等离子处理程序或是N2O等离子处理程序。接着，在第一材料层110上形成第二 材料层112。第二材料层112包括金属材料，其例如是铝(Al)、钛(Ti)、铪(Hf)、锆(Zr)、钽(Ta)、铬(Cr)或铜(Cu)。第二材料层112的形成方法例如是物理气相沉积法。请參考图IC以及图2C，在第二材料层112以及第一材料层110中形成多个接触窗开ロ V以暴露出通道层108。举例而言，是在形成第二材料层112后，先利用第一蚀刻エ艺移除部分的第二材料层112以形成接触窗开ロ V的初步图案。接着，再利用第二蚀刻エ艺移除部分的第一材料层110以完成接触窗开ロ V的制作。上述第一蚀刻エ艺例如是铝酸、铜酸或草酸湿蚀刻エ艺，且上述第二蚀刻エ艺例如是干蚀刻エ艺。请參考图ID以及图2D，进行回火程序以使第一材料层110以及第二材料层112的界面产生氧化反应。在氧化反应后，第一材料层110以及第二材料层112之间形成金属氧化薄层118，其中金属氧化薄层118的材质是依所使用的第一材料材110以及第二材料层112的种类而定，且金属氧化薄层118的厚度例如为50至300A。前述回火程序例如是无氧回火程序。无氧回火程序例如是氮气回火程序、化学气相沉积真空加热处理程序、N2O加热处理程序或真空回火程序。举例而言，在形成接触窗开ロ V后，利用氮气回火程序在制程腔室中通入氮气并加热至摄氏300度,对上述各膜层进行烘烤(baking) I小时,便可形成氧化金属薄层118。此外，上述的无氧回火程序有助于让接触窗开ロ V暴露出的部分通道层108暴露在缺氧的环境下，如此ー来，可以增加此部分通道层108的导电度。值得ー提的是，传统エ艺是先进行回火程序以形成金属氧化薄层118后，再进行接触窗开ロ V的制作，如此ー来，在制作接触窗开ロ时，就必须在上述第一蚀刻エ艺以及第ニ蚀刻エ艺之间多一道蚀刻エ艺来移除金属氧化薄层118。相较之下，本发明是先形成接触窗开ロ V后，再进行回火程序以形成金属氧化薄层118，因此可以減少一道蚀刻エ艺，以简化工艺复杂度。在其他实施例中，若要进ー步的増加通道层108的导电度，还可以通入氨气(NH3)以及氢氧(H2)进行等离子处理程序。这些离子处理程序有助于让接触窗开ロ V暴露出的部分通道层108暴露在缺氧的环境下，以增加部分通道层108的导电度。在其他实施例中，若要确保通道层108具有良好的电性品质，还可以进ー步进行紫外线照射程序。紫外线照射程序有助于增加金属氧化物的导电性进而改善金属与金属氧化物的接触阻抗。值得一提的是，在进行前述紫外线照射程序时，可以利用前述的第二材料层112作为遮光层，让紫外线仅照射接触窗开ロ V所暴露出的部分通道层108，且避免紫外线照射到其他未被接触窗开ロ V暴露出的通道层108，以免紫外线影响到未被接触窗开ロ V暴露出的通道层108的性质，因为若通道层108被照射过多的紫外线会使薄膜晶体管无法关闭而失去功用。请參考图IE以及图2E，在第二材料层112上形成导电层M，导电层M填入接触窗开ロ V中而与通道层108接触。再来，在导电层M上形成图案化的光阻层PR。请參考图IF以及图2F，利用光阻层PR作为蚀刻光罩，并对导电层M进行第三蚀刻程序以形成源极114以及漏极116。具体而言，第三蚀刻程序可以移除部分导电层M以形成源极114以及漏极116。另外，第三蚀刻程序可以同时移除未被光阻层PR覆盖的第二材料层112，而且第三蚀刻程序终止于金属氧化薄层118。換言之，金属氧化薄层118不会被第三蚀刻程序移除，因此，在完成第三蚀刻程序后会暴露出位于被移除的第二材料层112下方的金属氧化薄层118。前述第三蚀刻程序例如是使用铝酸蚀刻溶液、草酸蚀刻溶液或是铜酸蚀刻溶夜。请參考图IG以及图2G，首先，移除光阻层PR。接着，形成保护层120，其中保护层120至少覆盖源极114、漏极116以及金属氧化薄层118。至此，完成薄膜晶体管100的制作。
图3是根据本发明的一实施例的薄膜晶体管的剖面示意图。须说明的是，图3绘示的薄膜晶体管IOOa是依照前述的制造方法所完成，因此相同的构件将使用相同或相似的标号，并且省略相同技术内容的说明，下述实施例不再重复描述。请同时參考图IG以及图3，薄膜晶体管IOOa包括栅极104、绝缘层106、通道层108、源极114、漏极116、材料迭层130以及材料层140。栅极104位于基板102上方。绝缘层106覆盖栅极104。通道层108位于绝缘层106上方且位于栅极104上方。材料迭层130位于绝缘层106以及通道层108上方。材料层140位于通道层108上方。源极114以及漏极116位于通道层108的上方。根据本实施例，材料迭层130位于通道层108以及源极114之间，且材料迭层130位于通道层108以及漏极116之间。材料迭层130包括彼此堆迭的含氧的绝缘材料122以及金属材料124，其中金属材料124位于含氧的绝缘材料122上方。此外，薄膜晶体管IOOa更可以包括氧化金属薄层118，其位于含氧的绝缘材料122以及金属材料124之间。材料层140覆盖位于源极114以及漏极116之间的通道层108，其中材料层140包括含氧的绝缘材料122。此外，薄晶体管IOOa更可以包括氧化金属薄层118，其位于材料层140的表面。在本实施例中，氧化金属薄层118的材料例如是金属氧化物半导体材料，且其厚度例如为50至300 A。值得ー提的是，氧化金属薄层118具有致密的薄膜性质，当氧化金属薄层118覆盖在含氧的绝缘材料122上时，其可以提供良好的水气以及氧气阻隔性。因此，相较于传统只有一层绝缘材料层的薄膜晶体管，本实施例的薄膜晶体管IOOa可以提供良好的水氧阻隔性，使通道层108不易受到大气环境中水气以及氧气的影响，而产生通道层损害的情形。根据本实施例，多个接触窗开ロ V位在材料迭层130以及材料层140之间。源极114以及漏极116通过这些接触窗开ロ V而与通道层108接触。根据本实施例，源极114以及漏极116分别包括由下往上堆迭的第一金属层M1、第ニ金属层M2以及第三金属层M3,其中第一金属层M1与材料迭层130的金属材料124接触，而且第一金属层M1通过接触窗开ロ V与通道层108接触。在本实施例中，材料迭层130中的金属材料124例如为铝，第一金属层M1例如为钥，第二金属层M2例如为铝，且第三金属层M3例如为钥。換言之，材料迭层130中的金属材料124、第一金属层M1、第二金属层M2以及第三金属层M3可以形成由下往上依序为铝/钥/铝/钥的金属迭层。当然，本发明不限于此，在其他实施例中，材料迭层130中的金属材料124、第一金属层仏、第二金属层M2以及第三金属层％也可以形成不同堆迭顺序或不同金属种类的金属迭层，例如是钛/钥/铝/钥的金属迭层或铪/钥/铝/钥的金属迭层。为了详细描述本实施的薄膜晶体管IOOa的结构，图3中的虚线X、虚线Y以及虚线Z分别位于薄膜晶体管IOOa的不同位置，以下将以虚线X、Y以及Z分别说明薄膜晶体管IOOa不同位置的结构。沿虚线X由上往下的膜层依序是保护层120、金属氧化薄层118、含氧的绝缘材料122 (材料层140)、通道层108、绝缘层106以及栅极104。沿虚线Y由上往下的膜层依序是保护层120、第三金属层M3、第二金属层M2、第一金属层M1、通道层108、绝缘层106以及栅极 104。沿虚线Z由上往下的膜层依序是保护层120、第三金属层M3、第二金属层M2、第一金属层M1、金属材料124、金属氧化薄层118、含氧的绝缘材料122、通道层108以及绝缘层106。图4是根据本发明的一实施例的薄膜晶体管的剖面示意图。须说明的是，图4绘示的薄膜晶体管IOOb是依照前述的制造方法所完成，因此相同的构件将使用相同或相似的标号，并且省略相同技术内容的说明，下述实施例不再重复描述。请同时參考图IG以及图4,薄膜晶体管IOOb包括栅极104、绝缘层106、通道层108、材料层150、源极114、漏极116以及多个接触结构160。栅极104位于基板102上方。绝缘层106覆盖栅极104。通道层106位于绝缘层106上方且位于栅极104上方。材料层150覆盖通道层108。源极114以及漏极116位于材料层150上方。接触结构160位于材料层150中。根据本实施例，源极114以及漏极116分别包括由下往上堆迭的第一金属层Ma、第ニ金属层Mb、第三金属层M。以及第四金属层Md,其中第一金属层Ma例如为招,第二金属层Mb例如为钥、第三金属层M。例如为铝，且第四金属层Md例如为钥。換言之，源极114以及漏极116可以分别是由下往上依序为铝/钥/铝/钥的金属迭层。然而，本发明不限于此，在其他实施例中，源极114以及漏极116也可以是由不同堆迭顺序或不同金属种类构成的金属迭层，例如是钛/钥/铝/钥的金属迭层或铪/钥/铝/钥的金属迭层。根据本实施例，接触结构160可用以连接源极114以及通道层108，且接触结构160可用以连接漏极116以及通道层108。具体而言，接触结构160包括由下往上堆迭的第ニ金属层Mb、第三金属层M。以及第四金属层Md，其中第二金属层Mb与通道层108接触。特别ー提的是，接触结构160不包括第一金属层Ma。另外，本实施例的薄膜晶体管IOOb更包括氧化金属薄层118，其位于材料层150的表面。值得ー提的是，氧化金属薄层118具有致密的薄膜性质，当氧化金属薄层118覆盖在含氧的绝缘材料122上时，其可以提供良好的水气以及氧气阻隔性。因此，相较于传统只有一层绝缘材料层的薄膜晶体管，本实施例的薄膜晶体管IOOb可以提供良好的水氧阻隔性，使通道层108不易受到大气环境中水气以及氧气的影响，而产生通道层损害的情形。为了详细描述本实施的薄膜晶体管IOOb的结构，图4中的虚线X、虚线Y以及虚线Z分别位于薄膜晶体管IOOb的不同位置，以下将以虚线X、Y以及Z分别说明薄膜晶体管IOOb不同位置的结构。沿虚线X由上往下的膜层依序是保护层120、金属氧化薄层118、材料层150、通道层108、绝缘层106以及栅极104。沿虚线Y由上往下的膜层依序是保护层120、第四金属层Md、第三金属层Μ。、第二金属层Mb、通道层108、绝缘层106以及栅极104。沿虚线Z由上往下的膜层依序是保护层120、第四金属层Md、第三金属层M。、第二金属层Mb、第一金属层Ma、金属氧化薄层118、材料层150、通道层108以及绝缘层106。综上所述，本发明的薄膜晶体管的制造方法在通道层上依序形成包括含氧的绝缘材料的第一材料层以及包括金属材料的第二材料层。据此，在制作多个接触窗开ロ时，第二材料层中的金属材料有助于提高接触窗开ロ的宽/长比的准确度。如此ー来，薄膜晶体管的临界电压可以維持稳定。此外，在进行回火程序时可以同时形成金属氧化薄层于第一材料层以及第ニ材料层之间，此金属氧化薄层具有致密的薄膜性质，因此具有良好的水氧阻隔性质，以进ー步提升本发明的薄膜晶体管的信赖性。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.ー种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，包括 在一基板上形成ー栅极； 在该栅极上形成一绝缘层； 在该绝缘层上形成一通道层； 在该通道层上形成一第一材料层，该第一材料层包括一含氧的绝缘材料； 在该第一材料层上形成一第二材料层，该第二材料层包括一金属材料； 在该第二材料层以及该第一材料层中形成多个接触窗开ロ，以暴露出该通道层；以及在该第二材料层上形成一源极以及ー漏极，该源极以及该漏极通过这些接触窗开ロ而与该通道层接触。
2.根据权利要求I所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，其中在形成该第ー材料层之后，还包括进行ー含氧处理程序，以增加该第一材料层表面的含氧量。
3.根据权利要求2所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，其中该含氧处理程序 包括N2O回火处理程序、O2回火程序、O2等离子处理程序或N2O等离子处理程序。
4.根据权利要求I所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，其中在形成这些接触窗开ロ之后，还包括进行一回火程序，以使该第一材料层以及该第二材料层的界面产生ー氧化反应。
5.根据权利要求4所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，其中在该氧化反应之后，该第一材料层以及该第二材料层之间形成一金属氧化薄层。
6.根据权利要求5所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，其中该金属氧化薄层的厚度为50至300A。
7.根据权利要求5所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，其中形成该源极以及该漏极的方法包括 在该第二材料层上形成ー导电层，且该导电层填入这些接触窗开ロ中； 在该导电层上形成一光阻层；以及 利用该光阻层作为蚀刻光罩以对该导电层进行ー蚀刻程序以形成该源极以及该漏扱，其中该蚀刻程序同时移除未被该光阻层覆盖的该第二材料层，且该蚀刻程序終止于该金属氧化薄层。
8.根据权利要求7所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，其中该蚀刻程序包括使用一铝酸蚀刻溶液、一草酸蚀刻溶液或一铜酸蚀刻溶液。
9.根据权利要求4所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，其中该回火程序包括一无氧回火程序。
10.根据权利要求9所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，其中该回火程序包括氮气回火程序、化学气相沉积真空加热处理程序、N2O加热处理程序或真空回火程序。
11.根据权利要求I所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，其中该第一材料层包括氧化硅或氧化氮硅。
12.根据权利要求I所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，其中该第二材料层包括招、钦、給、错、组、络或铜。
13.—种薄膜晶体管，其特征在于，包括 ー栅极；一绝缘层，覆盖该栅扱； 一通道层，位于该栅极上方； 一源极以及ー漏极，位于该通道层的上方； 一材料迭层，夹于该通道层以及该源极之间以及该通道层以及该漏极之间，其中该材料迭层包括彼此堆迭的ー含氧的绝缘材料以及ー金属材料；以及 一材料层，覆盖位于该源极以及该漏极之间的该通道层，其中该材料层包括该含氧的绝缘材料， 其中该材料迭层以及该材料层之间具有多个接触窗开ロ，该源极以及该漏极透过这些接触窗开ロ而与该通道层接触。
14.根据权利要求13所述的薄膜晶体管，其特征在于，其中该源极以及该漏极分别包括由下往上堆迭的ー第一金属层、一第二金属层以及一第三金属层，且该第一金属层与该材料迭层的该金属材料接触。
15.根据权利要求13所述的薄膜晶体管，其特征在于，还包括一金属氧化薄层，位于该材料层的表面以及该材料迭层的该含氧的绝缘材料以及该金属材料之间。
16.根据权利要求15所述的薄膜晶体管，其特征在于，其中该金属氧化薄层的厚度为·50 至300A。
17.根据权利要求13所述的薄膜晶体管，其特征在于，其中该通道层包括金属氧化物半导体材料。
18.—种薄膜晶体管，其特征在于，包括 ー栅极； 一绝缘层，覆盖该栅扱； 一通道层，位于该栅极上方； 一材料层，覆盖该通道层； 一源极以及ー漏极，位于该材料层上，其中该源极以及该漏极分别包括由下往上堆迭的一第一金属层、一第二金属层、一第三金属层以及一第四金属层；以及 多个接触结构，位于该材料层中，以连接该源极以及该通道层并且连接该漏极以及该通道层，其中这些接触结构包括由下往上堆迭的该第二金属层、该第三金属层以及该第四金属层。
19.根据权利要求18所述的薄膜晶体管，其特征在于，还包括一金属氧化薄层，位于该材料层的表面。
20.根据权利要求19所述的薄膜晶体管，其特征在于，其中该金属氧化薄层的厚度为·50 至300A。
21.根据权利要求18所述的薄膜晶体管，其特征在于，其中该通道层包括金属氧化物半导体材料。
全文摘要
一种薄膜晶体管及其制造方法，薄膜晶体管包括在基板上形成栅极，在栅极上形成绝缘层，然后在绝缘层上形成通道层。再来，在通道层上形成第一材料层，其中第一材料层包括含氧的绝缘材料。然后，在第一材料层上形成第二材料层，其中第二材料层包括金属材料。之后，在第二材料层以及第一材料层中形成多个接触窗开口，以暴露出通道层。然后，在第二材料层上形成源极以及漏极，其中源极以及漏极通过接触窗开口而与通道层接触。
文档编号H01L21/336GK102693918SQ20121016211
公开日2012年9月26日 申请日期2012年5月21日 优先权日2012年4月12日
发明者丁宏哲, 周奇纬, 曾伟豪 申请人:友达光电股份有限公司