專利名稱：平板顯示器中使用的薄膜晶體管所用的新穎導(dǎo)電材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及平板顯示器中的薄膜晶體管。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及在薄膜晶體管結(jié)構(gòu)中建立的電極和導(dǎo)線的新穎結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有小的電阻損耗，防止圖像質(zhì)量因大型平板顯示器中的電阻損耗而降級(jí)。
背景技術(shù)：
薄膜晶體管(以下稱為T(mén)FT)是這樣一種器件，其源極和漏極可以通過(guò)半導(dǎo)體層中形成的溝道來(lái)電連接，該溝道根據(jù)加到柵極上的電壓來(lái)物理連接源極和漏極。TFT主要用于諸如場(chǎng)致發(fā)光顯示器和液晶顯示器之類的有源矩陣平板顯示器的TFT板中。TFT用于獨(dú)立驅(qū)動(dòng)構(gòu)成顯示的子像素。
平板顯示器中形成的薄膜晶體管的源極和柵極通過(guò)導(dǎo)線連接到在平板顯示器邊上設(shè)置的驅(qū)動(dòng)電路。一般來(lái)講，源極、漏極以及與源極和漏極電連接的導(dǎo)線通常一起形成，并且具有為簡(jiǎn)化制造工藝而采用相同材料的相同結(jié)構(gòu)。
源極、漏極和與之電連接的導(dǎo)線可以由基于鉻(Cr)的金屬或者基于鉬(Mo)的金屬、如Mo和MoW制成。但是，由于這些金屬具有較高電阻，在TFT板具有較大尺寸或者其子像素具有較小尺寸的情況下，驅(qū)動(dòng)電路與子像素之間的電壓降可能增大。這導(dǎo)致子像素的響應(yīng)速度降低或者導(dǎo)致圖像的不均勻分布。這些速度和圖像不均勻性問(wèn)題由于新設(shè)計(jì)的顯示器大的事實(shí)而進(jìn)一步加劇，并且在大型顯示器中與像素電連接的導(dǎo)線很長(zhǎng)。這些在大型顯示器中設(shè)置的長(zhǎng)導(dǎo)線將導(dǎo)線中的電阻損耗放大。因此，近年來(lái)，隨著大型TFT顯示器的出現(xiàn)，在顯示器中使用具有低電阻損耗的材料與各TFT電連接就更加重要。
除了新設(shè)計(jì)的顯示器大的事實(shí)以外，一般在形成導(dǎo)線和電極之后這些導(dǎo)線受過(guò)熱處理，這種情況進(jìn)一步加劇了速度和圖像不均勻性問(wèn)題。例如柵極金屬濺射之后的激活過(guò)程在TFT制造中是必需的，退火溫度一般需要高于400℃。在這種情況下，高溫退火可能導(dǎo)致連接線和電極以高電阻形成，在結(jié)合到大型顯示板中時(shí)，更是如此。
為了解決上述問(wèn)題，在用于TFT的導(dǎo)線和電極結(jié)構(gòu)中使用了鋁(Al)。鋁作為用于柵極和將柵極與驅(qū)動(dòng)電路連接的導(dǎo)線的材料可具有低電阻。鋁還可降低源極、漏極以及與源極和漏極電連接的導(dǎo)線中的電阻。下文中，源極、漏極、柵極以及與源極、漏極和柵極電連接的導(dǎo)線將稱為“TFT導(dǎo)電元件”。
Tanaka等人的美國(guó)專利申請(qǐng)的公開(kāi)公布No.2002/0085157(下文中稱為T(mén)anaka‘157)公開(kāi)了由Al制成的TFT導(dǎo)電元件。每個(gè)TFT導(dǎo)電元件具有氮化鈦(TiN)層/Al層、TiN層/Ti層/Al層、或者TiN層/Al層/Ti層的堆疊結(jié)構(gòu)，如Tanaka‘157的圖7所示。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)包括減小TFT導(dǎo)電元件與連接到TFT導(dǎo)電元件的端子之間的電連接電阻(或接觸電阻)，以及抑制由TFT導(dǎo)電元件形成之后的熱處理過(guò)程產(chǎn)生的Al小丘(或小山或垛)的產(chǎn)生。但是，Tanaka‘157未能公開(kāi)減小TFT導(dǎo)電元件的電阻的解決方案。Tanaka‘157無(wú)法防止熱處理時(shí)高電阻TiAl3的形成。導(dǎo)電層中的TiAl3導(dǎo)致導(dǎo)線電阻增大，特別是對(duì)大型顯示器而言。
因此需要一種甚至在熱處理之后仍具有低電阻的、用于大型顯示器的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)以及TFT中的電極結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)線和電極甚至在熱處理之后也不會(huì)出現(xiàn)TiAl3并且沒(méi)有小丘。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是為用于平板顯示器的TFT中的導(dǎo)電元件提供一種新穎的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)甚至在熱處理之后仍具有低電阻。
本發(fā)明的另一目的是為用于顯示器的TFT中的導(dǎo)電元件的導(dǎo)電層提供一種新穎的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是用鋁制成的而且甚至在熱處理之后也沒(méi)有任何小丘和任何TiAl3。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是為用于TFT顯示器中的導(dǎo)線和電極提供一種新穎的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)改善了顯示均勻性而且提高了速度，特別是在顯示器非常大時(shí)更是如此。
這些和其它目的可以通過(guò)具有源極、漏極、柵極和半導(dǎo)體層的TFT來(lái)得到，其中，源極、漏極和柵極中至少一種由基于鋁的金屬層、鈦層以及插在基于鋁的層和鈦層之間的防擴(kuò)散層構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種大型平板顯示器，它具有很多由TFT驅(qū)動(dòng)的子像素，每個(gè)TFT具有源極、漏極、柵極和半導(dǎo)體層，其中，源極、漏極和柵極中至少一種由基于鋁的金屬層、鈦層以及插在基于鋁的層和鈦層之間的防擴(kuò)散層構(gòu)成。防擴(kuò)散層防止在熱處理或退火過(guò)程中基于鋁的層中的鋁與鈦層中的鈦起化學(xué)反應(yīng)而形成不想要的TiAl3，而TiAl3的存在會(huì)增大連接件的電阻或電阻率。
防擴(kuò)散層和鈦層可以按順序在基于鋁的金屬層的相反面上形成，或者防擴(kuò)散層和鈦層可以在基于鋁的金屬層的任一面上形成。防擴(kuò)散層可以是氮化鈦層。氮化鈦層可以含有5-85wt％的氮。氮化鈦層可具有大約100-600的厚度，大約100-400是較好的，200-400更好，最好是大約300。
基于鋁的金屬層可由含大約0.5-5wt％的一種元素的鋁合金制成，該元素是從由硅、銅、釹、鉑和鎳構(gòu)成的組中選擇的?；阡X的金屬層可由含大約2wt％的硅的鋁-硅合金制成。


通過(guò)參照以下結(jié)合附圖來(lái)考慮的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的更全面理解及其許多附帶的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)隨著它變得更好理解而顯而易見(jiàn)，圖中類似的參考符號(hào)指示相同或類似的組成部分，其中圖1是TFT導(dǎo)電元件的剖視圖；圖2是具有TFT陣列的平板顯示器的電路圖；圖3是對(duì)應(yīng)于圖2的部分“S”的一個(gè)子像素的物理結(jié)構(gòu)的示意平面圖；圖4是具有TFT的場(chǎng)致發(fā)光顯示器的一個(gè)子像素的剖視圖；圖5是具有TFT的液晶顯示器的一個(gè)子像素的剖視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的原理的TFT導(dǎo)電元件的剖視圖；圖7是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的新穎TFT導(dǎo)電元件中氮化鈦層的試驗(yàn)電阻率對(duì)厚度的曲線；以及圖8是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明原理的TFT導(dǎo)電元件中的試驗(yàn)電阻率對(duì)熱處理溫度的曲線。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在來(lái)看附圖，圖1說(shuō)明具有Ti層122、Al層121和Ti層123的堆疊結(jié)構(gòu)的TFT導(dǎo)電元件120。Ti層防止在熱處理過(guò)程中形成的Al小丘的產(chǎn)生。但是，在熱處理過(guò)程中在Al層和Ti層之間的界面上可能產(chǎn)生TiAl3。TiAl3增大了TFT導(dǎo)電元件的電阻。
圖2說(shuō)明由許多子像素構(gòu)成的平板顯示器的電路112，每個(gè)子像素具有兩個(gè)TFT。電路112包括第一TFT 10、第二TFT 50、存儲(chǔ)電容器40以及發(fā)光單元60。第一TFT 10中的第一源極12通過(guò)第一導(dǎo)線20連接到水平驅(qū)動(dòng)電路H，第一TFT 10中的第一柵極11通過(guò)第二導(dǎo)線30連接到垂直驅(qū)動(dòng)電路V。第一TFT 10中的第一漏極13連接存儲(chǔ)電容器40的第一電容器電極41和第二TFT 50的第二柵極51。存儲(chǔ)電容器40的第二電容器電極42和第二TFT 50的第二源極52連接到第三導(dǎo)線70。第二TFT的第二漏極53連接到發(fā)光單元60的第一電極61。發(fā)光單元60的第二電極62安排在第一電極61對(duì)面并且與第一電極61相隔預(yù)定的間隙。在第二電極62和第一電極61之間是活動(dòng)層。根據(jù)平板顯示器的類型，活動(dòng)層可以是有機(jī)材料層、無(wú)機(jī)材料層或者液晶層，它安排在第一電極61和第二電極62之間。
圖3示意說(shuō)明圖2的平板顯示器的一個(gè)子像素的物理結(jié)構(gòu)。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，圖3中僅說(shuō)明了導(dǎo)電構(gòu)成部分。因此，省略了諸如襯底、緩沖層、各種類型的絕緣層、平面化層、發(fā)光層、液晶層、第二電極、偏振層、定向?qū)右约盀V色層等非導(dǎo)電構(gòu)成部分。而圖4和圖5中說(shuō)明了這些非導(dǎo)電構(gòu)成部分。圖3中只有位于斜線表示的區(qū)域中的構(gòu)成部分彼此電連接。其它未用斜線表示的區(qū)域是絕緣的。
當(dāng)電壓加到第一柵極11時(shí)，在半導(dǎo)體層80中形成導(dǎo)電溝道，它連接第一源極12和第一漏極13。此時(shí)，當(dāng)通過(guò)第一導(dǎo)線20把電荷提供給第一源極12時(shí)，電荷移動(dòng)到第一漏極13中。確定驅(qū)動(dòng)單元的亮度的電荷流過(guò)第三導(dǎo)線70。當(dāng)?shù)谝宦O的電荷提供給第二柵極51時(shí)，第二源極52的電荷移動(dòng)到第二漏極53中，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)光單元60的第一電極61。存儲(chǔ)電容器40用于維持第一電極61的驅(qū)動(dòng)操作或者增大驅(qū)動(dòng)速度。僅供參考，第一TFT 10和第二TFT 50具有類似的剖面結(jié)構(gòu)。
圖4所示的場(chǎng)致發(fā)光顯示器114包括TFT板、發(fā)光層87以及第二電極62。TFT板包括襯底81、TFT 50、第一導(dǎo)線20、第二導(dǎo)線30和第一電極61。在背面發(fā)光型場(chǎng)致發(fā)光顯示器的情況下，襯底81可由透明材料、例如玻璃制成，而第二電極62可由具有良好反射率的金屬、例如鋁制成。另一方面，在前面發(fā)光型場(chǎng)致發(fā)光顯示器的情況下，第二電極62可由透明導(dǎo)電材料、例如氧化銦錫(ITO)制成，第一電極61可由具有良好反射率的金屬制成。
在襯底81的整個(gè)表面上形成緩沖層82。在緩沖層82上按照預(yù)定圖案形成半導(dǎo)體層80。半導(dǎo)體層80可由硅制成。在半導(dǎo)體層80以及在緩沖層82上未形成半導(dǎo)體層80的剩余暴露表面上形成第一絕緣層83。在第一絕緣層83上按照預(yù)定圖案形成第二柵極51。在第二柵極51和第一絕緣層83上未形成第二柵極51的剩余暴露表面上形成第二絕緣層84。在形成第二絕緣層84之后，第一絕緣層83和第二絕緣層84分別受到蝕刻、如干蝕刻，從而暴露半導(dǎo)體層80的一些部分。半導(dǎo)體層80的這些暴露部分連接到按照預(yù)定圖案形成的第二源極52和第二漏極53。在分別形成第二源極52和第二漏極53之后，在上面形成第三絕緣層85。蝕刻一部分第三絕緣層85，以便將第二漏極53和第一電極61電連接。在第三絕緣層85上形成第一電極61之后，形成平面化層86。蝕刻平面化層86中對(duì)應(yīng)于第一電極61的部分。然后，在第一電極61上形成發(fā)光層87，在發(fā)光層87上形成第二電極62。此外，在整個(gè)第二電極62上形成封裝層89。
第二TFT 50包括第二源極52、第二漏極53、第二柵極51以及半導(dǎo)體層80。一般情況下，第二源極52和第二漏極53在同一水平面上形成，彼此相隔預(yù)定的間隙。第二源極52和第二漏極53物理連接半導(dǎo)體層80。第二柵極51與第二源極52、第二漏極53和半導(dǎo)體層80電絕緣。第二柵極51位于半導(dǎo)體層80上方，并且在第二源極52和第二漏極53之間。同時(shí)，一般情況下，根據(jù)上述電極和半導(dǎo)體層80的安排，TFT分成交錯(cuò)型、倒轉(zhuǎn)交錯(cuò)型、共面型以及倒轉(zhuǎn)共面型。本發(fā)明中說(shuō)明了共面型，但是本發(fā)明不限于此。
圖4的TFT 50對(duì)應(yīng)于圖3中所示的第二TFT 50。在此情況下，第二源極52連接到第三導(dǎo)線70，第二柵極51連接到第一TFT 10的第一漏極13，第二漏極53連接到發(fā)光單元60的第一電極61，第一TFT 10的第一源極12連接到第一導(dǎo)線20，第一柵極11連接到第二導(dǎo)線30。根據(jù)本發(fā)明，第一導(dǎo)線20對(duì)應(yīng)于用于傳送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)線，第二導(dǎo)線30對(duì)應(yīng)于掃描線。
下面參照?qǐng)D4來(lái)詳細(xì)說(shuō)明場(chǎng)致發(fā)光顯示器114的結(jié)構(gòu)。如圖4所示，場(chǎng)致發(fā)光顯示器114包括第一電極61、形成于第一電極61上的發(fā)光層87以及形成于發(fā)光層87上的第二電極62。場(chǎng)致發(fā)光顯示器114可以分成有機(jī)和無(wú)機(jī)場(chǎng)致發(fā)光顯示器。對(duì)有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光顯示器而言，發(fā)光層87主要具有電子傳輸層、發(fā)光材料層以及空穴傳輸層。對(duì)無(wú)機(jī)場(chǎng)致發(fā)光顯示器而言，絕緣層設(shè)置在第一電極61和發(fā)光層87之間以及第二電極62和發(fā)光層87之間。
有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光顯示器的發(fā)光層87由有機(jī)材料制成，例如，酞菁(比如銅酞菁CuPc)、N，N’-二(萘-1-基)-N，N’-二苯基聯(lián)苯胺(NPB)或三-8-羥基喹啉鋁(Alq3)。當(dāng)電荷提供給第一電極61和第二電極62時(shí)，空穴和電子彼此重新結(jié)合，從而產(chǎn)生激子。當(dāng)激子從激發(fā)態(tài)變?yōu)榛鶓B(tài)時(shí)，發(fā)光材料層87發(fā)出光。
關(guān)于無(wú)機(jī)場(chǎng)致發(fā)光顯示器，位于第一電極61和第二電極62內(nèi)側(cè)的絕緣層之間的無(wú)機(jī)材料層發(fā)光。無(wú)機(jī)材料層所用的無(wú)機(jī)材料可以是金屬硫化物，諸如ZnS、SrS和CsS。近年來(lái)，還使用基于堿土金屬的硫化鈣，諸如CaCa2S4和SrCa2S4和金屬氧化物。諸如Mn、Ce、Tb、Eu、Tm、Er、Pr、Pb之類的過(guò)渡金屬和堿性稀土金屬可用作發(fā)光核心原子，與上述無(wú)機(jī)材料一起形成發(fā)光層87。當(dāng)電壓加至第一電極61和第二電極62時(shí)，將電子加速，加速后的電子與發(fā)光核心原子相撞。此時(shí)，發(fā)光核心原子的電子被激發(fā)到較高能級(jí)，然后回落到基態(tài)。因此，無(wú)機(jī)材料層發(fā)光。
圖5說(shuō)明液晶顯示器105。液晶顯示器與場(chǎng)致發(fā)光顯示器具有類似的TFT板結(jié)構(gòu)，但是具有不同的毗連構(gòu)成部分。下面，僅說(shuō)明液晶顯示器中的TFT板的毗連構(gòu)成部分。
液晶顯示器105包括TFT板、第一定向?qū)?7、第二襯底102、第二電極62、第二定向?qū)?9、液晶層98以及偏振層103。TFT板包括第一襯底91、TFT 50、第一導(dǎo)線20、第二導(dǎo)線30和第一電極61。第一襯底91對(duì)應(yīng)于場(chǎng)致發(fā)光顯示器的襯底。
第一襯底91和第二襯底102分開(kāi)制造。濾色層101形成于第二襯底102的下表面上。第二電極62形成于濾色層101的下表面上。第一定向?qū)?7和第二定向?qū)?9分別形成于第一電極61的上表面和第二電極62的下表面上。第一定向?qū)?7和第二定向?qū)?9導(dǎo)致夾于其間的液晶層98的液晶的適當(dāng)定向。偏振層103分別形成于第一襯底91和第二襯底102的每個(gè)外表面上。隔離物104用來(lái)維持第一和第二襯底之間的間隙。圖5中的參考標(biāo)號(hào)92、93、94、95和96分別表示緩沖層、第一絕緣層、第二絕緣層、第三絕緣層和平面化層。
液晶顯示器根據(jù)液晶的排列允許光透過(guò)或被阻擋。液晶的排列由第一和第二電極之間的電位差來(lái)確定。透過(guò)液晶層的光呈現(xiàn)出濾色層101的顏色，從而顯示圖像。
根據(jù)本發(fā)明，背景技術(shù)的說(shuō)明中定義的“TFT導(dǎo)電元件”包括第一源極12和第二源極52、第一漏極13和第二漏極53、第一柵極11和第二柵極51、第一導(dǎo)線20、第二導(dǎo)線30和第三導(dǎo)線70。下文中將參照?qǐng)D6來(lái)詳細(xì)說(shuō)明TFT導(dǎo)電元件的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，第一柵極11和第二柵極53與第二導(dǎo)線30采用相同材料同時(shí)形成。第一源極12和第二源極52、第一漏極13和第二漏極53、第一導(dǎo)線30以及第三導(dǎo)線70采用相同材料同時(shí)形成。由于這些TFT導(dǎo)電元件的形成順序和材料可以根據(jù)制造工藝而變化，因此它們不限于上述內(nèi)容。
根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)TFT導(dǎo)電元件130包括基于鋁(Al)的金屬層131以及鈦(Ti)層132和133。防擴(kuò)散層134和135插在基于Al的金屬層與各個(gè)Ti層之間。雖然圖6中表示了防擴(kuò)散層和Ti層在基于Al的金屬層的兩面上形成，但是防擴(kuò)散層和Ti層也可僅在基于Al的金屬層的一面上形成，這也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
在TFT導(dǎo)電元件之中，特別的是，圖4的第二源極52和第二漏極53形成垂直方向上較長(zhǎng)的形狀。為此，第二源極52和第二漏極53的層結(jié)構(gòu)可能扭曲。也就是說(shuō)，雖然第二源極52和第二漏極53在基于Al的金屬層131與半導(dǎo)體層80之間具有防擴(kuò)散層和Ti層，但是由于這種扭曲的層結(jié)構(gòu)，基于Al的金屬層131和半導(dǎo)體層80可能部分彼此接觸。在此情況下，如果基于Al的金屬層131是純鋁制成的，則鋁可能擴(kuò)散到由硅制成的半導(dǎo)體層80中，從而導(dǎo)致半導(dǎo)體層80不能正常工作。關(guān)于這一方面，最好是采用即使基于Al的金屬層131與半導(dǎo)體層80接觸、也不易擴(kuò)散到半導(dǎo)體層80中的材料來(lái)形成基于Al的金屬層131。因此，基于Al的金屬層131最好是由從以下各項(xiàng)構(gòu)成的組中選擇的Al合金制成鋁硅(AlSi)合金、鋁銅(AlCu)合金、鋁釹(AlNi)合金、鋁鉑(AlPt)合金、鋁鎳(AlNi)合金。Al合金中含有的Si、Cu、Nd、Pt、Ni用于防止基于Al的金屬層的Al向由硅制成的半導(dǎo)體層80擴(kuò)散?；贏l的金屬層131最好是含有大約0.5-5wt％的Si、Cu、Nd、Pt或Ni。根據(jù)從實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果，含有大約2wt％的Si的AlSi合金是更可取的。
Ti層132和133用于防止在熱處理過(guò)程中產(chǎn)生Al小丘。防擴(kuò)散層134和135用于防止通過(guò)基于Al的金屬層131的Al與Ti層132和133的Ti在熱處理過(guò)程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成TiAl3。通過(guò)防止形成TiAl3，減小了TFT導(dǎo)電元件130的電阻。最好是，防擴(kuò)散層134和135由TiN制成。這是因?yàn)門(mén)iN有效地防止在基于Al的金屬層131與Ti層132和133之間的界面上產(chǎn)生TiAl3。TiN層134和135最好是含有5-85wt％的氮。
僅供參考，基于Al的金屬層131以及Ti層132和133在氬(Ar)氣氛中通過(guò)DC-磁控管濺射來(lái)淀積。TiN層134和135在氬與氮(N2)的混合氣氛中通過(guò)反應(yīng)濺射來(lái)淀積。通過(guò)利用高頻增強(qiáng)的等離子體進(jìn)行的干蝕刻，把這種淀積的結(jié)構(gòu)蝕刻成用于TFT導(dǎo)電元件130的預(yù)定圖案。
如果TiN層134和135的厚度太薄，則可能出現(xiàn)Al擴(kuò)散。因此，Al可容易與Ti層中的Ti進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生TiAl3。另一方面，TiN層134和135太厚，則由于TiN的高電阻率而使TFT導(dǎo)電元件的電阻增大。通過(guò)在基于Al的金屬層131與Ti層132和133之間插入TiN層134和135形成的TFT導(dǎo)電元件130必須具有低于圖1的TFT導(dǎo)電元件120的電阻。滿足這些要求的TiN層的厚度由以下實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，表1中給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
表1給出在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例、具有Ti層132/TiN層134/基于Al的金屬層131/TiN層135/Ti層133的結(jié)構(gòu)的TFT導(dǎo)電元件中、電阻率隨TiN層厚度而產(chǎn)生的變化。為此，通過(guò)濺射來(lái)淀積TFT導(dǎo)電元件130的各層，并將其在380℃下在真空中進(jìn)行熱處理，以增強(qiáng)TFT導(dǎo)電元件130的界面特性。
表1

*電阻率TFT導(dǎo)電元件130的電阻率圖7的曲線是從表1的結(jié)果得出的。在圖7中，線L表示由Mo制成的厚度為5000的TFT導(dǎo)電元件的理想電阻率，即由于Mo的電阻率而產(chǎn)生的理論上最小的電阻率。采用Mo，理論電阻率是5.35μΩcm。在圖7中，線M表示根據(jù)本發(fā)明由實(shí)驗(yàn)得到的TFT導(dǎo)電元件130的實(shí)際電阻率。即，線M的電阻率是通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的。
從圖7的曲線M中，可以看出，產(chǎn)生具有比滿足上述要求的基于Mo的導(dǎo)電元件更好的電阻率的導(dǎo)電元件的TiN層134和135的厚度是在100-600的范圍內(nèi)。當(dāng)TiN層134和135的厚度為200-400時(shí)，TFT導(dǎo)電元件的電阻率相對(duì)較低。特別是當(dāng)TiN層的厚度為大約300時(shí)，TFT導(dǎo)電元件的電阻率最佳。雖然具有厚度為100-200以及400-600的TiN層134和135的TFT導(dǎo)電元件的電阻率低于僅由Mo制成的TFT導(dǎo)電元件，但是它們的電阻率高于具有厚度為200-400的TiN層134和135的TFT導(dǎo)電元件。厚度為100-200的TiN層134和135與厚度為400-600的TiN層134和135相比，制造成本會(huì)低一些。
圖8說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的TFT導(dǎo)電元件的電阻減小效果。在圖8中，水平軸表示熱處理過(guò)程的溫度(熱處理溫度)，垂直軸表示TFT導(dǎo)電元件的電阻率。A的曲線表示具有Ti層(厚度500)/TiN層(厚度500)/基于Al的金屬層(厚度3000)/TiN層(厚度500)/Ti層(厚度500)這五層結(jié)構(gòu)的TFT導(dǎo)電元件的電阻率。B曲線表示具有Ti層(厚度500)/基于Al的金屬層(厚度4000)/Ti層(厚度500)這三層結(jié)構(gòu)的TFT導(dǎo)電元件的電阻率。如圖8所示，例如，在380℃的熱處理溫度下，具有五層結(jié)構(gòu)的TFT導(dǎo)電元件的電阻率是5μΩcm，而具有三層結(jié)構(gòu)的TFT導(dǎo)電元件的電阻率為21.5μΩcm，是具有五層結(jié)構(gòu)的TFT導(dǎo)電元件的電阻率的四倍多。
在上述情況下，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的TFT導(dǎo)電元件具有Ti層132/TiN層134/基于Al的金屬層131/TiN層135/Ti層133的結(jié)構(gòu)。但是，應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明的TFT導(dǎo)電元件可以具有Ti層132/TiN層134/基于Al的金屬層131的結(jié)構(gòu)，因?yàn)殡娮铚p小的效果是通過(guò)插在基于Al的金屬層和Ti層之間的TiN層來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
從上述說(shuō)明中可以看出，本發(fā)明提供了一種TFT和包含這種TFT的平板顯示器，在所述TFT中防止了TiAl3的產(chǎn)生，因而至少一種TFT導(dǎo)電元件具有足夠低的電阻率。因此，平板顯示器可以具有快的子像素響應(yīng)速度以及良好的圖像質(zhì)量。本發(fā)明還提供一種TFT，其中甚至在熱處理過(guò)程之后也能防止產(chǎn)生鋁小丘，并且提供了包含這種TFT的平板顯示器。本發(fā)明還提供一種TFT，其中TFT導(dǎo)電元件的Al不會(huì)向半導(dǎo)體層擴(kuò)散，并且提供了包含這種TFT的平板顯示器。
雖然已經(jīng)參照示范實(shí)施例具體表示和說(shuō)明了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，只要不背離由以下權(quán)利要求書(shū)定義的本發(fā)明的精神和范圍，可以對(duì)其進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種更改。
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管，它包括源極、漏極、柵極和半導(dǎo)體層，其中所述源極、所述漏極和所述柵極中至少一種包括基于鋁的金屬層、鈦層以及插在所述鈦層和所述基于鋁的層之間的防擴(kuò)散層。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述防擴(kuò)散層和所述鈦層按順序在所述基于鋁的金屬層的相反面上形成。
3.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述防擴(kuò)散層是氮化鈦層。
4.如權(quán)利要求3所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述氮化鈦層含有5-85wt％的氮。
5.如權(quán)利要求3所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述氮化鈦層具有大約100-600的厚度。
6.如權(quán)利要求5所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述氮化鈦層具有大約100-400的厚度。
7.如權(quán)利要求6所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述氮化鈦層具有大約200-400的厚度。
8.如權(quán)利要求7所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述氮化鈦層具有大約300的厚度。
9.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述基于鋁的金屬層由含大約0.5-5wt％的一種元素的鋁合金制成，該元素是從由硅、銅、釹、鉑和鎳構(gòu)成的組中選擇的。
10.如權(quán)利要求9所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述基于鋁的金屬層由含大約2wt％的硅的鋁-硅合金制成。
11.一種平板顯示器，它包括多個(gè)由薄膜晶體管驅(qū)動(dòng)的子像素，每個(gè)所述薄膜晶體管包括源極、漏極、柵極和半導(dǎo)體層，其中，所述源極、所述漏極和所述柵極中至少一種包括基于鋁的金屬層、鈦層以及插在所述基于鋁的金屬層和所述鈦層之間的防擴(kuò)散層。
12.如權(quán)利要求11所述的平板顯示器，其特征在于，所述防擴(kuò)散層和所述鈦層按順序在所述基于鋁的金屬層的相反面上形成。
13.如權(quán)利要求11所述的平板顯示器，其特征在于，所述防擴(kuò)散層是氮化鈦層。
14.如權(quán)利要求13所述的平板顯示器，其特征在于，所述氮化鈦層含有5-85wt％的氮。
15.如權(quán)利要求13所述的平板顯示器，其特征在于，所述氮化鈦層具有大約100-600的厚度。
16.如權(quán)利要求15所述的平板顯示器，其特征在于，所述氮化鈦層具有大約100-400的厚度。
17.如權(quán)利要求16所述的平板顯示器，其特征在于，所述氮化鈦層具有大約200-400的厚度。
18.如權(quán)利要求17所述的平板顯示器，其特征在于，所述氮化鈦層具有大約300的厚度。
19.如權(quán)利要求11所述的平板顯示器，其特征在于，所述基于鋁的金屬層由含大約0.5-5wt％的一種元素的鋁合金制成，該元素是從由硅、銅、釹、鉑和鎳構(gòu)成的組中選擇的。
20.如權(quán)利要求19所述的平板顯示器，其特征在于，所述基于鋁的金屬層由含大約2wt％的硅的鋁-硅合金制成。
21.一種平板顯示器，它包括沿所述顯示器邊緣設(shè)置的驅(qū)動(dòng)電路；多個(gè)由薄膜晶體管驅(qū)動(dòng)的子像素；以及連接沿所述顯示器邊緣設(shè)置的所述驅(qū)動(dòng)電路與所述多個(gè)子像素中每個(gè)的導(dǎo)線，其中所述導(dǎo)線包括基于鋁的金屬層、鈦層以及插在所述基于鋁的金屬層與所述鈦層之間的防擴(kuò)散層。
22.如權(quán)利要求21所述的平板顯示器，其特征在于，所述防擴(kuò)散層和所述鈦層按順序在所述基于鋁的金屬層的相反面上形成。
23.如權(quán)利要求21所述的平板顯示器，其特征在于，所述防擴(kuò)散層是氮化鈦層。
24.如權(quán)利要求23所述的平板顯示器，其特征在于，所述氮化鈦層的厚度為300。
25.如權(quán)利要求24所述的平板顯示器，其特征在于，所述導(dǎo)線受到380℃的熱處理。
全文摘要
提供一種用于TFT顯示器中導(dǎo)電元件的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是基于鋁的并且經(jīng)過(guò)熱處理。熱處理后，由于存在鈦層而不會(huì)形成小丘。此外，由于在鋁與鈦層之間存在TiN擴(kuò)散層而不形成TiAl
文檔編號(hào)H01L29/423GK1530726SQ20041003994
公開(kāi)日2004年9月22日 申請(qǐng)日期2004年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月12日
發(fā)明者金泰成 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社