薄膜晶體管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種薄膜晶體管及其制造方法，薄膜晶體管包括柵極、柵極絕緣層、源極以及漏極、金屬氧化物半導體層、第一金屬氧化物導電層以及第二金屬氧化物導電層。柵極絕緣層覆蓋柵極。源極以及漏極位于柵極絕緣層上。金屬氧化物半導體層覆蓋源極、漏極以與柵極上方的柵極絕緣層，以作為通道層。第一金屬氧化物導電層位于源極與金屬氧化物半導體層之間，以使源極與金屬氧化物半導體層隔離開來。第二金屬氧化物導電層位于漏極與金屬氧化物半導體層之間，以使漏極與金屬氧化物半導體層隔離開來。
【專利說明】薄膜晶體管及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種薄膜晶體管及其制造方法，特別是涉及一種可以避免溶液態(tài)金屬氧化物于燒結后產生在源極(source)與漏極(drain)金屬電極表面的氧化現(xiàn)象并降低電阻的薄膜晶體管及其制造方法。
【背景技術】
[0002]隨著平面顯示技術的發(fā)展，具有高畫質、空間利用效率佳、低消耗功率、無輻射等優(yōu)越特性的薄膜晶體管液晶顯示器(thin film transistor liquid crystal display,TFT-1XD)已逐漸成為市場的主流。現(xiàn)有的薄膜晶體管的制造方法是先于基板上形成柵極(gate),接著于基板上依序沉積絕緣層(insulating layer)與作為通道層(channel)的半導體層以覆蓋住柵極，然后于半導體層的兩側分別形成源極(source)以及漏極(drain)，如此以制得薄膜晶體管。
[0003]關于通道層的制造工程，除了上述利用化學氣相沉積法形成半導體層之外，還可以通過將溶液態(tài)金屬氧化物(solution metal oxide layer)高溫燒結的方式形成金屬氧化物半導體層(metal oxide semiconductor layer)。依照結構可以將薄膜晶體管分成兩型，分別是共面型氧化物薄膜晶體管(coplanar oxide TFT)以及背通道蝕刻型氧化物薄膜晶體管(BCE oxide TFT)。
[0004]然而，對于共面型氧化物薄膜晶體管而言，在使用現(xiàn)有金屬材料作為源極以及漏極的情況下，由于溶液態(tài)金屬氧化物在高溫燒結時，會發(fā)生自身氧化還原反應而于半導體層與源極以及漏極金屬層表面形成金屬氧化物，進而導致接觸電阻過大的問題。
[0005]為了改善上述表面氧化的問題，已研究出以金屬氧化物(例如氧化銦錫(indiumtin oxide, ITO))作為源極以及漏極，然而，由于ITO的電阻過大，可能產生嚴重的電阻電容延遲(RC delay),進而導致顯示面板具有畫面均勻度較差的問題,例如畫面下局部區(qū)域略呈現(xiàn)灰白色的現(xiàn)象。因此，如何開發(fā)出避免金屬氧化物溶液層于燒結后的表面氧化現(xiàn)象并同時降低電阻的薄膜晶體管，成為研發(fā)者所要達成的目標之一。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明提供一種薄膜晶體管及其制造方法，可以避免以溶液態(tài)金屬氧化物方式制作薄膜晶體管而產生在源極(source)與漏極(drain)金屬電極表面氧化現(xiàn)象并降低電阻。
[0007]本發(fā)明提供一種薄膜晶體管，其包括柵極、柵極絕緣層、源極以及漏極、金屬氧化物半導體層、第一金屬氧化物導電層以及第二金屬氧化物導電層。柵極絕緣層覆蓋柵極。源極以及漏極位于柵極絕緣層上。金屬氧化物半導體層覆蓋源極、漏極以與柵極上方的柵極絕緣層，以作為通道層。第一金屬氧化物導電層位于源極與金屬氧化物半導體層之間，以使源極與金屬氧化物半導體層隔離開來。第二金屬氧化物導電層位于漏極與金屬氧化物半導體層之間，以使漏極與金屬氧化物半導體層隔離開來。
[0008]本發(fā)明另提供一種薄膜晶體管的制造方法，此制造方法包括以下步驟。形成柵極；在柵極上方形成柵極絕緣層；于柵極絕緣層上形成源極以及漏極；于源極上形成第一金屬氧化物導電層且于漏極上形成第二金屬氧化物導電層；于第一金屬氧化物導電層、第二金屬氧化物導電層以與柵極上方的柵極絕緣層上形成金屬氧化物半導體層，以作為通道層，其中第一金屬氧化物導電層隔離源極與金屬氧化物半導體層，且第二金屬氧化物導電層隔離漏極與金屬氧化物半導體層。
[0009]基于上述，本發(fā)明的薄膜晶體管的源極以及漏極同時具有金屬層以及覆蓋于金屬層上的金屬氧化物導電層，如此可以避免金屬氧化物半導體層于高溫燒結制造工程中與金屬層之間的表面氧化物生成，并且可以降低金屬氧化物半導體層與源極以及漏極之間的接觸電阻。
[0010]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，以下特舉實施例，并配合所附附圖作詳細說明如下。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1A至圖1F為本發(fā)明第一實施例的薄膜晶體管的制造工程剖面圖；
[0012]圖2為本發(fā)明一實施例的薄膜晶體管的剖面圖；
[0013]圖3為本發(fā)明另一實施例的薄膜晶體管的剖面圖；
[0014]圖4A至圖4C為本發(fā)明第二實施例的薄膜晶體管的部分制造工程剖面圖；
[0015]圖5為本發(fā)明一實施例的薄膜晶體管的剖面圖；
[0016]圖6為本發(fā)明另一實施例的薄膜晶體管的剖面圖。
[0017]附圖標記
[0018]100:基板104:柵極絕緣層
[0019]106、106’:第一金屬氧化物導電層 108、108’:第二金屬氧化物導電層
[0020]110:金屬氧化物半導體層112:平坦層
[0021]D:漏極d、d’:距離
[0022]G:柵極S:源極
【具體實施方式】
[0023]以下將配合附圖詳細地說明本發(fā)明第一實施例的薄膜晶體管的制造方法。圖1A至圖1F為本發(fā)明第一實施例的薄膜晶體管的制造工程剖面圖。為了清楚起見，圖1A至圖1F僅示出薄膜晶體管的部分構件。
[0024]首先，請參照圖1A，在基板100上形成柵極G。此基板100的材質可以是玻璃、石英、有機聚合物或是不透光/反射材料(例如導電材料、金屬、晶圓、陶瓷、或其它適用的材料)等。柵極G的形成方法例如是先形成第一導體層(未示出)，再圖案化第一導體層而形成。第一導體層一般是使用金屬材料，例如鑰、鈦、鋁、鉻、銅、錫、鉭、鎢、金或銀等金屬材料，然而本發(fā)明不限于此。第一導體層也可以使用其它導電材料，例如合金、金屬材料的氮化物、金屬材料的氧化物、金屬材料的氮氧化物或是金屬材料與其它導電材料的堆棧層。第一導體層的形成方法例如是物理氣相沉積法，例如濺鍍法，然而本發(fā)明不限于此。
[0025]然后，請參照圖1B，在柵極G上方形成柵極絕緣層104，且柵極絕緣層104覆蓋柵極G。柵極絕緣層104的材料例如是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等介電材料或上述至少兩種材料的堆棧層。柵極絕緣層104的形成方法例如是化學氣相沉積法，然而本發(fā)明不限于此。
[0026]接著，請參照圖1C，于柵極絕緣層104上形成源極S以及漏極D，其中源極S與漏極D互不接觸。源極S以及漏極D的形成方法例如是先形成覆蓋柵極絕緣層104的第二導體層(未示出)，再圖案化第二導體層而形成。第二導體層一般是使用金屬材料形成單層或多層結構，金屬材料例如鑰、鈦、鋁、鉻、銅、錫、鉭、鎢、金或銀等，然而本發(fā)明不限于此。第二導體層也可以使用其它導電材料，例如合金、金屬材料的氮化物、金屬材料的氧化物、金屬材料的氮氧化物或是金屬材料與其它導電材料的堆棧層。第二導體層的形成方法例如是物理氣相沉積法，例如濺鍍法，然而本發(fā)明不限于此。圖案化第二導體層的方法例如是以傳統(tǒng)的微影以及蝕刻程序完成。
[0027]再來，請參照圖1D，在源極S上形成第一金屬氧化物導電層106且于漏極D上形成第二金屬氧化物導電層108。具體地說，第一金屬氧化物導電層106覆蓋源極S的一側表面以及部分上表面，且第二金屬氧化物導電層108覆蓋漏極D的一側表面以及部分上表面。
[0028]第一金屬氧化物導電層106以及第二金屬氧化物導電層108的材料例如是銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物、銦鍺鋅氧化物等或是上述至少兩者的堆棧層。第一金屬氧化物導電層106以及第二金屬氧化物導電層108的厚度例如是500埃至1300埃。
[0029]接者，請參照圖1E，于第一金屬氧化物導電層106、第二金屬氧化物導電層108以及柵極G上方的柵極絕緣層104上形成金屬氧化物半導體層110，以作為通道層(channel)。值得注意的是,在本實施例中，第一金屬氧化物導電層106僅需覆蓋源極S至可使源極S與金屬氧化物半導體層110隔離開來即可；同樣地，第二金屬氧化物導電層108僅需覆蓋漏極D至使漏極D與金屬氧化物半導體層110隔離開來即可，然而本發(fā)明不限于此。
[0030]金屬氧化物半導體層110包括銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物、銦鍺鋅氧化物等或是上述至少兩者的堆棧層。在此，上述第一金屬氧化物導電層106以及第二金屬氧化物導電層108中的金屬氧化物的氧含量相對較低以作為導電層。另外，金屬氧化物半導體層110中的金屬氧化物的氧含量相對較高以作為半導體層。
[0031]在本實施例中，金屬氧化物半導體層110的形成方法包括以下步驟:首先，在第一金屬氧化物導電層106、第二金屬氧化物導電層108以及柵極G上方的柵極絕緣層104上涂布溶液態(tài)金屬氧化物；接著，進行燒結程序，以使溶液態(tài)金屬氧化物形成金屬氧化物半導體層110?？墒褂矛F(xiàn)有的方法涂布金屬氧化物溶液層，例如旋轉涂布、輥軸涂布、簾式涂布、流動式涂布、印刷式涂布、精細凹型涂布、凹型涂布、環(huán)棒式涂布等?？墒褂矛F(xiàn)有的方法進行燒結，燒結溫度例如是300°C至400°C，燒結時間例如是I小時。然而本發(fā)明不限于此。視需要，可重復多次燒結循環(huán)。
[0032]溶液態(tài)金屬氧化物包括溶劑以及溶解在溶劑中的有機金屬前驅物(precursor)。所使用的溶劑并未限定，只要可溶解有機金屬前驅物即適用，例如2-甲氧基乙醇(2-methoxyl ethanol)。有機金屬前驅物例如金屬齒化物(metal halide),然而本發(fā)明不限于此。
[0033]最后，請參照圖1F，于基板100上形成平坦層112，以覆蓋上述形成的金屬氧化物半導體層110、第一金屬氧化物導電層106、第二金屬氧化物導電層108、柵極G、源極S以及漏極D，從而完成本發(fā)明一實施例的薄膜晶體管。平坦層112為未圖案化的膜層，但本發(fā)明不限于此。其中，平坦層112的材料包括無機材料，例如是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等或上述至少兩種材料的堆棧層；有機材料，例如是聚酯類(PET)、聚烯類、聚丙酰類、聚碳酸酯類、聚環(huán)氧烷類、聚苯烯類、聚醚類、聚酮類、聚醇類、聚醛類等或上述的組合；或上述組合。
[0034]在將本發(fā)明實施例的薄膜晶體管作為薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-1XD)的驅動元件的情況下，于上述形成平坦層112之后，可進一步于平坦層112上形成像素電極(未示出)。本發(fā)明實施例提供的薄膜晶體管還可應用于主動式有機發(fā)光顯示器(active matrixorganic light emitting display, AMOLED),然而本發(fā)明不限于此。
[0035]圖2為本發(fā)明一實施例的薄膜晶體管的剖面圖。圖3為本發(fā)明另一實施例的薄膜晶體管的剖面圖。在這些實施例中的薄膜晶體管的制造方法與上述圖1的實施例的步驟相似，請參照圖1F、圖2與圖3，唯一的差異在于，圖2的實施例的第一金屬氧化物導電層106與第二金屬氧化物導電層108分別朝源極S與漏極D未被覆蓋的側表面上延伸。而在圖3的實施例中，第一金屬氧化物導電層106完全覆蓋源極S，且第二金屬氧化物導電層108完全覆蓋漏極D。
[0036]以下將配合附圖詳細地說明本發(fā)明第二實施例的薄膜晶體管的制造方法。圖4A至圖4C為本發(fā)明第二實施例的薄膜晶體管的部分制造工程剖面圖。為了清楚起見，圖4A至圖4C僅示出薄膜晶體管的部分構件。
[0037]在本實施例中，薄膜晶體管的制造方法與上述實施例的步驟相似，因此相同或相似的元件以相同或相似的符號表示，且相同步驟不再重復說明。請參照圖4A，唯一的差異在于，在柵極絕緣層104上形成源極S以及漏極D之后，第一金屬氧化物導電層106’與第二金屬氧化物導電層108’除了分別覆蓋源極S與漏極D的上表面以及側表面之外，還朝源極S與漏極D之間的空隙延伸。第一金屬氧化物導電層106’位于源極S與漏極D之間的邊緣至源極S的第一距離為d，第二金屬氧化物導電層108’位于源極S與漏極D之間的邊緣至漏極D的第二距離d’，且第一距離d與第二距離d’可以介于I微米至5微米之間，較佳介于I微米至2微米之間；在其它實施例中第一距離d與第二距離d’可以相同或是不同。
[0038]接著，如圖4B所不,于第一金屬氧化物導電層106’、第二金屬氧化物導電層108’以與柵極G上方的柵極絕緣層104上形成金屬氧化物半導體層110，以作為通道層。如圖4C所示，于基板100上形成平坦層112，以覆蓋上述形成的金屬氧化物半導體層110、第一金屬氧化物導電層106’、第二金屬氧化物導電層108’、柵極G、源極S以及漏極D，從而完成本發(fā)明第二實施例的薄膜晶體管。上述圖4B與圖4C中的步驟分別與圖1E與圖1F中的步驟相同或相似。
[0039]類似地，圖5為本發(fā)明一實施例的薄膜晶體管的剖面圖。圖6為本發(fā)明另一實施例的薄膜晶體管的剖面圖。在這些實施例中的薄膜晶體管的制造方法與上述圖4的實施例的步驟相似，請參照圖4C、圖5與圖6，唯一的差異在于，圖5的實施例的第一金屬氧化物導電層106’與第二金屬氧化物導電層108’分別朝源極S與漏極D未被覆蓋的側表面上延伸。而在圖6的實施例中，第一金屬氧化物導電層106’完全覆蓋源極S，且第二金屬氧化物導電層108’完全覆蓋漏極D。
[0040]為了證明本發(fā)明的同時具有金屬層以及覆蓋于金屬層上的金屬氧化物導電層(例如ΙΤ0)作為源極S以及漏極D導線的薄膜晶體管確實可有效地降低源極以及漏極導線的電阻且于高溫燒結后仍不會影響導線的電阻值，特以下面的實驗例I至實驗例4作驗證。其實驗條件與結果示于表1。
[0041][實驗例I]
[0042]根據(jù)上述實施例中的步驟制作薄膜晶體管，并以ITO作為源極S以及漏極D的金屬氧化物導電層。ITO的厚度為500埃，且源極S以及漏極D的金屬層的厚度為2000埃。在涂布溶液態(tài)金屬半導體材料前，先測量S/D導線的電阻，此即為表1中的燒結前的S/D導線電阻。接著，在涂布溶液態(tài)金屬半導體材料后進行370°C下燒結I次之后，再次測量S/D導線的電阻，此即為表1中的燒結后的S/D導線電阻。
[0043][實驗例2]
[0044]與實驗例I相似，源極S以及漏極D的金屬層的厚度為2000埃，其差異在于ITO的厚度為750埃。同樣地，于涂布溶液態(tài)金屬半導體材料前先測量S/D導線的電阻。接著，在涂布溶液態(tài)金屬半導體材料后進行370°C下燒結2次之后，再次測量S/D導線的電阻，其結果不于表1。
[0045][實驗例3]
[0046]與實驗例I相似，源極S以及漏極D的金屬層的厚度為2000埃，其差異在于ITO的厚度為1300埃。同樣地，于涂布溶液態(tài)金屬半導體材料前先測量S/D導線的電阻。接著，在涂布溶液態(tài)金屬半導體材料后 進行370°C下燒結I次之后，再次測量S/D導線的電阻，其結果不于表1。
[0047][比較例I]
[0048]根據(jù)上述的步驟制作薄膜晶體管，唯一不同之處在于，在比較例I中，不以金屬層來形成源極S以及漏極D，而直接以厚度為1300埃的ITO來形成源極S以及漏極D。同樣地，于涂布溶液態(tài)金屬半導體材料后并于燒結前先測量S/D導線的電阻。接著，在370°C下燒結2次之后，再次測量S/D導線的電阻，
[0049]其結果示于表1。
[0050]表1
[0051]
【權利要求】
1.一種薄膜晶體管，其特征在于，包括: 一柵極； 一柵極絕緣層，覆蓋該柵極； 一源極以及一漏極，位于該柵極絕緣層上； 一金屬氧化物半導體層，覆蓋該源極、該漏極以及該柵極上方的該柵極絕緣層，以作為一通道層； 一第一金屬氧化物導電層，位于該源極與該金屬氧化物半導體層之間，以使該源極與該金屬氧化物半導體層隔離開來；以及 一第二金屬氧化物導電層，位于該漏極與該金屬氧化物半導體層之間，以使該漏極與該金屬氧化物半導體層隔離開來。
2.根據(jù)權利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，該第一金屬氧化物導電層覆蓋該源極的一上表面以及一側表面，且該第二金屬氧化物導電層覆蓋該漏極的一上表面以及一側表面。
3.根據(jù)權利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，該第一金屬氧化物導電層完全覆蓋該源極，且該第二金屬氧化物導電層完全覆蓋該漏極。
4.根據(jù)權利要 求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，該第一金屬氧化物導電層與該第二金屬氧化物導電層還分別朝該源極與該漏極之間的一空隙延伸。
5.根據(jù)權利要求4所述的薄膜晶體管，其特征在于，該第一金屬氧化物導電層位于該源極與該漏極之間的邊緣至該源極具有一第一距離，該第二金屬氧化物導電層位于該源極與該漏極之間的邊緣至該漏極具有一第二距離，且該第一距離與該第二距離介于I微米至5微米之間。
6.根據(jù)權利要求5所述的薄膜晶體管，其特征在于，該第一距離與該第二距離相同。
7.根據(jù)權利要求5所述的薄膜晶體管，其特征在于，該第一距離與該第二距離不同。
8.根據(jù)權利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，該源極以及該漏極的材質包括金屬材料。
9.一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，包括: 形成一柵極； 在該柵極上方形成一柵極絕緣層； 于該柵極絕緣層上形成一源極以及一漏極； 于該源極上形成一第一金屬氧化物導電層且于該漏極上形成一第二金屬氧化物導電層； 于該第一金屬氧化物導電層、該第二金屬氧化物導電層以及該柵極上方的該柵極絕緣層上形成一金屬氧化物半導體層，以作為一通道層， 其中該第一金屬氧化物導電層隔離該源極與該金屬氧化物半導體層，且該第二金屬氧化物導電層隔離該漏極與該金屬氧化物半導體層。
10.根據(jù)權利要求9所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，形成該金屬氧化物半導體層的方法包括: 在該第一金屬氧化物導電層、該第二金屬氧化物導電層以及該柵極上方的該柵極絕緣層上涂布一溶液態(tài)金屬氧化物；進行一燒結程序，以使該溶液態(tài)金屬氧化物形成該金屬氧化物半導體層。
11.根據(jù)權利要求10所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，該溶液態(tài)金屬氧化物溶液層包括一溶劑以及溶解在該溶劑中的一有機金屬前驅物。
12.根據(jù)權利要求9所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，該第一金屬氧化物導電層覆蓋該源極的一上表面以及一側表面，且該第二金屬氧化物導電層覆蓋該漏極的一上表面以及一側表面。
13.根據(jù)權利要求9所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，該第一金屬氧化物導電層完全覆蓋該源極，且該第二金屬氧化物導電層完全覆蓋該漏極。
14.根據(jù)權利要求9所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，該第一金屬氧化物導電層與該第二金屬氧化物導電層還分別朝該源極與該漏極之間的一空隙延伸。
15.根據(jù)權利要求14所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，該第一金屬氧化物導電層位于該源極與該漏極之間的邊緣至該源極具有一第一距離，該第二金屬氧化物導電層位于該源極與該漏極之間的邊緣至該漏極具有一第二距離，且該第一距離與該第二距離介于I微米至5微米之間。
16.根據(jù)權利要求15所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，該第一距離與該第二距離相同。
17.根據(jù)權利要求15所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，該第一距離與該第二距離不同。
18.根據(jù)權利要求9所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，該源極以及該漏極的材質包括金屬材料。`
【文檔編號】H01L21/336GK103633147SQ201310524437
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年10月29日 優(yōu)先權日:2013年9月13日
【發(fā)明者】林亮宇, 鄭君丞 申請人:友達光電股份有限公司