專利名稱：薄膜晶體管元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜晶體管元件(thin film transistor，TFT)的制造方法，特別有關(guān)于一種薄膜晶體管元件中柵極結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
底柵極型(bottom-gate type)薄膜晶體管元件目前已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)中。請參閱圖1，其顯示傳統(tǒng)的底柵極型薄膜晶體管結(jié)構(gòu)100。該薄膜晶體管結(jié)構(gòu)100包括一玻璃襯底110、一金屬柵極120、一柵極絕緣層130、一溝道層(channel layer)140、一歐姆接觸層150以及一源/漏極層160、170。
隨著TFT-LCD的尺寸增加，包括薄膜晶體管柵極的金屬柵極線(metalgate line)就必須要符合低電阻的要求。
為了實現(xiàn)具有低耗能及高響應(yīng)速度的薄膜晶體管單元，具有低電阻的銅金屬(或銅合金材料)已逐漸取代傳統(tǒng)鋁金屬而成為薄膜晶體管柵極的金屬柵極線的最佳選擇。
然而，由于銅材料容易變形，因此在后續(xù)以等離子工藝(例如是等離子輔助化學(xué)氣相沉積，PECVD)形成一柵極絕緣層130于該銅材料所形成的柵極120上時，構(gòu)成柵極120的銅材料易在該等離子工藝中與工藝氣體(例如氧氣或氨氣)進(jìn)行反應(yīng)，造成不平坦的柵極表面180，請參照圖1b，為圖1a中A部分的放大示意圖。如此一來，將導(dǎo)致該構(gòu)成柵極的銅材料的電阻系數(shù)Rs及該銅柵極的表面粗糙度(roughness)增高等不良影響。此外，過高的柵極表面粗糙度亦會使得后續(xù)形成的半導(dǎo)體溝道層140的載流子遷移率(mobility)下降，降低薄膜晶體管的效能。
因此，發(fā)展出全新的薄膜晶體管的工藝，以有效避免在形成柵極絕緣層工藝時對柵極所造成的影響，是目前薄膜晶體管工藝技術(shù)上亟需研究的重點。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種薄膜晶體管元件的制造方法，藉由一等離子處理去除柵極表面的氧化物，并進(jìn)一步形成一緩沖層于該柵極之上，以保護(hù)該柵極在進(jìn)行后續(xù)的沉積絕緣層的等離子輔助化學(xué)工藝時，可避免與工藝氣體(例如氧氣或氨氣)發(fā)生反應(yīng)因而提升阻值或表面的粗糙度。
為達(dá)上述的目的，本發(fā)明提供一種薄膜晶體管元件的制造方法，包括形成一柵極于一襯底上；對該柵極的表面進(jìn)行一氫氣等離子處理以去除該柵極表面的氧化物；形成一氮化物緩沖層覆蓋該柵極；形成一柵極絕緣層于該緩沖層上；形成一半導(dǎo)體層于該柵極絕緣層上，以及形成一源極與一漏極于部分該半導(dǎo)體層上。
此外，本發(fā)明所述的薄膜晶體管元件的制造方法，亦可以另一方式表現(xiàn)，包括以下步驟首先，形成一柵極于一襯底上，并接著對該柵極的表面進(jìn)行一氫氣等離子處理以去除該柵極表面的氧化物。之后，形成一氮化物緩沖層覆蓋該柵極。接著，形成一柵極絕緣層于該緩沖層上，并形成一半導(dǎo)體層于該柵極絕緣層上。最后，形成一源極與一漏極于部分該半導(dǎo)體層上。
根據(jù)本發(fā)明所述的薄膜晶體管元件的制造方法，其中該柵極可為一銅金屬柵極，且所形成的緩沖層為一氮化銅緩沖層。
根據(jù)本發(fā)明的精神，在進(jìn)行后續(xù)的沉積絕緣層之前對該金屬柵極進(jìn)行一等離子處理以去除金屬柵極表面的氧化物，可降低該柵極的阻值。此外，在進(jìn)行后續(xù)的沉積絕緣層之前，形成一緩沖層于金屬柵極上的作法，可保護(hù)該金屬柵極避免與工藝氣體反應(yīng)。如此，本發(fā)明能夠提高產(chǎn)品可靠度并解決現(xiàn)有問題。
為讓本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點能夠明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實施例，并配合附圖，做詳細(xì)說明如下。


圖1a是現(xiàn)有薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；圖1b為圖1a的A部分的放大示意圖；以及圖2a-2e是根據(jù)本發(fā)明實施例的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的工藝剖面示意圖。
附圖標(biāo)記說明100、200～薄膜晶體管結(jié)構(gòu)；
110、210～襯底；120、220～柵極；130、230～柵極絕緣層；225～緩沖層；140、240～溝道層；150、250～歐姆接觸層；160、260～源極；170、270～漏極；180～柵極表面；280～保護(hù)層；以及300～等離子處理。
具體實施例方式
圖2a-2e顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的薄膜晶體管(TFT)元件工藝剖面圖。
請參閱圖2a，首先形成導(dǎo)體層(未圖示)于一絕緣襯底210上。導(dǎo)體層的材質(zhì)可為金屬或多晶硅，包括Al、Mo、Cr、W、Ta、Cu、Ag、Ag-Pd-Cu或上述金屬的合金，優(yōu)選為Ag或Cu，更佳為銅，而該導(dǎo)體層的形成方法并無限制，可為濺射法或氣相沉積法所形成。該襯底210可例如是玻璃或石英襯底。接著，藉由傳統(tǒng)的微影及蝕刻工藝以構(gòu)圖上述導(dǎo)體層而形成一金屬柵極220。如圖2a所示，該金屬柵極220藉由蝕刻法形成斜面?zhèn)冗?，以利后續(xù)步驟中各覆蓋層的階梯覆蓋性。這里要說明的是，由于該柵極220與該襯底210之間，可夾有一黏著層(未圖示)，以增加?xùn)艠O220與襯底210之間的附著力。
接著，請參閱圖2b，對該柵極220的表面進(jìn)行一等離子處理270以去除該柵極表面的氧化物，例如氧化銅或氧化銀(視金屬的材質(zhì)而定)。對該柵極220的表面進(jìn)行一等離子處理的時間大抵為10秒至數(shù)分鐘，優(yōu)選為10～30秒。值得注意的是，為將金屬的氧化物還原成金屬，此處該等離子處理所使用的氣體為具有還原能力的氣體，例如氫氣。此等離子處理步驟的目的在于，去除柵極表面的氧化物，以降低柵極的阻值。
接著，請參閱圖2c，形成一緩沖層225于該柵極220之上，以完全覆蓋該柵極220。該緩沖層225為一氮化物質(zhì)，為氮化該金屬柵極后所產(chǎn)生，例如為氮化銅或氮化銀(視金屬的材質(zhì)而定)，厚度介于30～300，優(yōu)選為50～200，更優(yōu)選為100～150。該緩沖層225的形成方式可例如為藉由對該柵極220進(jìn)行一氮氣等離子處理所形成。此外，該緩沖層225可藉由對該柵極進(jìn)行退火來形成，在此舉一范例將該襯底210放入烘烤裝置中，通入胺氣(亦可為氮氣)，在烘烤溫度200-400℃下，烘烤1～30分鐘。在此，該氮化柵極表面以形成一緩沖層225的步驟為一自對準(zhǔn)步驟(in-suit step)，且該氮化層均勻地形成于該柵極表面上，如此一來，可避免傷害該金屬柵極220，而影響TFT的電性能。
請參閱圖2d，接著形成一柵極絕緣層230于該襯底210上方而覆蓋該緩沖層225。該柵極絕緣層230可以是經(jīng)由PECVD法所沉積的SiOx或SiNx或SiONx或TaOx或AlxOy層。
仍請參閱圖2d，然后形成一半導(dǎo)體層(未圖示)于該柵極絕緣層230上，其中該半導(dǎo)體層包括經(jīng)由CVD法所沉積的多晶硅或非晶硅層(amorphoussilicon layer)與經(jīng)摻雜的硅層(impurity-added silicon layer)。之后，藉由傳統(tǒng)的微影及蝕刻工藝構(gòu)圖上述半導(dǎo)體層及摻雜的硅層而形成一溝道層240以及一歐姆接觸層250。其中該歐姆接觸層250例如是摻雜n型離子(例如P或As)的硅層。
請參閱圖2e，然后將一金屬層(未圖示)形成于該歐姆接觸層250與該柵極絕緣層230上。上述金屬層的材質(zhì)例如是經(jīng)由濺射法所沉積的Al或Mo或Cr或W或Ta或Ti或Ni或上述金屬的合金。之后，藉由傳統(tǒng)的微影及蝕刻工藝構(gòu)圖上述金屬層而形成一源極260與一漏極270。其次，以該源極260與該漏極270為掩模，蝕刻去除曝露的歐姆接觸層250。接著，形成一保護(hù)層280于絕緣襯底210上，以保護(hù)該薄膜晶體管元件的表面。如此，則得到了一薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，而如圖2d所示。
另外，這里要特別說明的是，當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用于TFT-LCD時，由于薄膜晶體管結(jié)構(gòu)中的柵極220與面板上的柵極線(gate line)是同時形成的，所以柵極線與柵極絕緣層230之間也可根據(jù)本發(fā)明工藝而同樣夾有緩沖層225。為簡化本發(fā)明說明，在此不再贅述現(xiàn)有TFT-LCD面板的工藝。
綜上所述，本發(fā)明提供一種薄膜晶體管元件的制造方法，利用一氫氣等離子處理以去除金屬柵極表面的氧化物，降低該柵極的阻值，并維持后續(xù)所形成的緩沖層的平坦及均勻性。另外，本發(fā)明在進(jìn)行后續(xù)的絕緣層沉積之前，形成一緩沖層于金屬柵極上，可保護(hù)該金屬柵極，避免與工藝氣體反應(yīng)所導(dǎo)致的阻值提升或柵極表面受損等問題。
雖然本發(fā)明已結(jié)合優(yōu)選實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以所附權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管元件的制造方法，包括下列步驟形成一柵極于一襯底上；對該柵極的表面進(jìn)行一等離子處理以去除該柵極表面的氧化物；形成一緩沖層覆蓋該柵極；形成一柵極絕緣層于該緩沖層上；形成一半導(dǎo)體層于該柵極絕緣層上；以及形成一源極與一漏極于部分該半導(dǎo)體層上。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管元件的制造方法，其中對該柵極的表面進(jìn)行的等離子處理所使用的氣體為氫氣。
3.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管元件的制造方法，其中該緩沖層為一氮化物層。
4.如權(quán)利要求2所述的薄膜晶體管元件的制造方法，其中該緩沖層是藉由對該柵極進(jìn)行一氮氣等離子處理所形成的氮化物層。
5.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管元件的制造方法，其中該緩沖層是在NH3氣體的存在下藉由對該柵極進(jìn)行一退火工藝所形成的氮化物層，且該退火工藝的溫度范圍為200-400℃形成。
6.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管元件的制造方法，其中該襯底是玻璃襯底或石英襯底。
7.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管元件的制造方法，其中該柵極是金屬或多晶硅材質(zhì)。
8.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管元件的制造方法，其中該柵極包括Al、Mo、Cr、W、Ta、Cu、Ag、Pd或上述金屬的合金。
9.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管元件的制造方法，其中該柵極包括Cu、Ag或其合金。
10.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管元件的制造方法，其中該緩沖層的材質(zhì)為氮化銅。
11.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管元件的制造方法，其中該柵極絕緣層包括SiOx或SiNx或SiONx或TaOx或AlxOy。
12.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管元件的制造方法，其中該半導(dǎo)體層由等離子輔助化學(xué)氣相沉積法形成包括多晶硅或非晶質(zhì)硅。
13.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管元件的制造方法，其中該源極與該漏極為金屬材質(zhì)。
14.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管元件的制造方法，其中該源極與該漏極包括Al或Mo或Cr或W或Ta或Ti或Ni或上述金屬的合金。
全文摘要
本發(fā)明提供一種薄膜晶體管元件的制造方法，包括形成一柵極于一襯底上；對該柵極的表面進(jìn)行一氫氣等離子處理以去除該柵極表面的氧化物；形成一氮化物緩沖層覆蓋該柵極；形成一柵極絕緣層于該緩沖層上；形成一半導(dǎo)體層于該柵極絕緣層上，以及形成一源極與一漏極于部分該半導(dǎo)體層上。在進(jìn)行后續(xù)的沉積絕緣層的等離子輔助化學(xué)工藝時，金屬柵極能藉由緩沖層的保護(hù)而不會受到損傷。
文檔編號H01L21/28GK1622297SQ20041010022
公開日2005年6月1日 申請日期2004年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月13日
發(fā)明者甘豐源, 林漢涂 申請人:友達(dá)光電股份有限公司