用以制造高效能金属氧化物和金属氮氧化物薄膜晶体管的栅极介电层处理的制作方法

文档序号:9378235阅读:342来源:国知局
用以制造高效能金属氧化物和金属氮氧化物薄膜晶体管的栅极介电层处理的制作方法
【专利说明】用以制造高效能金属氧化物和金属氮氧化物薄膜晶体管的 栅极介电层处理
[0001] 本申请是国际申请号为PCT/US2009/049084、国际申请日为2009年6月29日的 PCT申请于2010年12月30进入国家阶段后的申请号为200980125888. 9的申请的分案申 请。
技术领域
[0002] 本发明的实施例大体上是关于制造薄膜晶体管(TFT)的方法。
【背景技术】
[0003] 因 TFT阵列可用在常用于计算机和电视平面面板的液晶主动矩阵显示器(LCD), 故现时对这些装置特别感兴趣。LCD还设有发光二极管(LED)做为背光。另外,有机发光二 极管(OLED)已用于主动矩阵显示器,且这些OLED需要TFT来处理显示器的动作。
[0004] 以非晶硅制作的TFT已成为平面面板显示器产业的关键组件。可惜非晶硅有其限 制,例如低迀移率。OLED所需的迀移率至少是非晶硅所能达到的十倍以上。此外,OLED显 示器为电流驱动组件,故易受Vth漂移影响。高电流或高偏压电压下引起非晶硅TFT的V th漂移乃急待解决的问题。另一方面,多晶硅的迀移率比非晶硅高。多晶硅为结晶体,其会造 成局部沉积不均匀。制造多晶硅膜需进行复杂的退火工艺,因此使用多晶硅来制造大面积 显示器比起非晶硅更困难、也更昂贵。由于非晶硅的限制,导致OLED发展渐缓。
[0005] 近年来已开发透明TFT,其中氧化锌当作主动通道层。氧化锌为化合物半导体,其 可在相当低的沉积温度下长成结晶材料至如玻璃和塑料等各种基板上。
[0006] 故此技艺需要具非晶主动通道且迀移率高的TFT。

【发明内容】

[0007] 本发明大体上包括薄膜晶体管(TFT)和其制造方法。TFT的栅极介电层会影响TFT 的临界电压。经由在沉积主动通道材料前处理栅极介电层,可改进临界电压。处理栅极介 电层的一方法涉及使栅极介电层暴露于一氧化二氮(N2O)气体。处理栅极介电层的另一方 法涉及使栅极介电层暴露于N2O等离子体。氧化硅虽未实际应用到硅基TFT的栅极介电层, 但其用于金属氧化物TFT时,也可改进临界电压。经由处理栅极介电层及/或使用氧化硅, 可改进TFT的次临界斜率和临界电压。
[0008] 在一实施例中,揭露一种TFT制造方法。方法包括沉积栅极介电层至栅极电极和 基板上、使栅极介电层暴露于N2O等离子体或其它等离子体而进行处理、沉积半导体层至栅 极介电层上、沉积导电层至半导体层上、以及蚀刻导电层和半导体层而界定源极与漏极和 主动通道。半导体层包括氧、及一或多个选自由锌、镓、铟、镉、锡和其组合构成群组的元素, 或者半导体层包括氮、氧、及一或多个选自由锌、铟、锡、镓、镉和其组合构成群组的元素。主 动通道为半导体层的一部分。
[0009] 在另一实施例中,揭露一种TFT制造方法。方法包括沉积氮化硅层至栅极电极和 基板上、沉积氧化硅层至氮化硅层上、沉积半导体层至氧化硅层上、沉积导电层至半导体层 上、以及蚀刻导电层而界定源极与漏极和主动通道。半导体层包括氧、及一或多个选自由 锌、镓、铟、镉、锡和其组合构成群组的元素,或者半导体层包括氮、氧、及一或多个选自由 锌、铟、锡、镓、镉和其组合构成群组的元素。主动通道为半导体层的一部分。
[0010] 在又一实施例中,揭露一种TFT制造方法。方法包括沉积氧化硅层至栅极电极和 基板上、沉积半导体层至氧化硅层上、沉积导电层至半导体层上、以及蚀刻导电层而界定源 极与漏极和主动通道。半导体层包括氧、及一或多个选自由锌、镓、铟、镉、锡和其组合构成 群组的元素,或者半导体层包括氮、氧、及一或多个选自由锌、铟、锡、镓、镉和其组合构成群 组的元素。主动通道暴露出部分半导体层。
[0011] 在再一实施例中,揭露一种TFT。TFT包括氧化硅层,位于栅极电极和基板上、半导 体层,位于氧化硅层上、以及源极与漏极,位于半导体层上。半导体层包括氧、及一或多个选 自由锌、镓、铟、镉、锡和其组合构成群组的元素,或者半导体层包括氮、氧、及一或多个选自 由锌、铟、锡、镓、镉和其组合构成群组的元素。源极和漏极彼此相隔而暴露出部分半导体 层。
【附图说明】
[0012] 为让本发明的上述特征更明显易懂,可配合参考实施例说明,其部分乃绘示如附 图式。须注意的是,虽然所附图式揭露本发明特定实施例,但其并非用以限定本发明的精神 与范围,任何熟习此技艺者,当可作各种的更动与润饰而得等效实施例。
[0013] 图1A-1F为根据本发明一实施例的TFT 100于不同制造阶段的截面图。
[0014] 图2为根据本发明另一实施例的TFT 200的截面图。
[0015] 图3显示根据本发明一实施例,在沉积主动层材料前,等离子体处理栅极介电层 的作用曲线图。
[0016] 图4A显示根据本发明一实施例,栅极介电层的沉积温度的作用曲线图。
[0017] 图4B显示根据本发明一实施例,在沉积主动层材料前,以NH3等离子体处理及退 火处理栅极介电层的作用曲线图。
[0018] 图5显示根据本发明一实施例,在沉积主动层材料前,以N2O等离子体处理栅极介 电层的作用曲线图。
[0019] 图6A及6B显示根据本发明一实施例,在沉积主动层材料前,暴露于N2O中及N 2O 等离子体处理栅极介电层的作用曲线图。
[0020] 图7A及7B显示根据本发明一实施例,在沉积主动层材料前,暴露于N2O的温度和 N2O等离子体处理栅极介电层的温度的作用曲线图。
[0021] 为助于了解,各图中共通的组件以相同的组件符号表示。应理解某一实施例所揭 露的组件当可用于其它实施例,而不需特别提及。
【具体实施方式】
[0022] 本发明大体上包括薄膜晶体管(TFT)和其制造方法。TFT的栅极介电层会影响TFT 的临界电压。经由在沉积主动通道材料前处理栅极介电层,可改进临界电压。处理栅极介 电层的一方法涉及在高于200°C的温度下,使栅极介电层暴露于一氧化二氮(N2O)气体。处 理栅极介电层的另一方法涉及使栅极介电层暴露于N2O等离子体。氧化硅虽未实际应用到 硅基TFT的栅极介电层,但其用于金属氧化物TFT时,也可改进临界电压。经由处理栅极介 电层及/或使用氧化硅,可改进TFT的临界电压。氧化锌基半导体可透过掺杂制作成非晶 材料。如此可避免晶粒结构引起的不均匀问题。如氧化锌基半导体的非晶半导体更易施行 于目前采用底栅极TFT结构的显示器制造工艺。
[0023] 图1A-1F为根据本发明一实施例的TFT 100于不同制造阶段的截面图。TFT包含 基板102。在一实施例中,基板102包含玻璃。在另一实施例中,基板102包含聚合物。在 又一实施例中,基板102包含塑料。在再一实施例中,基板102包含金属。
[0024] 栅极电极104形成在基板上。栅极电极104包含导电层,用以控制TFT内的电荷 载子移动。栅极电极104可包含金属,例如铝、钨、铬、钽或其组合。栅极电极104可以传统 沉积技术形成,包括溅射、微影和蚀刻。经由毯覆沉积导电层至基板102上可形成栅极电极 104。导电层可以溅射沉积而得。随后,光阻层沉积在导电层上。光阻层经图案化形成罩幕。 经由蚀去导电层未遮蔽的区域并留下基板102上的栅极电极104可形成栅极电极104。
[0025] 栅极介电层106沉积于栅极电极104上。栅极介电层106会影响TFT的次临界区 参数或斜率和临界电压。就硅基TFT(即具如非晶硅的硅基半导体层的TFT)而言,栅极介 电层106不含氧化硅,因其将使得TFT具有相当正的Vth和低迀移率。但就金属氧化物TFT 而言,已发现氧化硅可当作有效栅极介电层106。氧化硅中的氧不会大幅改变金属氧化物层 或界面,故TFT不会失效。在一实施例中,栅极介电层106包含氮化硅。在另一实施例中,栅 极介电层106包含氧化硅。在又一实施例中,栅极介电层106包含二氧化硅。在再一实施例 中,栅极介电层106包含氮氧化硅。在另一实施例中,栅极介电层106包含氧化铝(Al2O3)。 栅极介电层106可以熟知的沉积技术沉积,包括等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。在一 实施例中,栅极介电层106是以物理气相沉积(PVD)沉积而得。
[0026] 沉积栅极介电层106后,处理栅极介电层106。各种处理栅极介电层106的技术 将详述于下。技术之一涉及使栅极介电层106暴露于等离子体108,以钝化栅极介电层106 的表面。
[0027] 处理栅极介电层106后,沉积半导体层110于其上。半导体层110将变成包含最 终TFT结构的主动沟道的材料。半
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