专利名称：薄膜晶体管的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种半导体结构的制作方法，且特别是有关于一种薄膜晶体管的制作方法。
背景技术：
近来环保意识抬头，具有低消耗功率、空间利用效率佳、无辐射、高画质等优越特性的平面显示面板(flat display panels)已成为市场主流。常见的平面显示器包括液晶显示器(liquid crystal displays)、等离子体显示器(plasma displays)、有机电激发光显示器(electroluminescent displays)等。以目前最为普及的液晶显示器为例，其主要是由薄膜晶体管阵列基板、彩色滤光基板以及夹于二者之间的液晶层所构成。在习知的薄膜晶体管阵列基板上，多采用非晶硅(a-Si)薄膜晶体管或低温多晶硅薄膜晶体管作为各个子像素的切换组件。近年来，已有研究指出金属氧化物半导体(metal oxide semiconductor) 薄膜晶体管相较于非晶硅薄膜晶体管，具有较高的载子移动率(mobility)，而金属氧化物半导体薄膜晶体管相较于低温多晶硅薄膜晶体管，则具有较佳的临界电压(threat hold voltage, Vth)均勻性。因此，金属氧化物半导体薄膜晶体管有潜力成为下一代平面显示器的关键组件。一般来说，非晶硅(a-Si)薄膜晶体管的保护层通常是选用等离子体辅助化学气相沈积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)所沉积的含氢的氮化硅 (SiNx :H)，其中含氢的氮化硅具有较佳阻隔水气及氧气的效果。然而，对于金属氧化物半导体薄膜晶体管而言，等离子体辅助化学气相沈积法所沉积的含氢的氮化硅会改变金属氧化物半导体材料层的特性，以使得原本具有半导体特性的金属氧化物半导体材料层转成具导体特性的金属氧化物半导体材料层，进而造成薄膜晶体管组件的信道的导通。为了改善上述的问题，目前是采用氧化硅(SiOx)来作为金属氧化物半导体材料层的保护层。然而，氧化硅在大气环境之中容易受到水气以及氧气的影响，进而影响金属氧化物半导体薄膜晶体管的电性表现以及可靠度。
发明内容
本发明提供一种薄膜晶体管的制作方法，用以改善薄膜晶体管受水气及氧气的穿透而导致可靠度降低的问题。本发明提出一种薄膜晶体管的制作方法，其包括下述步骤。于一基材上形成一栅极、一源极以及一漏极。于基材上形成一栅绝缘层，以覆盖栅极并隔绝栅极与源极以及栅极与漏极。于栅绝缘层上形成一具有绝缘特性的金属氧化物材料层。于基材上形成一含氢的氮化硅层，以覆盖源极、漏极以及具有绝缘特性的金属氧化物材料层，其中形成含氢的氮化硅层的方法包括进行一沉积程序，且于结束沉积程序之前，于沉积程序中通入一硅烷气体以使具有绝缘特性的金属氧化物材料层转换成一具有半导体特性的金属氧化物材料层。在本发明的一实施例中，上述的于形成具有绝缘特性的金属氧化物材料层之后，形成源极与漏极，且源极与漏极暴露出部分金属氧化物材料层。在本发明的一实施例中，上述的于形成源极与漏极之后，形成具有绝缘特性的金属氧化物材料层。金属氧化物材料层的一部分位于源极与漏极之间，而金属氧化物材料层的另一部分位于源极与漏极上。在本发明的一实施例中，上述的金属氧化物材料层的材质包括II-VI族化合物。在本发明的一实施例中，上述的金属氧化物材料层还掺杂有选自由碱土金属、 IIIA族、VA族、VIA族或过渡金属所组成的族群的一或多个元素。在本发明的一实施例中，上述的形成具有绝缘特性的金属氧化物材料层的方法包括溅镀法、原子沉积法、旋转涂布法、喷墨印刷法或网版印刷法。在本发明的一实施例中，上述的溅镀法包括通入流量介于5 sccm至50 sccm之间的一氧气气体以及流量介于20 sccm至50 sccm之间一氩气气体。在本发明的一实施例中，上述的沉积程序中所通入的硅烷气体的流量介于5 sccm 至10 sccm之间。在本发明的一实施例中，上述的沉积程序中还包括通入一氧化二氮气体以及一氦气气体，而所通入氧化二氮气体的流量介于500 sccm至1000 sccm之间，所通入氦气气体的流量介于1000 sccm至1500 sccm之间。在本发明的一实施例中，上述的沉积程序中还包括进行一退火程序，而退火程序的温度介于200°C至500°C之间。基于上述，本发明是透过沉积含氢的氮化硅层时通入硅烷气体以使具有绝缘特性的金属氧化物材料层转换成一具有半导体特性的金属氧化物材料层。此制程方式可使金属氧化物材料层受到含氢的氮化硅层的保护，以免于受到大气环境之中的氧气以及水气的影响，且又可同时形成具有半导体特性的金属氧化物材料层。简言之，含氢的氮化硅层可作为具有半导体特性的金属氧化物材料层的保护层，因此使用具有所述保护层的具有半导体特性的金属氧化物材料层的薄膜晶体管具有较佳的可靠度。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，并配合所附图式作详细说明如下。
图IA至图IE是本发明的一实施例的一种薄膜晶体管的制作方法的剖面示意图。图2为本发明的另一实施例的一种薄膜晶体管的剖面示意图。
具体实施例方式图IA至图IE是本发明的一实施例的一种薄膜晶体管的制作方法的剖面示意图。 请先参考图1A，本实施例的薄膜晶体管的制作方法包括以下步骤。首先，于一基材10上形成一栅极110。其中，基材10例如是一玻璃基板、一可挠性基板或其它适当材质的基板。于一未绘示的实施例中，可于基材10的表面上进一步形成一绝缘层，以作为一垫高层或一平坦层之用。此外，形成栅极110的方法例如是先沈积一层导电层(未绘示)，之后再以微影以及蚀刻程序图案化所述导电层，以形成栅极110。基于导电性的考虑，栅极110 —般是使用金属材料。然而，本发明不限于此，于其它实施例中，栅极110也可以使用其它导电材料，例如是合金、金属材料的氮化物、金属材料的氧化物、金属材料的氮氧化物或是金属材料与其它导材料的堆栈层。接着，请参考图1B，于基材10上形成一栅绝缘层140，以覆盖栅极110。接着，请参考图1C，于栅绝缘层140上形成一具有绝缘特性的金属氧化物材料层150a。特别是，在本实施例中，金属氧化物材料层150a的材质例如是II-VI族化合物， 且金属氧化物材料层150a中还可掺杂有选自由碱土金属、IIIA族、VA族、VIA族或过渡金属所组成的族群的一或多个元素。较佳地，金属氧化物材料层150a例如是氧化铟镓锌 (Indium-Gallium-Zinc Oxide, IGZO)。形成具有绝缘特性的金属氧化物材料层150a的方法例如是溅镀法、原子沉积法、旋转涂布法、喷墨印刷法或网版印刷法。举例来说，若形成具有绝缘特性的金属氧化物材料层150a的方法为溅镀法时，于溅镀法中需通入流量介于5 sccm至50 sccm之间的一氧气气体以及流量介于20 sccm至 50 sccm之间一氩气气体，并藉由提高氧气流量或分压的方式来使沉积于栅绝缘层140上的金属氧化物材料层150a具有绝缘特性。于另一实施例中，亦可透过使用绝缘特性的金属氧化物靶材(未绘示)来形成具有绝缘特性的金属氧化物材料层150a。然后，请参考图1D，于基材10上形成一源极120以及一漏极130，而源极120以及漏极130配置于具有绝缘特性的金属氧化物材料层150a以及栅绝缘层140上。在本实施例中，栅绝缘层140隔绝栅极110与源极120以及栅极110与漏极130，且源极120与漏极130暴露出部分具有绝缘特性的金属氧化物材料层150a。此外，形成源极120以及漏极 130的方法例如是先沈积一层导电层(未绘示)，之后再以微影以及蚀刻程序图案化所述导电层，以形成源极120以及漏极130。另外，基于导电性的考虑，源极120以及漏极130 —般是使用金属材料。然而，本发明不限于此，于其它实施例中，源极120以及漏极130也可以使用其它导电材料，例如是合金、金属材料的氮化物、金属材料的氧化物、金属材料的氮氧化物或是金属材料与其它导材料的堆栈层。最后，请参考图1E，于基材10上形成一含氢的氮化硅层160，以覆盖源极120、漏极130以及具有绝缘特性的金属氧化物材料层150a。特别是，形成含氢的氮化硅层160的方法例如是进行一沉积程序，其中沉积程序例如是等离子体辅助化学气相沈积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)，且于结束沉积程序之前，于沉积程序中通入一硅烷气体以使具有绝缘特性的金属氧化物材料层150a转换成一具有半导体特性的金属氧化物材料层150b。在此必须说明的是，于此沉积制程中，所通入的硅烷气体的流量例如是介于5 sccm至10 sccm之间，且沉积程序中还包括通入一氧化二氮气体以及一氦气气体，而所通入氧化二氮气体的流量例如是介于500 sccm至1000 sccm之间，所通入氦气气体的流量例如是介于1000 sccm至1500 sccm之间。此外，沉积程序中还包括进行一退火程序，而退火程序的温度例如是介于200°C至500°C之间。至此，已完成薄膜晶体管100a的制作。由于本实施例是透过沉积含氢的氮化硅层160时通入硅烷气体以使具有绝缘特性的金属氧化物材料层150a转换成具有半导体特性的金属氧化物材料层150b。此制程方式除了可以于沉积含氢的氮化硅层160时同时形成具有半导体特性的金属氧化物材料层 150b之外，亦可使具有半导体特性的金属氧化物材料层150b受到含氢的氮化硅层160的保护，而免于受到大气环境之中的氧气以及水气的影响。
简言之，于本实施例的薄膜晶体管IOOa中，具有半导体特性的金属氧化物材料层 150b是作为薄膜晶体管IOOa的主动层，且含氢的氮化硅层160是作为具有半导体特性的金属氧化物材料层150b的保护层。由于具有半导体特性的金属氧化物材料层150b受到含氢的氮化硅层160的保护，因此可使具有半导体特性的金属氧化物材料层150b不会暴露在大气环境之中，使得具有半导体特性的金属氧化物材料层150b能够保持良好的电性表现，而使用具有所述保护层的具有半导体特性的金属氧化物材料层150b的薄膜晶体管IOOa则可具有较佳的可靠度。图2为本发明的另一实施例的一种薄膜晶体管的剖面示意图。本实施例沿用前述实施例的组件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的组件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参照前述实施例，本实施例不再重复赘述。请参考图2，本实施例的薄膜晶体管IOOb与前述实施例的薄膜晶体管IOOa主要的差异是在于薄膜晶体管IOOb的具有绝缘特性的金属氧化物材料层150c是于形成源极 120与漏极130之后，才形成于栅绝缘层140上，其中具有绝缘特性的金属氧化物材料层 150b的一部分是位于源极120与漏极130之间，而具有绝缘特性的金属氧化物材料层150c 的另一部分是位于源极120与漏极130上。之后，在依据图IE的步骤，意即于基材10上形成含氢的氮化硅层160，以覆盖源极120、漏极130以及具有绝缘特性的金属氧化物材料层 150c，其中形成含氢的氮化硅层160的方法例如是进行一沉积程序，且于结束沉积程序之前，于沉积程序中通入一硅烷气体以使具有绝缘特性的金属氧化物材料层150c转换成一具有半导体特性的金属氧化物材料层150d，而完成薄膜晶体管IOOb的制作。综上所述，本发明是透过沉积含氢的氮化硅层时通入硅烷气体以使具有绝缘特性的金属氧化物材料层转换成一具有半导体特性的金属氧化物材料层，其中半导体特性的金属氧化物材料层是作为薄膜晶体管的主动层，而含氢的氮化硅层是作为具有半导体特性的金属氧化物材料层的保护层。由于具有半导体特性的金属氧化物材料层受到含氢的氮化硅层的保护，因此可使具有半导体特性的金属氧化物材料层免于受到大气环境之中的氧气以及水气的影响，使得具有半导体特性的金属氧化物材料层能够保持良好的电性表现，而使用具有所述保护层的具有半导体特性的金属氧化物材料层的薄膜晶体管则可具有较佳的可靠度。虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视前述的权利要求范围所界定者为准。
权利要求
1.一种薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，包括于一基材上形成一栅极、一源极以及一漏极；于该基材上形成一栅绝缘层，以覆盖该栅极并隔绝该栅极与该源极以及该栅极与该漏极；于该栅绝缘层上形成一具有绝缘特性的金属氧化物材料层；以及于该基材上形成一含氢的氮化硅层，以覆盖该源极、该漏极以及具有绝缘特性的该金属氧化物材料层，其中形成该含氢的氮化硅层的方法包括进行一沉积程序，且于结束该沉积程序之前，于该沉积程序中通入一硅烷气体以使具有绝缘特性的该金属氧化物材料层转换成一具有半导体特性的金属氧化物材料层。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，于形成具有绝缘特性的该金属氧化物材料层之后，形成该源极与该漏极，且该源极与该漏极暴露出部分该金属氧化物材料层。
3.如权利要求1所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，于形成该源极与该漏极之后，形成具有绝缘特性的该金属氧化物材料层，该金属氧化物材料层的一部分位于该源极与该漏极之间，而该金属氧化物材料层的另一部分位于该源极与该漏极上。
4.如权利要求1所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，该金属氧化物材料层的材质包括II-VI族化合物。
5.如权利要求4所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，该金属氧化物材料层还掺杂有选自由碱土金属、IHA族、VA族、VIA族或过渡金属所组成的族群的一或多个元素。
6.如权利要求1所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，形成具有绝缘特性的该金属氧化物材料层的方法包括溅镀法、原子沉积法、旋转涂布法、喷墨印刷法或网版印刷法。
7.如权利要求6所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，该溅镀法包括通入流量介于5 sccm至50 sccm之间的一氧气气体以及流量介于20 sccm至50 sccm之间一氩气气体。
8.如权利要求1所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，该沉积程序中所通入的该硅烷气体的流量介于5 sccm至10 sccm之间。
9.如权利要求1所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，该沉积程序中还包括通入一氧化二氮气体以及一氦气气体，而所通入该氧化二氮气体的流量介于500 sccm至1000 sccm之间，所通入该氦气气体的流量介于1000 sccm至1500 sccm之间。
10.如权利要求1所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，该沉积程序中还包括进行一退火程序，而该退火程序的温度介于200°C至500°C之间。
全文摘要
一种薄膜晶体管的制作方法。于一基材上形成一栅极、一源极以及一漏极。于基材上形成一栅绝缘层，以覆盖栅极并隔绝栅极与源极以及栅极与漏极。于栅绝缘层上形成一具有绝缘特性的金属氧化物材料层。于基材上形成一含氢的氮化硅层，以覆盖源极、漏极以及具有绝缘特性的金属氧化物材料层。形成含氢的氮化硅层的方法包括进行一沉积程序，且于结束沉积程序之前，于沉积程序中通入一硅烷气体以使具有绝缘特性的金属氧化物材料层转换成一具有半导体特性的金属氧化物材料层。
文档编号H01L29/786GK102176417SQ20111005121
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月3日 优先权日2011年3月3日
发明者姜信铨, 李怀安, 赖宥豪 申请人:中华映管股份有限公司, 华映视讯(吴江)有限公司