专利名称：薄膜晶体管的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种薄膜晶体管的制作方法，尤指一种具有氧化物半导体层的薄膜晶体管利用局部雷射处理来降低氧化物半导体层与源极电极/汲极电极之间接触阻抗的制作方法。
背景技术：
近年来，各种平面显示器的应用发展迅速，各类生活用品例如电视、行动电话、 汽机车、甚至是冰箱，都可见与平面显示器互相结合的应用。而薄膜晶体管(thin film transistor, TFT)是一种广泛应用于平面显示器技术的半导体组件，例如应用在液晶显示器(liquid crystal display, LCD)、有机发光二极管(organic light emitting diode, OLED)显示器及电子纸(electronic paper, Ε-paper)等显示器中。薄膜晶体管是利用来提供电压或电流的切换，以使得各种显示器中的显示画素可呈现出亮、暗以及灰阶的显示效果。目前显示器业界使用的薄膜晶体管可根据使用的半导体层材料来做区分，包括非晶硅薄膜晶体管(amorphous silicon TFT, a-Si TFT)、多晶硅薄膜晶体管(poly silicon TFT)以及氧化物半导体薄膜晶体管(oxide semiconductor TFT)。其中非晶硅薄膜晶体管由于具有制程技术成熟以及良率高的优点，目前仍是显示器业界中的主流。但非晶硅薄膜晶体管受到非晶硅半导体材料本身特性的影响，使其电子迁移率(mobility)无法大幅且有效地藉由制程或组件设计的调整来改善(目前非晶硅薄膜晶体管的电子迁移率大体上在1 cm2/Vs以内)，故无法满足目前可见的未来更高规格显示器的需求。而多晶硅薄膜晶体管受惠于其多晶硅材料的特性，于电子迁移率上有大幅的改善(多晶硅薄膜晶体管的电子迁移率大体上最佳可达100 cm7Vs)。但由于多晶硅薄膜晶体管的制程复杂(相对地成本提升)且于大尺寸面板应用时会有结晶化制程导致结晶程度均勻性不佳的问题存在， 故目前多晶硅薄膜晶体管仍以小尺寸面板应用为主。而氧化物半导体薄膜晶体管则是应用近年来新崛起的氧化物半导体材料，此类材料一般为非晶相(amorphous)结构，没有应用于大尺寸面板上均勻性不佳的问题，且可利用多种方式成膜，例如溅镀(sputter)、旋涂 (spin-on)以及印刷(inkjet printing)等方式。因此在制程上甚至还较非晶硅薄膜晶体管更有制程简化的弹性。而氧化物半导体薄膜晶体管的电子迁移率一般可较非晶硅薄膜晶体管高10倍以上(氧化物半导体薄膜晶体管的电子迁移率大体上介于10 cm2/Vs到50 cm2/Vs之间)，因此氧化物半导体薄膜晶体管被视为未来取代非晶硅薄膜晶体管的最佳解答。于习知的非晶硅薄膜晶体管结构中，会于非晶硅半导体层与源极/汲极电极间穿插一掺杂层以产生奥姆接触(ohmic contact)，故此掺杂层又称奥姆接触层(ohmic contact layer)。而于一般氧化物半导体薄膜晶体管的结构中，氧化物半导体层可与一些源极/汲极电极材料例如钼(molybdenum，Mo)、铝(aluminum，Al)、以及氧化铟锡(indium tin oxide, IT0)等形成奥姆接触，故一般为简化制程会将奥姆接触层的设计移除。然而，氧化物半导体与其它可能的源极/汲极电极材料例如铬(chromium，Cr)与钛(titanium， Ti)等材料间的接触阻抗仍偏高到明显影响氧化物半导体薄膜晶体管的整体电性表现。因此，为了使氧化物半导体薄膜晶体管所能搭配的源极/汲极电极材料范围扩大且使氧化物半导体薄膜晶体管的效能提升，有必要对氧化物半导体与源极/汲极电极间的接触阻抗进行改善。 目前一般熟知改善氧化物半导体与源极/汲极电极间的接触阻抗的做法是使用电浆处理(plasma treatment)以将部分预计与源极/汲极电极接触的氧化物半导体区域的电阻率降低。然而，由于电浆处理是一全面性的制程，故仍需再搭配一图案化遮障层对部分氧化物半导体区域进行保护以避免受到电浆处理的影响。而此图案化遮障层的制作步骤包括真空镀膜以及黄光蚀刻制程等。因此，不仅会增加氧化物半导体薄膜晶体管的制程复杂度，对于整体的成本及良率上更会有负面的影响。
发明内容
本发明的主要目的的一在于提供一种薄膜晶体管的制作方法，以局部雷射处理来有效地降低氧化物半导体层与源极电极/汲极电极之间的接触阻抗。本发明的一较佳实施例提供一种薄膜晶体管的制作方法，包括下列步骤提供一基板、形成一间极电极、形成一间极介电层、形成一图案化氧化物半导体层、形成一源极电极与汲极电极以及进行一局部雷射处理。局部雷射处理是利用一激光束照射部分的图案化氧化物半导体层，以使得被激光束照射的图案化氧化物半导体层的电阻率小于未被激光束照射的图案化氧化物半导体层的电阻率。其中，至少部分经过激光束照射的图案化氧化物半导体层与源极电极或汲极电极接触。本发明利用局部雷射处理，选择性地降低部分区域的图案化氧化物半导体层的电阻率，进而达到降低氧化物半导体层与源极电极/汲极电极之间的接触阻抗且提升氧化物薄膜晶体管组件效能的目的。同时，藉由此制作方式，亦可使氧化物半导体薄膜晶体管的源极电极/汲极电极的材料选择范围得以扩大，大幅提升氧化物半导体薄膜晶体管制程设计的弹性。
图1至图3绘示了本发明的第一较佳实施例的薄膜晶体管的制作方法示意图。图4至图5绘示了本发明的第二较佳实施例的薄膜晶体管的制作方法示意图。图6至图7绘示了本发明的第三较佳实施例的薄膜晶体管的制作方法示意图。图8绘示了本发明的第四较佳实施例的薄膜晶体管的示意图。图9至图10绘示了本发明的第五较佳实施例的薄膜晶体管的制作方法示意图,主要组件符号说明
10基板 11
12闸极介电层 13
13C通道区 13D
13A区域 13T
14A源极电极 14B
闸极电极
图案化氧化物半导体层非通道区区域
汲极电极
415S 激光束
15局部雷射处理
20薄膜晶体管
22薄膜晶体管
24薄膜晶体管。
16 图案化保护层 21 薄膜晶体管 23 薄膜晶体管
具体实施例方式在本说明书及后续的申请专利范围当中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属领域中具有通常知识者应可理解，制作商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本说明书及后续的申请专利范围并不以名称的差异来作为区别组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区别的基准。在通篇说明书及后续的请求项当中所提及的「包括」是为一开放式的用语，故应解释成「包括但不限定于」。再者，为使熟习本发明所属技术领域的一般技艺者能更进一步了解本发明，下文特列举本发明的数个较佳实施例，并配合所附图式，详细说明本发明的构成内容。需注意的是图式仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。请参考图1至图3。图1至图3绘示了本发明第一较佳实施例的薄膜晶体管的制作方法示意图。在本实施例中，薄膜晶体管20是为一种反转堆栈(Inverted Staggered) 结构。如图1至图3所示，本实施例的制作方法包括以下步骤。首先，提供一基板10。在本实施例中，基板10包括硬质基板例如玻璃基板、可挠式基板或依需求选用其它适合的基板，以应用于各种显示用途。随后，于基板10上形成一闸极电极11。接着，形成一闸极介电层12覆盖基板10与闸极电极11。然后，于闸极介电层12上形成一图案化氧化物半导体层 13。之后，如图2所示，对部分的图案化氧化物半导体层13进行一局部雷射处理15，利用一激光束15S照射部分的图案化氧化物半导体层13，以使经过激光束15S照射后的图案化氧化物半导体层13的区域13T的电阻率小于未经过激光束15S照射的图案化氧化物半导体层13的区域13A的电阻率。接着，如图3所示，形成一源极电极14A与一汲极电极14B，以使至少部分经过激光束15S照射的区域13T与源极电极14A或汲极电极14B接触。在本实施例中，源极电极14A与汲极电极14B是完全覆盖区域13T且覆盖部分的区域13A。在本发明的其它实施例中，可视设计需要选择性地使源极电极14A/汲极电极14B仅局部性地覆盖区域13T，或使源极电极14A/汲极电极14B向外延伸而覆盖于闸极介电层12上。值得注意的是，在本实施例中，由于局部雷射处理15可选择性地对特定区域进行处理，故仅需调整局部雷射处理15的制程参数即可对区域13T的范围大小进行控制，而不需使用额外的屏蔽定义出区域13T的范围。相对于电浆处理需搭配额外的真空镀膜与黄光蚀刻制程，本发明中的局部雷射处理15具有制程简单化及制程弹性大等优点。同时，在本实施例中，局部雷射处理15的激光束15S的一波长例如可大体上介于250奈米至500奈米之间，以有效地将雷射波长调整至可对区域13T达到使其电阻率降低的作用，但本发明并不以此为限， 例如激光束15S的波长可视图案化氧化物半导体层13的材料不同或其它因素而加以变更。 在本发明中，图案化氧化物半导体层13的材料可包括II-VI族化合物(例如氧化锌，ZnO)、 II-VI族化合物掺杂碱土金属(例如氧化锌镁，ZnMgO)、II-VI族化合物掺杂IIIA族元素 (例如氧化铟镓锌，IGZ0)、II-VI族化合物掺杂VA族元素(例如氧化锡锑，SnSbO2)、II-VI 族化合物掺杂VIA族元素(例如氧硒化锌，ZnSeO)、II-VI族化合物掺杂过渡金属(例如氧化锌锆，ZnZrO)，或其它的藉由以上提及的元素总类混合搭配形成的具有半导体特性的氧化物，但图案化氧化物半导体层13的材料并不以此为限。另外，形成图案化氧化物半导体层13的方法可包括真空镀膜、旋转涂布、喷墨印刷、网印或其它适合的制作方法。下文将针对本发明的薄膜晶体管的不同实施样态进行说明，且为简化说明，各实施例中相同的组件是以相同标号进行标示，而以下说明主要针对各实施例不同的处进行详述，并不再对相同的处作重复赘述。接着请参考图4至图5。图4至图5绘示了本发明的第二较佳实施例的薄膜晶体管的制作方法示意图。在本实施例中，薄膜晶体管21是为一堆栈(daggered)结构。如图 4及图5所示，本实施例的制作方法包括以下步骤。首先，提供一基板10，于基板10上形成一图案化氧化物半导体层13。接着，对部分的图案化氧化物半导体层13进行一局部雷射处理15，利用一激光束15S照射部分的图案化氧化物半导体层13，以使经过激光束15S照射的图案化氧化物半导体层13的区域13T的电阻率小于未经过激光束15S照射的图案化氧化物半导体层13的区域13A的电阻率。然后，如图5所示，形成一源极电极14A与一汲极电极14B，以使至少部分经过激光束15S照射的区域13T与源极电极14A或汲极电极14B 接触。之后，形成一闸极介电层12覆盖基板10、源极电极14A/汲极电极14B、以及图案化氧化物半导体层13。然后，再于闸极介电层12上形成一闸极电极11。值得注意的是，在本实施例中，源极电极14A与汲极电极14B是完全覆盖区域13T且覆盖部分的区域13A。在本发明的其它实施例中，可视设计需要选择性地使源极电极14A/汲极电极14B仅局部性地覆盖区域13T，或使源极电极14A/汲极电极14B向外延伸而覆盖于基板10之上。请参考图6与图7。图6与图7绘示了本发明第三较佳实施例的薄膜晶体管的制作方法示意图。在本实施例中，薄膜晶体管22是为一种反转共平面(Inverted Coplanar) 结构。如图6与图7所示，本实施例的制作方法包括以下步骤。首先，提供一基板10，于基板10上形成一闸极电极11。接着，形成一闸极介电层12覆盖基板10与闸极电极11。然后，于闸极介电层12上形成一源极电极14A与一汲极电极14B。之后，于闸极介电层12以及源极电极14A与汲极电极14B上形成一图案化氧化物半导体层13。接着，如图7所示，进行一局部雷射处理15，利用一激光束15S照射部分的图案化氧化物半导体层13，以使经过激光束15S照射的图案化氧化物半导体层13的区域13T的电阻率小于未经过激光束15S照射的图案化氧化物半导体层13的区域13A的电阻率。如图6所示，在本实施例中，图案化氧化物半导体层13是完全覆盖源极电极14A与汲极电极14B，且图案化氧化物半导体层13是完全覆盖源极电极14A与汲极电极14B间的闸极介电层12。而于本发明的其它实施例中， 可视设计需要，使图案化氧化物半导体层13仅覆盖部分的源极电极14A与部分的汲极电极 14B，且使图案化氧化物半导体层13仅覆盖部分源极电极14A与汲极电极14B间的闸极介电层12。此外，在本实施例中，设置于源极电极14A与汲极电极14B间的闸极介电层12上的图案化氧化物半导体层13是定义为通道区13C，而图案化氧化物半导体层13其它的部分是定义为非通道区13D。值得注意的是，在本实施例中，经过激光束15S照射的图案化氧化物半导体层13的区域13T包括非信道区13D与部分通道区13C。由于区域13T的范围大小可经由调整局部雷射处理15的制程参数来进行控制，因此于本发明的其它实施例中，区域 13T可仅包括部分非通道区或同时包括部分非信道区与部分信道区。设计者可依据对于薄膜晶体管不同的电性需求，弹性地调整经过局部雷射处理15的图案化氧化物半导体层13 的区域13T的范围大小。
接着请参考图8。图8绘示了本发明的第四较佳实施例的薄膜晶体管的示意图。 在本实施例中，薄膜晶体管23是为一共平面(Coplanar)结构。如图8所示，本实施例的制作方法包括以下步骤。首先，提供一基板10，于基板10上形成一源极电极14A与一汲极电极14B。接着，形成一图案化氧化物半导体层13，并对部分的图案化氧化物半导体层13进行一局部雷射处理15(图未示)，利用一激光束15S(图未示)照射部分的图案化氧化物半导体层13，以使经过激光束15S照射的图案化氧化物半导体层13的区域13T的电阻率小于未经过激光束15S照射的图案化氧化物半导体层13的区域13A的电阻率。之后，形成一闸极介电层12覆盖基板10以及图案化氧化物半导体层13。然后，再于闸极介电层12上形成一闸极电极11。如图8所示，在本实施例中，图案化氧化物半导体层13是完全覆盖源极电极14A与汲极电极14B，且图案化氧化物半导体层13是完全覆盖源极电极14A与汲极电极 14B间的基板10。而于本发明的其它实施例中，可视设计需要，使图案化氧化物半导体层13 仅覆盖部分的源极电极14A与部分的汲极电极14B，且使图案化氧化物半导体层13仅覆盖部分源极电极14A与汲极电极14B间的基板10。此外，本实施例中区域13T的范围与控制方法与上述的第三较佳实施例相同，在此不再赘述。请参考图9与图10。图9与图10绘示了本发明第五较佳实施例的薄膜晶体管的制作方法示意图。在本实施例中，薄膜晶体管对是为一种具有蚀刻阻挡(Etching Stop)结构的反转堆栈(Inverted Staggered)结构。如图9与图10所示，本实施例的制作方法包括以下步骤。首先，提供一基板10，于基板10上形成一闸极电极11。接着，形成一闸极介电层12覆盖基板10与闸极电极11。然后，于闸极介电层12上形成一图案化氧化物半导体层13。接着，于图案化氧化物半导体层13上形成一图案化保护层16。其中，图案化保护层 16至少覆盖部分的图案化氧化物半导体层13。接着，如图9所示，对部分的图案化氧化物半导体层13进行一局部雷射处理15，利用一激光束15S照射部分的图案化氧化物半导体层 13，以使经过激光束15S照射的图案化氧化物半导体层13的区域13T的电阻率小于未经过激光束15S照射的图案化氧化物半导体层13的区域13A的电阻率。然后，如图10所示，形成一源极电极14A与一汲极电极14B，以使至少部分经过激光束15S照射的区域13T与源极电极14A或汲极电极14B接触。在本实施例中，源极电极14A与汲极电极14B是完全覆盖区域13T且并无覆盖图案化氧化物半导体层13的区域13A。在本发明的其它实施例中，可视设计需要选择性地使源极电极14A/汲极电极14B仅局部性地覆盖区域13T，或使源极电极14A/汲极电极14B向外延伸而覆盖于闸极介电层12上。值得注意的是，在本实施例中， 区域13T的范围涵盖了全部未被图案化保护层16所覆盖的图案化氧化物半导体层13的区域。然而，由于局部雷射处理15可选择性地对特定区域进行处理，故在本发明的其它实施例中，区域13T可视设计需求而仅包括部分未被图案化保护层16所覆盖的图案化氧化物半导体层的区域。此外，在本实施例中，图案化保护层16可用于进行形成源极电极14A/汲极电极14B的蚀刻制程时，对部分的图案化氧化物半导体层13产生保护的作用，避免选择比较差的蚀刻制程对图案化氧化物半导体层13产生破坏。同时，图案化保护层16亦可用于进行局部雷射处理15时，保护不欲降低电阻率的图案化氧化物半导体层13的区域不受到局部雷射处理15的影响。如此亦可避免因局部雷射处理15的制程变异而影响到薄膜晶体管的电性表现。本发明利用局部雷射处理可选择性地就特定区域进行处理的特性，将薄膜晶体管中氧化物半导体层与源极电极/汲极电极接触的部分区域的电阻率降低，进而使于氧化物半导体层与源极电极/汲极电极之间的接触阻抗降低而提升薄膜晶体管的组件效能。同时，亦使氧化物半导体薄膜晶体管的源极电极/汲极电极的材料选择范围得以扩大，进而提升氧化物半导体薄膜晶体管制程设计的弹性。 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，包括提供一基板；于该基板上形成一闸极电极；于该基板上形成一闸极介电层；于该基板上形成一图案化氧化物半导体层；于该基板上形成一源极电极与一汲极电极；以及进行一局部雷射处理，利用一激光束照射部分的该图案化氧化物半导体层，以使得被该激光束照射的该图案化氧化物半导体层的电阻率小于未被该激光束照射的该图案化氧化物半导体层的电阻率，且使至少部分经过该激光束照射的该图案化氧化物半导体层与该源极电极或该汲极电极接触。
2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于所述源极电极/汲极电极是于该图案化氧化物半导体层之前形成，且该局部雷射处理是于该源极电极/汲极电极形成之前进行。
3.根据权利要求1所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于所述图案化氧化物半导体层是于该源极电极/汲极电极之前形成，且该局部雷射处理是于该源极电极/汲极电极形成之后进行。
4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于所述图案化氧化物半导体层包括II-VI族化合物。
5.根据权利要求4所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于所述图案化氧化物半导体层更包括碱土金属、IHA族元素、VA族元素、VIA族元素或过渡金属的其中至少一者。
6.根据权利要求4所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于其中形成该图案化氧化物半导体层的方法包括真空镀膜、旋转涂布、喷墨印刷或网印。
7.根据权利要求1所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于所述基板包括一硬质基板或一可挠式基板。
8.根据权利要求7所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于所述硬质基板包括一玻璃基板。
9.根据权利要求1所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于所述局部雷射处理的该激光束的一波长大体上是介于250奈米至500奈米之间。
10.根据权利要求1所述的薄膜晶体管的制作方法，其特征在于更包括于该图案化氧化物半导体层上形成一图案化保护层，以保护部份该图案化氧化物半导体层不受该局部雷射处理的影响，其中该图案化保护层是形成于该源极电极/汲极电极之前，且该局部雷射处理是于该源极电极/汲极电极形成之前进行。
全文摘要
本发明提供一种薄膜晶体管的制作方法，此制作方法包括提供一基板、形成一闸极电极、形成一闸极介电层、形成一图案化氧化物半导体层、形成一源极电极与汲极电极以及进行一局部雷射处理。局部雷射处理是利用一激光束照射部分的图案化氧化物半导体层，以使得被激光束照射的图案化氧化物半导体层的电阻率小于未被激光束照射的图案化氧化物半导体层的电阻率。本发明利用局部雷射处理，选择性地降低部分区域的图案化氧化物半导体层的电阻率，进而达到降低氧化物半导体层与源极电极/汲极电极之间的接触阻抗且提升氧化物薄膜晶体管组件效能的目的。
文档编号H01L21/027GK102157386SQ20111006641
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月19日 优先权日2011年3月19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, 福州华映视讯有限公司