专利名称：氧化物薄膜晶体管制程方法
技术领域：
本发明是关于ー种晶体管制造方法，特别是有关于ー种氧化物薄膜晶体管的制造方法。
背景技术：
近年来，平面显示器的发展越来越迅速，已经逐渐取代传统的阴极射线管显示器。现今的平面显示器主要有下列几种有机发光二极管显示器(Organic Light 一 EmittingDiodes Display, OLED)、电衆显不器(PlasmaDisplay Panel, PDP)、液晶显不器(LiquidCrystal Display, LCD)、以及场发射显不器(Field Emission Display, FED)等。其中控制这些平面显示器中每个像素的开启与关闭的薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)，即为这些平面显示器中相当关键性的组件之一。图1绘示公知金属氧化物薄膜晶体管结构的剖面示意图。如图1所示，公知金属氧化物薄膜晶体管结构10包含一基板101、ー栅极102设置于基板101上、一半导体绝缘层103设置于基板101与栅极102上、一金属氧化物层104设置于半导体绝缘层103上、一源极105与ー漏极106分别设置于金属氧化物层104上，且源极105与漏极106是经由蚀刻一金属层所构成。然而，公知金属氧化物薄膜晶体管10在进行源极105与漏极106的蚀刻制程时，位于源极105与漏极106下方的金属氧化物层104常会因受到金属蚀刻液的侵蚀而造成断线的情形。因此，如何有效避免金属氧化物层在源极与漏极蚀刻吋，不受蚀刻液侵蚀或其它后续制程的破坏，以提升氧化物薄膜晶体管的质量与制程良率即成为追求的目标。
发明内容
有鉴于此，本发明 提供ー种氧化物薄膜晶体管制程方法，藉由ー灰阶光罩在金属氧化物层上保留光阻层，来保护金属氧化物层不会遭到蚀刻液以及氢掺杂的破坏，进而提升氧化物薄膜晶体管的质量与制程良率。本发明的一态样是提供ー种制作氧化物薄膜晶体管的方法，包含提供一基板；形成一栅极于基板上；形成一半导体绝缘层于栅极上；形成一金属氧化物层于半导体绝缘层上；形成一第一图案化光阻层于金属氧化物层上，例如，利用一灰阶光罩形成此第一图案化光阻层；接着，第一图案化光阻层作为罩幕来蚀刻金属氧化物层形成一图案化金属氧化物层；移除部分第一图案化光阻层来形成一第二图案化光阻层；形成一金属层于半导体绝缘层、图案化金属氧化物层以及第二图案化光阻层上；形成一第三图案化光阻层于金属层上；以此第三图案化光阻层罩幕，对金属层进行蚀刻以形成一源极区与ー漏极区，并暴露出第二图案化光阻层；以及移除第三图案化光阻层以及部分此第二图案化光阻层来形成一第四图案化光阻层。在一实施例中，制作氧化物薄膜晶体管的方法还包括形成一接触洞层于金属层以及第四图案化光阻层上，并于源极区和漏极区形成奥姆接触。
在一实施例中，第一图案化光阻层具有一第一厚度以及ー第二厚度，其中第一厚度大于此第二厚度。且金属氧化物层对应此第一厚度的位置作为一信道区，金属氧化物层对应此第二厚度的位置作为源极区与漏极区。在一实施例中，移除部分第一图案化光阻层来形成一第二图案化光阻层，还包括将此第一图案化光阻移除第二厚度，来形成一具有一第三厚度的第二图案化光阻层，其中第三厚度大于第二厚度，金属氧化物层对应此第三厚度的位置作为此信道区。其中，第一厚度，第二厚度以及第三厚度间具有3:1:2的厚度比值。在一实施例中，第四图案化光阻层具有一第四厚度，金属氧化物层对应此第四厚度的位置作为信道区。在一实施例中，使用一湿式蚀刻法对此金属层进行蚀刻。依此，本发明利用一灰阶光罩在金属氧化物层上形成不同厚度的光阻层，藉以保护金属氧化物层于进行金属层的湿式蚀刻制程时，不会遭到蚀刻液的侵蚀，以及沉积接触洞层时，不会遭到氢掺杂的破坏，进而提升氧化物薄膜晶体管的质量与制程良率。
为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下图1绘示公知金属氧化物薄膜晶体管结构的剖面示意图。图2至图13绘示本发明的一较佳实施例的金属氧化物薄膜晶体管的制作方法示意图。主要组件符号说明10金属氧化物薄膜晶体管结构101 基板IO2 栅极103半导体绝缘层104金属氧化物层105 源极106 漏极20氧化物薄膜晶体管结构200 基板201 栅极202半导体绝缘层203、208金属氧化物层204、210、2071、2072 光阻层207第一图案化光阻层2073第二图案化光阻层211第三图案化光阻层2074第四图案化光阻层205灰阶光罩
2051，2052、2053 光罩区域206 光源209金属层2091 源极区2092 漏极区2093 信道区2095、2096 奥姆接触212接触洞层213透明金属层Hl第一厚度H2第二厚度H3第三厚度H4第四厚度
具体实施例方式以下为本发明较佳具体 实施例以所附图示加以详细说明，下列的说明及图标使用相同的參考数字以表示相同或类似组件，并且在重复描述相同或类似组件时则予省略。请先參考图13，图13绘示本发明的一较佳实施例的氧化物薄膜晶体管结构的剖面示意图。如图13所示，本实施例的氧化物薄膜晶体管结构20包含一基板200 ;—栅极201设置于基板200上；一半导体绝缘层202设置于基板200与栅极201上；一金属氧化物层208设置于半导体绝缘层202上；一光阻层2074、一源极区2091和一漏极区2092设置于金属氧化物层208上，且位于光阻层2074的两侧，金属氧化物层208中对应光阻层2074的位置作为信道区，其中源极区2091和漏极区2092是由金属层209所构成；一接触洞层212设置于金属层209以及光阻层2074上，并露出源极区2091和漏极区2092，接触洞层212是做为保护层用，一般是使用化学气相沉积法沉积ー层氮化硅(SiNx)层；一透明金属层213设置于接触洞层212上，可藉由ー微影蚀刻制程来形成显示器的像素电极。在本实施例中，金属氧化物层208为例如一氧化铟镓锌层(Indium Gallium Zinc Oxide, IGZO)，但不以此为限。举例而言，金属氧化物层208亦可为其它包含铟、锌、锡、镓、铅、锗、镉或上述元素组合的氧化物，例如氧化铟锌、氧化锌锡，但不以此为限。请參考图2至图13，图2至图13绘示本发明的一较佳实施例的金属氧化物薄膜晶体管的制作方法示意图。如图2所示，首先，提供一基板200。随后，于基板200上形成一金属层，再利用例如一微影蚀刻制程，但不以此为限，对该金属层进行蚀刻而构成ー栅极201。接着，如图3所示，形成一半导体绝缘层202于栅极201与基板200上。然后，形成一金属氧化物层203于半导体绝缘层202上。在一实施例中，金属氧化物层203利用真空溅镀制程于半导体绝缘层202上沉积ー氧化铟镓锌层，但不以此为限。举例而言，金属氧化物层203亦可为其它包含铟、锌、锡、镓、铅、锗、镉或上述元素组合的氧化物，例如氧化铟锌、氧化锌锡，但不以此为限。此外，在本实施例中，金属氧化物层203利用一真空镀膜制程而沉积于半导体绝缘层202上，但不以此为限，例如亦可使用一溶液成膜制程成膜于半导体绝缘层202上，或是利用其它制程加以形成。
之后，如图4所示，在金属氧化物层203上形成一光阻层204，在本实施例中，光阻层204是由树脂、感光剂及溶剂组成。接着，利用一光源206以及ー灰阶光罩(Gray LevelMask) 205对光阻层204进行ー曝光制程。在本实施例中，灰阶光罩205是放置在光源206与光阻层204之间，且本实施例光源206，例如是均匀的紫外线光源(ultraviolet ray, UVray)。其中，灰阶光罩205是利用光罩上各个区域穿透率的不同，使得曝光时，对光阻层204的曝光程度有所不同，因此经过显影后光阻层204表面就会产生高低起伏的变化。在本实施例中，为了避免后续进行源极区与漏极区蚀刻制程时，位于下方作为信道区的金属氧化物层亦受到金属蚀刻液的侵蚀，因此对应信道区的光阻层204与对应源极区与漏极区的光阻层204，于显影后要具有不同的厚度，藉以保护信道区。因此，本案的灰阶光罩205具有三个穿透率不同的光罩区域2051，2052和2053，在一实施例中，光罩区域2053的穿透率最佳，光罩区域2052次之，光罩区域2051最低，因此，于显影后，当对应光罩区域2053处的光阻层204完全移除后，对应光罩区域2051和光罩区域2052的光阻层会保留于金属氧化物层203上，且会具有不同的厚度，而形成如图5所示的第一图案化光阻层207。由于光罩区域2052的穿透率高于光罩区域2053，因此显影后的第一图案化光阻层207将具有两不同厚度，第一厚度Hl和第二厚度H2，其中对应信道区的光阻层2071具有第一厚度H1，对应源极区与漏极区的光阻层2072具有第二厚度H2，第一厚度Hl为第二厚度H2的三倍。也就是说，光阻层2071厚度与光阻层2072厚度的比值约为3:1，亦即第一厚度Hl和第二厚度H2的比值约为3:1。接着，如图6所示，以第一图案化光阻层207为罩幕对金属氧化物层203进行蚀亥IJ，以形成图案化金属氧化物层208。接着，如图7所示，在蚀刻结束后进行第一图案化光阻层207的灰化制程，直到移除光阻层2072，暴露出部分图案化金属氧化物层208的表面，在一实施例中，由于光阻层2071厚度为光阻层2072厚度的三倍，因此于灰化制程移除光阻层2072后，仍然保有未被灰化的光阻层作为第二图案化光阻层2073，其中，第二图案化光阻层2073具有一第三厚度H3，第三厚度H3约为原本光阻层2071厚度的2/3，因此光阻层2071厚度与光阻层2072厚度和第二图案化光阻层2073厚度的比值约为3:1:2，亦即第一厚度H1、第二厚度H2和第三厚度H3的比值约为3:1:2。
随后,如图8所不,形成一金属层209于图案化金属氧化物层208、第二图案化光阻层2073和半导体绝缘层202上。接着，形成一光阻层210于金属层209之上，在一实施例中，光阻层210的厚度小于第二图案化光阻层2073。其中，在本实施例中，构成栅极201的金属层与金属层209可分别为ー単一金属层，例如铝、钥、钛、铬、铜、上述金属的合金或其化合物，或ー复合金属层，例如包含铝、钥、钛、铬、铜、上述金属的合金或其化合物中至少两者的复合金属。接着，如图9所示，对光阻层210进行曝光，再对曝光后的光阻层210进行显影，来形成第三图案化光阻层211，来定义出源极区2091、漏极区2092与信道区2093。接着，如图10所示，以第三图案化光阻层211为罩幕对金属层209进行蚀刻，例如，利用一湿式蚀刻制程移去除未被该第三图案化光阻层211覆盖的部分金属层209，以于金属层209处定义出源极区2091，漏极区2092和信道区2093的位置。其中第二图案化光阻层2073作为湿式蚀刻制程时对作为信道区2093的金属氧化物层208的保护用。接着，如图11所示，进行第三图案化光阻层211的灰化制程，此时部分的第二图案化光阻层2073亦会被移除，但因为光阻层210的厚度小于第二图案化光阻层2073，亦即第三图案化光阻层211的厚度小于第ニ图案化光阻层2073，因此于光阻灰化制程结束后，仍然保有未被灰化的光阻层而形成第四图案化光阻层2074，其中第四图案化光阻层2074具有一第四厚度H4，在一实施例中，第四图案化光阻层2074的厚度约为原本第二图案化光阻层2073厚度的一半，亦即第四厚度H4约为第三厚度H3的一半。因此，光阻层2071、第二图案化光阻层2073和第四图案化光阻层2074的厚度比值为3:2:1，亦即第ー厚度111、第三厚度113和第四厚度H4的比值约为3:2:1。在另ー实施例中，亦可采用不同显影速度的光阻液来分别形成光阻层210和第二图案化光阻层2073，则此时，则不限制光阻层210的厚度要小于第二图案化光阻层2073。接着，如图12所示，于光阻层2074以及金属层209上形成一接触洞(contacthole, CH)层212以及进行源极区2091和漏极区2092的奥姆接触(ohmic contact) 2095和2096制作，其中接触洞层是做为保护层用，一般是使用化学气相沉积法沉积ー层氮化硅(SiNx)层作为接触洞层212，由于在进行接触洞层212以及奥姆接触制作的过程中会牵涉到氢掺杂(H-doping)，藉由光阻层2074覆盖于作为信道区2074的金属氧化物层208之上，可避免此部分的金属氧化物层208因为氢掺杂而转变为导体，而破坏晶体管的电性。接着，如图13所示，图案化此接触洞层212以露出源极区2091和漏极区2092区域，并沉积一作为像素电极和导电电极的透明金属层213，此金属层的材料，例如为氧化锌掺杂铟(IndiumZinc Oxide, IZ0)或铟锡氧化物(Indium TinOxide, ITO)的透明导电薄膜。最后，可图案化金属层213来完成后续的导线连接结构和像素电极的制作。综合上述所言，本发明利用一灰阶光罩在金属氧化物层上形成厚度不一的光阻层，其中作为信道区的金属氧化物层上具有最厚的光阻层，藉以于其后进行金属层湿式蚀刻制程时作为保护层，以避免信道区的金属氧化物层被蚀刻而造成断线问题；以及于金属氧化物层上沉积接触洞层时作为停止层，避免沉积过程中所使用的氢掺杂造成信道区的金属氧化物层转变为导体，进而提升氧化物薄膜晶体管的质量与制程良率。虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内 ，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视前述的申请专利范围所界定者为准。
权利要求
1.一种制作氧化物薄膜晶体管的方法，其特征在于，包含 提供一基板； 形成一栅极于该基板上； 形成一半导体绝缘层于该栅极上； 形成一金属氧化物层于该半导体绝缘层上； 形成一第一图案化光阻层于该金属氧化物层上，其中是利用一灰阶光罩形成该第一图案化光阻层； 利用该第一图案化光阻层为罩幕蚀刻该金属氧化物层来形成一图案化金属氧化物层； 移除部分该第一图案化光阻层来形成一第二图案化光阻层； 形成一金属层于该半导体绝缘层、该图案化金属氧化物层以及该第二图案化光阻层上； 形成一第三图案化光阻层于该金属层上； 以该第三图案化光阻层为罩幕，对该金属层进行蚀刻以形成一源极区与一漏极区，并暴露出该第二图案化光阻层；以及 移除该第三图案化光阻层以及部分该第二图案化光阻层来形成一第四图案化光阻层。
2.如权利要求1所述的制作氧化物薄膜晶体管的方法，其特征在于，还包括形成一接触洞层于该金属层以及该第四图案化光阻层上，以及于该源极区和该漏极区形成一奥姆接触。
3.如权利要求1所述的制作氧化物薄膜晶体管的方法，其特征在于，该第一图案化光阻层具有一第一厚度以及一第二厚度，其中该第一厚度大于该第二厚度。
4.如权利要求3所述的制作氧化物薄膜晶体管的方法，其特征在于，该金属氧化物层对应该第一厚度的位置作为一信道区，该金属氧化物层对应该第二厚度的位置作为该源极区与该漏极区。
5.如权利要求3所述的制作氧化物薄膜晶体管的方法，其特征在于，移除部分该第一图案化光阻层来形成该第二图案化光阻层，还包括将该第一图案化光阻移除该第二厚度，来形成一具有一第三厚度的该第二图案化光阻层，其中该第三厚度大于该第二厚度，该金属氧化物层对应该第三厚度的位置作为该信道区。
6.如权利要求5所述的制作氧化物薄膜晶体管的方法，其特征在于，该第一厚度、该第二厚度以及该第三厚度间具有3:1:2的厚度比值。
7.如权利要求6所述的制作氧化物薄膜晶体管的方法，其特征在于，该第四图案化光阻层具有一第四厚度，该金属氧化物层对应该第四厚度的位置作为该信道区。
8.如权利要求7所述的制作氧化物薄膜晶体管的方法，其特征在于，该第一厚度、该第三厚度和该第四厚度的比值约为3:2:1
9.如权利要求1所述的制作氧化物薄膜晶体管的方法，其特征在于，对该金属层进行蚀刻是使用一湿式蚀刻法对该金属层进行蚀刻。
全文摘要
本发明提供一种制作氧化物薄膜晶体管的方法，包含依序于基板上形成栅极、半导体绝缘层以及金属氧化物层，接着于金属氧化物层上利用一灰阶光罩形成第一图案化光阻层，并以第一图案化光阻层作为罩幕形成一图案化金属氧化物层，并移除部分第一图案化光阻层来形成第二图案化光阻层，接着依序形成一金属层以及第三图案化光阻层，并以第三图案化光阻层为罩幕，对金属层进行蚀刻以形成源极区与漏极区，并暴露出第二图案化光阻层，以及移除第三图案化光阻层以及部分的第二图案化光阻层来形成一第四图案化光阻层。
文档编号H01L29/786GK103050441SQ20121052828
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者吴德峻 申请人:华映视讯(吴江)有限公司, 中华映管股份有限公司