專利名稱：像素電極的開關(guān)元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜晶體管的開關(guān)元件，特別是涉及一種像素電極的開關(guān)元件及其制造方法。
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，作為像素電極的開關(guān)元件。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。此薄膜晶體管結(jié)構(gòu)100包括一基板110、一柵極120、一柵極絕緣層130、一通道層(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，包含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。由于銅和銅合金材料具有相當(dāng)?shù)偷碾娮?，所以是用來作為柵極材料的最佳選擇。然而，銅材料和玻璃基板之間的附著性(adhesion)不佳，而且銅元素也會擴散到絕緣層(例如SiO2層)內(nèi)，而影響元件品質(zhì)。更者，由于銅材料容易變形，所以特別是在進行膜沉積的等離子體工藝(例如是等離子體加強化學(xué)氣相沉積，PECVD)中，銅材料會和等離子體工藝中的氣體反應(yīng)而造成銅材料表面粗糙(roughness)以及增加阻值等不良影響。
在美國專利第6562668號中，Jang等人有揭示一種薄膜晶體管結(jié)構(gòu)。該方法是采用氧化鋁或氮化鋁來當(dāng)作是銅柵極與玻璃基板之間的黏著層(adhesion layer)，以及銅柵極的蓋層。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的之一就是增進基板與柵極間的附著力。
本發(fā)明的另一目的就是提供一種防止金屬柵極的擴散問題。
為達上述目的，本發(fā)明一優(yōu)選實施例的方法主要包括下列步驟。
首先，形成一柵極于一基板上方。之后，形成一柵極絕緣層于上述柵極上方。
其中，還包括形成一緩沖層于上述柵極與上述基板之間以及/或位于上述柵極與上述柵極絕緣層之間。其中，上述緩沖層包括硅化鉭(TaSix)、氮硅化鉭(TaSixNy)、硅化鈦(TiSix)、氮硅化鈦(TiSixNy)、硅化鎢(WSix)、氮硅化鎢(WSixNy)、或氮碳化鎢(WCxNy)，且上述緩沖層作為擴散阻障層。其中，上述柵極被上述緩沖層覆蓋。
然后，形成一半導(dǎo)體層于上述柵極絕緣層上方，并且形成一源/漏極于部分上述半導(dǎo)體層上方。之后，形成一像素電極，電連接于該源極或漏極。
本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的方法主要包括下列步驟。
首先，形成一柵極于一基板上方。之后，形成一柵極絕緣層于上述柵極上方。
其中，還包括形成第一緩沖層于上述柵極與上述基板之間以及/或位于上述柵極與上述柵極絕緣層之間。其中，上述第一緩沖層包括硅化鉭(TaSix)、氮硅化鉭(TaSixNy)、硅化鈦(TiSix)、氮硅化鈦(TiSixNy)、硅化鎢(WSix)、氮硅化鎢(WSixNy)、或氮碳化鎢(WCxNy)，且上述第一緩沖層作為擴散阻障層。而且，上述柵極被上述第一緩沖層覆蓋。
然后，形成一半導(dǎo)體層于上述柵極絕緣層上方，并且形成一源/漏極于部分上述半導(dǎo)體層上方。之后，形成一像素電極，電連接于該源極或漏極。
其中，更包括形成第二緩沖層于上述半導(dǎo)體層與上述源/漏極之間。其中，上述第二緩沖層包括硅化鉭(TaSix)、氮硅化鉭(TaSixNy)、硅化鈦(TiSix)、氮硅化鈦(TiSixNy)、硅化鎢(WSix)、氮硅化鎢(WSixNy)、或氮碳化鎢(WCxNy)，且上述第二緩沖層作為擴散阻障層。
本發(fā)明以硅化鉭、氮硅化鉭、硅化鈦、氮硅化鈦、硅化鎢、氮硅化鎢、或氮碳化鎢等材料，作為附著力促進層或擴散阻障層，可以增進基板與柵極間的附著力或防止金屬柵極的擴散問題。
本發(fā)明除了可以應(yīng)用在底柵極型(bottom-gate type)之外，亦可以應(yīng)用在頂柵極型(top-gate type)薄膜晶體管元件上。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，以下配合附圖以及優(yōu)選實施例，以更詳細地說明本發(fā)明。


圖1是現(xiàn)有薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
圖2A-2D是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的工藝剖面示意圖。
圖3A-3D是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
圖4A-4E是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
簡單符號說明100、200、300、400～薄膜晶體管結(jié)構(gòu)；110、210、310、410～基板；120、220、320、420～柵極；130、230、330、430～柵極絕緣層；140、240、340、440～通道層；150、250、350、450～歐姆接觸層；160、260、360、460～源極；170、270、370、470～漏極；215、415～材料層；215’、415’～附著促進層；217、417～金屬層；325、425～擴散阻障層。
具體實施例方式
第一實施例依照本發(fā)明一優(yōu)選實施例，此方法包括下列主要步驟。
如圖2A所示，使用濺射法形成材料層215于基板210上。其中，此材料層215包括硅化鉭、氮硅化鉭、硅化鈦、氮硅化鈦、硅化鎢、氮硅化鎢，且厚度約介于5與200納米之間。此基板210包括玻璃基板或塑料基板。
在其它實施例中，可以使用原子層沉積法(Atomic-Layer Deposition)形成材料層215于基板210上。其中，此材料層215包括氮碳化鎢，且厚度約介于5與200納米之間。接著，使用化學(xué)氣相沉積法、電化學(xué)電鍍(electrochemical plating；ECP)或濺射法(sputter deposition)形成金屬層217于此材料層215上。
如圖2B所示，進行一光刻蝕刻工藝，而形成附著促進層215’與柵極220于基板210上方。此柵極220包括銅、鋁、銀、或上述金屬的合金，且厚度約介于100與500納米之間。
如圖2C所示，先順應(yīng)性地形成柵極絕緣層230于此柵極220上方。然后，形成半導(dǎo)體層(未顯示)于此柵極絕緣層230上。其中，此柵極絕緣層230的形成方法包括化學(xué)氣相沉積法、等離子體增強型化學(xué)氣相沉積法、物理氣相沉積法或濺射法。此柵極絕緣層230包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化鉭、氧化鋁、含碳氧類的硅化合物、含碳氫氧類的硅化合物、含碳類的硅化合物、含氟類的碳化合物、或以硅或碳為中心的星狀結(jié)構(gòu)化合物，且此柵極絕緣層230的厚度約介于50與500納米之間。
而此半導(dǎo)體層例如包括經(jīng)由化學(xué)氣相沉積法所沉積的非晶硅層(amorphous silicon layer)與經(jīng)摻雜的硅層(impurity-doped silicon layer)。之后，通過傳統(tǒng)的光刻工藝圖案化上述半導(dǎo)體層而形成通道層240以及歐姆接觸層250。其中，此歐姆接觸層250例如是摻雜n型離子(例如P或As)的硅層或是摻雜p型離子(例如B)的硅層，且厚度約介于10與100納米之間。而此通道層240則是未摻雜的非晶硅層，且厚度約介于50與200納米之間。
如圖2D所示，使用化學(xué)氣相沉積法、電化學(xué)電鍍法(electrochemicalplating；ECP)或濺射法(sputter deposition)形成一金屬層(未顯示)于此歐姆接觸層250上，接著選擇性地蝕刻此金屬層與此歐姆接觸層250至曝露出此通道層240的部分表面，以形成由金屬組成的源/漏極260/270于此半導(dǎo)體層上方，而可得到薄膜晶體管結(jié)構(gòu)200。之后，形成像素電極(圖未顯示)，電連接于該源極260或漏極270。該薄膜晶體管結(jié)構(gòu)200即成為像素電極的開關(guān)元件。此源/漏極260/270包括銅、鋁、銀、或上述金屬的合金，且厚度約介于100與500納米之間。
第二實施例依照本發(fā)明一優(yōu)選實施例，此方法包括下列主要步驟。
如圖3A所示，使用化學(xué)氣相沉積法、電化學(xué)電鍍法(electrochemicalplating；ECP)或濺射法(sputter deposition)形成一金屬層(未顯示)于一基板310上。接著，進行光刻蝕刻工藝，而形成柵極320于基板310上方。此基板310包括玻璃基板或塑料基板。此柵極320包括銅、鋁、銀、或上述金屬的合金，且厚度約介于100與500納米之間。
如圖3B所示，使用濺射法，順應(yīng)性地形成擴散阻障層325于此柵極320上。其中，此擴散阻障層325包括硅化鉭、氮硅化鉭、硅化鈦、氮硅化鈦、硅化鎢、或氮硅化鎢，且厚度約介于5與200納米之間。
在其它實施例中，可以使用原子層沉積法(Atomic-Layer Deposition)，順應(yīng)性地形成擴散阻障層325于基板310上。其中，此擴散阻障層325包括氮碳化鎢，且厚度約介于5與200納米之間。
如圖3C所示，順應(yīng)性地形成柵極絕緣層330于此擴散阻障層325上方。然后，形成半導(dǎo)體層(未顯示)于此柵極絕緣層330上。其中，此柵極絕緣層330的形成方法包括化學(xué)氣相沉積法、等離子體增強型化學(xué)氣相沉積法、物理氣相沉積法或濺射法。此柵極絕緣層330包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化鉭、氧化鋁、含碳氧類的硅化合物、含碳氫氧類的硅化合物、含碳類的硅化合物、含氟類的碳化合物、或以硅或碳為中心的星狀結(jié)構(gòu)化合物，且厚度約介于50與500納米之間。
而此半導(dǎo)體層例如包括經(jīng)由化學(xué)氣相沉積法所沉積的非晶硅層(amorphous silicon layer)與經(jīng)摻雜的硅層(impurity-doped silicon layer)。之后，通過傳統(tǒng)的光刻工藝圖案化上述半導(dǎo)體層而形成通道層340以及歐姆接觸層350。其中，此歐姆接觸層350例如是摻雜n型離子(例如P或As)的硅層或是摻雜p型離子(例如B)的硅層，且厚度約介于10與100納米之間。而此通道層340則是未摻雜的非晶硅層，且厚度約介于50與200納米之間。
如圖3D所示，使用化學(xué)氣相沉積法、電化學(xué)電鍍法(electrochemicalplating；ECP)或濺射法(sputter deposition)形成金屬層(未顯示)于此歐姆接觸層350上，接著選擇性地蝕刻此金屬層與此歐姆接觸層350至曝露出此通道層340的部分表面，以形成由金屬組成的源/漏極360/370于此半導(dǎo)體層上方，而可得到薄膜晶體管結(jié)構(gòu)300。之后，形成像素電極(圖未顯示)，電連接于該源極360或漏極370。該薄膜晶體管結(jié)構(gòu)300即成為像素電極的開關(guān)元件。此源/漏極360/370包括銅、鋁、銀、或上述金屬的合金，且厚度約介于100與500納米之間。
第三實施例依照本發(fā)明一優(yōu)選實施例，此方法包括下列主要步驟。
如圖4A所示，使用濺射法形成材料層415于基板410上。其中，此材料層415包括硅化鉭、氮硅化鉭、硅化鈦、氮硅化鈦、硅化鎢、或氮硅化鎢，且厚度約介于5與200納米之間。此基板410包括玻璃基板或塑料基板。
在其它實施例中，可以使用原子層沉積法(Atomic-Layer Deposition)形成材料層415于柵極420上。其中，此材料層415包括氮碳化鎢，且厚度約介于5與200納米之間。
接著，使用化學(xué)氣相沉積法、電化學(xué)電鍍法(electrochemical plating；ECP)或濺射法(sputter deposition)形成金屬層417于此材料層215上。
如圖4B所示，進行光刻蝕刻工藝，而形成附著促進層415’與柵極420于基板410上方。此柵極420包括銅、鋁、銀、或上述金屬的合金，且厚度約介于100與500納米之間。
如圖4C所示，使用濺射法，順應(yīng)性地形成擴散阻障層425于此柵極420上。其中，此擴散阻障層425包括硅化鉭、氮硅化鉭、硅化鈦、氮硅化鈦、硅化鎢、或氮硅化鎢，且厚度約介于5與200納米之間。
在其它實施例中，可以使用原子層沉積法(Atomic-Layer Deposition)，順應(yīng)性地形成擴散阻障層425于柵極420上。其中，此擴散阻障層425包括氮碳化鎢，且厚度約介于5與200納米之間。
如圖4D所示，先順應(yīng)性地形成柵極絕緣層430于此擴散阻障層425上方。然后，形成半導(dǎo)體層(未顯示)于此柵極絕緣層430上。其中，此柵極絕緣層430的形成方法包括化學(xué)氣相沉積法、等離子體增強型化學(xué)氣相沉積法、物理氣相沉積法或濺射法。此柵極絕緣層430包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化鉭、氧化鋁、含碳氧類的硅化合物、含碳氫氧類的硅化合物、含碳類的硅化合物、含氟類的碳化合物、或以硅或碳為中心的星狀結(jié)構(gòu)化合物，且厚度約介于50與500納米之間。
而此半導(dǎo)體層例如包括經(jīng)由化學(xué)氣相沉積法所沉積的非晶硅層(amorphous silicon layer)與經(jīng)摻雜的硅層(impurity-doped silicon layer)。之后，通過傳統(tǒng)的光刻工藝圖案化上述半導(dǎo)體層而形成通道層440以及歐姆接觸層450。其中，此歐姆接觸層450例如是摻雜n型離子(例如P或As)的硅層或是摻雜p型離子(例如B)的硅層，且厚度約介于10與100納米之間。而此通道層440則是未摻雜的非晶硅層，且厚度約介于50與200納米之間。
如圖4E所示，使用化學(xué)氣相沉積法、電化學(xué)電鍍法(electrochemicalplating；ECP)或濺射法(sputter deposition)形成金屬層(未顯示)于此歐姆接觸層450上，接著選擇性地蝕刻此金屬層與此歐姆接觸層450至曝露出此通道層440的部分表面，以形成由金屬組成的源/漏極460/470于此半導(dǎo)體層上方，而可得到薄膜晶體管結(jié)構(gòu)400。之后，形成像素電極(圖未顯示)，電連接于該源極460或漏極470。該薄膜晶體管結(jié)構(gòu)400即成為像素電極的開關(guān)元件。此源/漏極460/470包括銅、鋁、銀、或上述金屬的合金，且厚度約介于100與500納米之間。
本發(fā)明的實施例以硅化鉭、氮硅化鉭、硅化鈦、氮硅化鈦、硅化鎢、氮硅化鎢、或氮碳化鎢等材料，作為附著力促進層或擴散阻障層，可以增進基板與柵極間的附著力或防止金屬柵極的擴散問題。
本發(fā)明的實施例除了可以應(yīng)用在底柵極型(bottom-gate type)之外，亦可以應(yīng)用在頂柵極型(top-gate type)薄膜晶體管元件上。
雖然本發(fā)明以優(yōu)選實施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以后附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種像素電極的開關(guān)元件，適用于平面顯示器，包括柵極，位于一基板上方；柵極絕緣層，位于該柵極上方；第一緩沖層，位于該柵極與該基板之間以及/或位于該柵極與該柵極絕緣層之間，其中該緩沖層包括硅化鉭(TaSix)、氮硅化鉭(TaSixNy)、硅化鈦(TiSix)、氮硅化鈦(TiSixNy)、硅化鎢(WSix)、氮硅化鎢(WSixNy)、或氮碳化鎢(WCxNy)；半導(dǎo)體層，位于該柵極絕緣層上方；以及源/漏極，位于部分該半導(dǎo)體層上方。
2.如權(quán)利要求1所述的像素電極的開關(guān)元件，還包括像素電極，電連接于該源極或漏極。
3.如權(quán)利要求1所述的像素電極的開關(guān)元件，其中該柵極被該第一緩沖層覆蓋。
4.如權(quán)利要求1所述的像素電極的開關(guān)元件，其中該第一緩沖層的厚度大體介于5～200納米之間。
5.如權(quán)利要求1所述的像素電極的開關(guān)元件，還包括第二緩沖層，位于該半導(dǎo)體層與該源/漏極之間。
6.如權(quán)利要求5所述的像素電極的開關(guān)元件，其中該第二緩沖層包括硅化鉭(TaSix)、氮硅化鉭(TaSixNy)、硅化鈦(TiSix)、氮硅化鈦(TiSixNy)、硅化鎢(WSix)、氮硅化鎢(WSixNy)、或氮碳化鎢(WCxNy)。
7.如權(quán)利要求5所述的像素電極的開關(guān)元件，其中該第二緩沖層的厚度大體介于5～200納米之間。
8.如權(quán)利要求1所述的像素電極的開關(guān)元件，其中該基板包括玻璃基板或塑料基板。
9.如權(quán)利要求1所述的像素電極的開關(guān)元件，其中該柵極包括銅、銀、鋁、或上述金屬的合金。
10.如權(quán)利要求1所述的像素電極的開關(guān)元件，其中該柵極絕緣層包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化鉭、氧化鋁、含碳氧類的硅化合物、含碳氫氧類的硅化合物、含碳類的硅化合物、含氟類的碳化合物、或以硅或碳為中心的星狀結(jié)構(gòu)化合物。
11.如權(quán)利要求1所述的像素電極的開關(guān)元件，其中該源/漏極包括銅、銀、鋁、或上述金屬的合金。
12.一種像素電極的開關(guān)元件的制造方法，包括下列步驟形成柵極于部分的一基板上方；形成柵極絕緣層于該柵極上方；形成第一緩沖層于該柵極與該基板之間以及/或位于該柵極與該柵極絕緣層之間，其中該緩沖層包括硅化鉭、氮硅化鉭、硅化鈦、氮硅化鈦、硅化鎢、氮硅化鎢、或氮碳化鎢；形成半導(dǎo)體層于該柵極絕緣層上方；以及形成源/漏極于部分該半導(dǎo)體層上方。
13.如權(quán)利要求12所述的像素電極的開關(guān)元件的制造方法，還包括形成像素電極，電連接于該源極或漏極。
14.如權(quán)利要求12所述的像素電極的開關(guān)元件的制造方法，其中該柵極被該第一緩沖層覆蓋。
15.如權(quán)利要求12所述的像素電極的開關(guān)元件的制造方法，還包括形成第二緩沖層于該半導(dǎo)體層與該源/漏極之間。
16.如權(quán)利要求15所述的像素電極的開關(guān)元件的制造方法，其中該第二緩沖層包括硅化鉭(TaSix)、氮硅化鉭(TaSixNy)、硅化鈦(TiSix)、氮硅化鈦(TiSixNy)、硅化鎢(WSix)、氮硅化鎢(WSixNy)、或氮碳化鎢(WCxNy)。
17.如權(quán)利要求12所述的像素電極的開關(guān)元件的制造方法，其中該基板包括玻璃基板或塑料基板。
18.如權(quán)利要求12所述的像素電極的開關(guān)元件的制造方法，其中該柵極包括銅、銀、鋁、或上述金屬的合金。
19.如權(quán)利要求12所述的像素電極的開關(guān)元件的制造方法，其中柵極絕緣層包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化鉭、氧化鋁、含碳氧類的硅化合物、含碳氫氧類的硅化合物、含碳類的硅化合物、含氟類的碳化合物、或以硅或碳為中心的星狀結(jié)構(gòu)化合物。
20.如權(quán)利要求12所述的像素電極的開關(guān)元件的制造方法，其中該源/漏極包括銅、銀、鋁、或上述金屬的合金。
全文摘要
本發(fā)明提供一種像素電極的開關(guān)元件及其制造方法，適用于顯示器，首先形成一柵極于一基板上方。之后，形成一柵極絕緣層于該柵極上方。其中，還包括形成一緩沖層于該柵極與該基板之間以及/或位于該柵極與該柵極絕緣層之間。其中，該緩沖層包括硅化鉭、氮硅化鉭、硅化鈦、氮硅化鈦、硅化鎢、氮硅化鎢、或氮碳化鎢。然后，形成一半導(dǎo)體層于該柵極絕緣層上方，并且形成一源/漏極于部分該半導(dǎo)體層上方。其中，該柵極被該緩沖層覆蓋。
文檔編號H01L21/84GK1728403SQ20051008322
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月7日
發(fā)明者方國龍, 蔡文慶, 杜國源, 林漢涂 申請人:友達光電股份有限公司