專利名稱：薄膜晶體管及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明有關于一種主動元件及其制造方法，且特別有關于一種薄膜晶體管及 其制造方法。
背景技術：
在一般的半導體制程或液晶顯示器的金屬化制程中， 一般是選用鉬、鉭、鉻、 鉤等金屬或其合金做為金屬層的材料，其中又以鋁為最常用。鋁是地球上含量最豐 富的金屬，其價格便宜且具有多項特點，如電阻系數低、對基板的附著性(adhesion) 佳、且蝕亥鵬性(etching characteristics)好。
然而，由于鋁的熱膨脹系數(coefficient of thermal expansion)較大， 因此在進行熱制程如化學汽相沉積制程(CVD)、退火(annealing)制程時，鋁與 基板之間會產生熱應變(thermal strain)的不匹配(mismatch)現象。鋁層因為 受到極大的應力，而造成鋁原子沿著鋁晶粒邊界擴散，導致在鋁層上形成小凸起(或 稱鋁尖凸(hillock))。小凸起會造成漏電、短路、斷路或影響場效應管的性能。
避免產生小凸起的傳統(tǒng)方法是在鋁中加入少許熔點高于鋁的金屬，如釹、鈦、 鋯、鉅、硅或銅，其中又以神戶制鋼公司(Kobelco)的鋁釹合金最為知名且被廣 泛應用。然而，釹是高價的稀有金屬，且具有高電阻值，因此這種方法的應用范圍 受到很大的限制。
第二種避免產生小凸起的方法是在鋁層上方覆蓋一層高熔點的保護層，此保 護層像蓋子一樣地蓋住晶粒邊界，以防止小凸起形成。舉例而言，中國臺灣專利公 告第1233178號揭示了一種不具小凸起的柵層及其制造方法，其原理是在形成鋁層 之后，再以一含氮的鋁層(例如氮化鋁或氮氧化鋁)覆蓋于鋁層上。
另舉一例，中國臺灣專利公告第1232541號的權利要求第12及13項揭示了 一種電子元件，其原理是在鋁層的上方形成有一層保護層，以避免產生鋁尖突。這 一層保護層是選自鉬、氮化鉬(MoN)、鈦及其合金材料。此外，由美國專利第6333518
號可知，鉬、鉬鉤合金(MoW)、鉬鉭合金(MoTa)及鉬鈮合金(MoNb)都可以用 來覆蓋鋁層，以防止小凸起的形成。
另一方面，因為鋁很容易被氧化或侵蝕，所以必須提出解決之道。舉例而言， 美國專利第6921698號揭示了一種薄膜晶體管，其柵極是采用鉬鈮合金來完全取代 鋁或鋁合金。另一個例子是美國專利公告第20040263706號，其揭示一種陣列基板 (array substrate)，在鋁層上形成鉭、鈦、鉬等合金來保護鋁層。
第三種避免產生小凸起的方法是在鋁層與基板之間配置一層緩沖層(buffer layer)，其熱膨脹系數低于鋁層的熱膨脹系數，從而緩和上述的熱應變不匹配現 象。例如，中國臺灣專利公告第1246874號所揭示的一種薄膜晶體管元件的柵極就 是由一層緩沖層及一層鋁層所構成，其中緩沖層的材質包括氮化鋁(A1NX)、氧化 鋁(A10x)或含氮氧化鋁(A10xNy)。此外，前述的中國臺灣專利公告第1232541 號也揭示了一個類似的方法，即以鋁釹合金(AINd)來作為緩沖層，也可以達到相 同的效果。
如上所述，雖然可用的現有技術很多，業(yè)界仍需要更好的解決方案，從而以 較低的成本改善小凸起的問題。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種薄膜晶體管，以改善柵極、源極及漏極 的鋁金屬層的小凸起現象。
此外，本發(fā)明的另一目的是提供一種薄膜晶體管的制造方法，以低成本的技 術手段來改善柵極、源極及漏極的鋁金屬層的小凸起現象。
本發(fā)明提出一種薄膜晶體管，其包括一基板、 一第一緩沖層、柵極、柵絕緣 層、溝道層(channel layer)、源極及漏極。第一緩沖層配置基板上，且第一緩 沖層為一硅化物。柵極覆蓋第一緩沖層的一部分。此柵極包括第一鋁金屬層及第一 保護層，其中第一保護層配置于第一鋁金屬層上。柵絕緣層覆蓋柵極，且溝道層配 置于柵極上方的部分柵絕緣層上。源極及漏極配置于溝道層上并互相分隔，且源極 及漏極包括第二緩沖層、第二鋁金屬層及第二保護層。第二鋁金屬層配置于第二緩 沖層上，且第二保護層配置于第二鋁金屬層上。
在本發(fā)明的一實施例中，硅化物包括氧化硅或氮化硅。
在本發(fā)明的一實施例中，第一緩沖層的厚度為100埃至500埃。 在本發(fā)明的一實施例中，第二緩沖層包括鉬或鉬鈮合金。
在本發(fā)明的一實施例中，第二緩沖層的厚度為100埃至1000埃。 在本發(fā)明的一實施例中，第一保護層包括鉬或鉬鈮合金。 在本發(fā)明的一實施例中，第一保護層的厚度為100埃至1000埃。在本發(fā)明的
一實施例中，第二保護層包括鉬或鉬鈮合金。
在本發(fā)明的一實施例中，第一保護層的厚度為100埃至1000埃。 在本發(fā)明的一實施例中，第二保護層的厚度為100埃至1000埃。 在本發(fā)明的一實施例中，第一鋁金屬層的厚度為1000埃至4000埃。 在本發(fā)朋的一實施例中，第二鋁金屬層的厚度為1000埃至4000埃。
本發(fā)明提出一種薄膜晶體管的制造方法。首先，于基板上形成一層第一緩沖 層。第一緩沖層為一硅化物，且覆蓋基板的全部。然后，于第一緩沖層上依序形成 第一鋁金屬層及第一保護層，以構成一個柵極。接著，形成柵絕緣層，以覆蓋柵極。 于柵極上方的部分柵絕緣層上形成溝道層。之后，于溝道層上依序形成第二緩沖層、 第二鋁金屬層及第二保護層，以構成互相分隔的源極及漏極。
在本發(fā)明的一實施例中，形成第一保護層的成膜壓力為0. 1至1Pa，成膜功率 密度為0. 2至10. 9w/cm2，成膜溫度為攝氏25度至150度。
在本發(fā)明的一實施例中，形成第二保護層的成膜壓力為0. 1至lPa，成膜功率 密度為0. 2至10. 9w/cm2，成膜溫度為攝氏25度至150度。
在本發(fā)明的一實施例中，形成第二緩沖層的成膜壓力為0. 1至1Pa，成膜功率 密度為0. 2至10. 9w/cm2，成膜溫度為攝氏25度至150度。
在本發(fā)明的一實施例中，形成第一鋁金屬層的成膜壓力為0. 1至1Pa，成膜功 率密度為0. 2至10. 9w/cm2，成膜溫度為攝氏25度至150度。
在本發(fā)明的一實施例中，形成第二鋁金屬層的成膜壓力為0. 1至lPa，成膜功 率密度為0. 2至10. 9w/cm2，成膜溫度為攝氏25度至150度。
本發(fā)明采用緩沖層與保護層，以抑制鋁金屬層的小凸起的現象，因此薄膜晶 體管的可靠度能夠被提高。此外，與現有技術相比，本發(fā)明需要的材料及制程的成 本均較低廉。
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉數個實
施例，并配合附圖作詳細說明如下。


圖1A至圖IE是本發(fā)明一實施例的一種薄膜晶體管的制造流程上視圖。 圖2A至圖2E分別是沿圖1A至圖1E的剖面線I - I的剖面圖。
具體實施例方式
有鑒于現有技術的缺點，本發(fā)明提出一種緩沖層/鋁金屬層/保護層的三層結 構，并能夠改善鋁金屬層受熱而產生小凸起的現象。再者，當這種三層結構應用在 薄膜晶體管時，第一緩沖層全面地覆蓋基板，從而避免基板變形。
圖1A至圖1E是本發(fā)明一實施例的一種薄膜晶體管的制造流程上視圖，而圖 2A至圖2E分別是沿圖1A至圖1E的剖面線I - I的剖面圖。
請參照圖1A及圖2A，本實施例的薄膜晶體管的制造流程包括下列步驟。首先， 于基板10上形成第一緩沖層11，第一緩沖層11的形成方法例如是化學汽相沉積 法(plasma enhanced chemical vapor deposition, CVD)。此夕卜，形成第——緩沖 層11的厚度例如是介于100至500埃之間。接著，于第一緩沖層11上依序形成第 一鋁金屬層22及第一保護層24，以構成柵極20g。
更詳細而言，第一鋁金屬層22及第一保護層24的形成方法包括在第一緩沖 層ll上形成一鋁金屬材料層(未圖示)與一保護材料層(未圖示)。然后，對于 此鋁金屬材料層與保護材料層進行光刻制程及蝕刻制程，以形成第一鋁金屬層22 及第一保護層24。此外，第一鋁金屬層22及第一保護層24的形成方法可以是濺 鍍制程(sputtering process)，其中形成第一保護層24的成膜壓力例如為0. 1 至lPa，成膜功率密度例如為0.2至10.9w/cm2，成膜溫度例如為攝氏25度至150 度。此外，形成第一鋁金屬層22的成膜壓力例如為0. 1至1Pa，成膜功率密度例 如為0. 2至10. 9w/cm2，成膜溫度例如為攝氏25度至150度。
然后，請參照圖1B及圖2B，形成一層柵絕緣層12，以覆蓋柵極20g。柵絕緣 層12的材質例如是氧化硅或氮化硅，其形成方法例如是化學汽相沉積法。繼之， 于柵極20g上方依序形成柵絕緣層12、溝道材料層A與歐姆接觸材料層B。。其中， 柵絕緣層12的材質例如是氮化硅，而溝道材料層A的材質例如是非晶硅。歐姆接
觸材料層B的材質例如是N型摻雜硅。此外，柵絕緣層12與溝道材料層A的形成 方法例如是化學汽相沉積法。
請參照圖1C及圖2C，接著進行光刻制程及蝕刻制程，以圖案化溝道材料層A 與歐姆接觸材料層B，而形成溝道層14與歐姆接觸層14a。
之后，請參照圖1D及圖2D，于溝道層14上依序形成第二緩沖層34、第二鋁
金屬層36及第二保護層38，以構成互相分隔的源極30s及漏極32d。源極30s及
漏極32d的形成方法例如是在基板10上方依序形成一緩沖材料層(未圖示)、鋁
金屬材料層(未圖示)與保護材料層(未圖示)。然后，對于緩沖材料層、鋁金屬 材料層與保護材料層進行光刻制程及蝕刻制程，以形成第二緩沖層34、第二鋁金
屬層36及第二保護層38。此外，形成第二鋁金屬層36的成膜壓力例如為0. 1至
1Pa，成膜功率密度例如為0. 2至10. 9w/cm2，成膜溫度例如為攝氏25度至150度。
在本實施例中，第二保護層38的成膜壓力為0. 1至lPa，成膜功率密度為0. 2
至10.9w/cm2，成膜溫度為攝氏25度至150度。至此，已完成了本發(fā)明的薄膜晶
體管的制造過程。
隨后，請參照圖1E及圖2E，當薄膜晶體管是應用于薄膜晶體管陣列基板的像 素結構時，后續(xù)制程還包括于基板10上依序形成第三保護層40及像素電極50。 其中，像素電極50與漏極32d電性連接。此外，對本技術領域中具有通常知識者 而言，第三保護層40及像素電極50的材質及其形成方法是眾所周知的，故于此不
再贅述。再者，有關于此薄膜晶體管的結構方面將詳述如后。
請同時參照圖1E及圖2E，此薄膜晶體管包括基板10、第一緩沖層ll、柵極 20g、柵絕緣層12、溝道層14、源極30s及漏極32d。其中，第一緩沖層11全面 覆蓋基板IO，而第一緩沖層ll為硅化物，其包括氧化硅或氮化硅。此外，第一緩 沖層11較佳是氧化硅，而這是因為氧化硅可透光。另外，第一緩沖層11的厚度例 如是自100埃至500埃。
柵極20g覆蓋于第一緩沖層11的一部份，而柵極20g包括一第一鋁金屬層22 與一第一保護層24，其中第一鋁金屬層22配置于第一緩沖層11上，而第一保護 層24配置于第一鋁金屬層22上。此外，上述的第一鋁金屬層22及第一保護層24 也會構成掃描配線(scan line) 20。第一鋁金屬層22的厚度例如是自1000埃至 4000埃，而第一保護層24是鉬或鉬鈮合金，且第一保護層24的厚度為100埃至1000埃。另外，由于第一保護層24配置于第一鋁金屬層22上，因此在后續(xù)的制 程中，第一保護層24便會對抑制鋁金屬層22產生小凸起。
此外，由于第一鋁金屬層22配置于緩沖層11上，因此在后續(xù)的制程如退火 (annealing)及化學汽相沉積制程中，第一鋁金屬層22因受熱而膨脹的幅度便可 受到抑制，以改善小凸起的現象。另外，由于第一緩沖層11全面地覆蓋基板10， 因此第一緩沖層11也可以抑制基板10翹曲的幅度。此外，第一緩沖層ll還能夠 阻止基板10所含有的雜質擴散至第一鋁金屬層22中，因此基板10便可選擇雜質 含量較高的種類，以降低成本。
柵絕緣層12覆蓋柵極20g，且溝道層14配置于柵極20g上方的部分柵絕緣層 12上。源極30s及漏極32d配置于溝道層14上并互相分隔。 一般而言，源極30s 與溝道層14之間，以及漏極32d與溝道層14之間還會包括一層歐姆接觸層14a。
如圖1E所示，源極30s及漏極32d均包括第二緩沖層34、第二鋁金屬層36 及第二保護層38，其中第二鋁金屬層36配置于第二緩沖層34上，且第二保護層 38配置于第二鋁金屬層36上。此外，第二緩沖層34、第二鋁金屬層36及第二保 護層38還包括構成數據配線(data line) 30。在本實施例中，第二緩沖層34例 如是鉬或鉬鈮合金，且第二緩沖層34的厚度可以是100埃至1000埃。第二鋁金屬 層的厚度可以是1000埃至4000埃。另外，第二保護層38例如是鉬或鉬鈮合金， 且第二保護層38的厚度可以是100埃至1000埃。同樣地，第二保護層38的功能 與第一保護層24的功能相似，而第二緩沖層34的功能與第一緩沖層11的功能相 似。
如前所述，當此薄膜晶體管是應用于薄膜晶體管陣列基板的一個像素結構中 時，此像素結構還包括一第三保護層40與一像素電極50，其中第三保護層40配 置于基板10上，并覆蓋此薄膜晶體管。此外，第三保護層40具有一接觸窗40a， 其暴露出漏極32d。像素電極50配置于第三保護層40上，并與漏極32d電性連接。
由于配置有第二緩沖層34及第二保護層38，因此本發(fā)明的薄膜晶體管能夠防 止源極30s、漏極32d及數據配線30產生小凸起，從而增加薄膜晶體管的可靠度 (reliability)。
縱上所述，本發(fā)明的薄膜晶體管及其制造方法至少具有下列優(yōu)點
一、本發(fā)明采用緩沖層與保護層，以抑制鋁金屬層所產生的小凸起的現象。
二、 基板上的第一緩沖層可以防止基板內的雜質擴散至鋁金屬層中，且能夠 抑制基板的變形幅度，因此制造商可以采用較低品質的基板，以降低材料成本。
三、 本發(fā)明的薄膜晶體管的制造方法能夠以低成本的材料及制程條件而達成 改善小凸起的效果，從而增加薄膜晶體管的可靠度。
雖然本發(fā)明已以數個實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習 此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作些許更動與潤飾，因此本發(fā)明 的保護范圍當以權利要求所界定的為準。
權利要求
1.一種薄膜晶體管，包括一基板；一第一緩沖層，配置該基板上，該第一緩沖層為一硅化物；一柵極，覆蓋該第一緩沖層的一部分，該柵極包括一第一鋁金屬層；一第一保護層，配置于該第一鋁金屬層上；一柵絕緣層，覆蓋該柵極；一溝道層，配置于該柵極上方的部分該柵絕緣層上；以及一源極及一漏極，配置于該溝道層上并互相分隔，該源極及該漏極包括一第二緩沖層；一第二鋁金屬層，配置于該第二緩沖層上；以及一第二保護層，配置于該第二鋁金屬層上。
2. 如權利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，該硅化物包括氧化硅或氮化硅。
3. 如權利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，該第一緩沖層的厚度為100 埃至500埃。
4. 如權利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，該第二緩沖層包括鉬或鉬鈮合金。
5. 如權利要求4所述的薄膜晶體管，其特征在于，該第二緩沖層的厚度為100 埃至1000埃。
6. 如權利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，該第一保護層包括鉬或鉬鈮合金。
7. 如權利要求6所述的薄膜晶體管，其特征在于，該第一保護層的厚度為100 埃至1000埃。
8. 如權利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，該第二保護層包括鉬或鉬鈮合金。
9. 如權利要求8所述的薄膜晶體管，其特征在于，該第二保護層的厚度為100埃至1000埃。
10. 如權利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，該第一鋁金屬層的厚度為1000埃至4000埃。
11. 如權利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，該第二鋁金屬層的厚度為1000埃至4000埃。
12. —種薄膜晶體管的制造方法，包括于一基板上形成一第一緩沖層，該第一緩沖層為一硅化物，且覆蓋該基板的全部；于該第一緩沖層上依序形成一第一鋁金屬層及一第一保護層，以構成一柵極； 形成一柵絕緣層，以覆蓋該柵極；于該柵極上方的部分該柵絕緣層上形成一溝道層；以及于該溝道層上依序形成一第二緩沖層、 一第二鋁金屬層及一第二保護層，以 構成互相分隔的一源極及一漏極。
13. 如權利要求12所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，形成該第一保護層的成膜壓力為0.1至1Pa，成膜功率密度為0.2至10.9w/cm2，成膜溫度為攝氏 25度至150度。
14. 如權利要求12所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，形成該第二保護層的成膜壓力為0.1至1Pa，成膜功率密度為0.2至10.9w/cm2，成膜溫度為攝氏25度至150度。
15. 如權利要求12所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，形成該第二緩 沖層的成膜壓力為0.1至1Pa，成膜功率密度為0.2至10.9Wcm2，成膜溫度為攝氏 25度至150度。
16. 如權利要求12所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，形成該第一鋁 金屬層的成膜壓力為0.1至1Pa，成膜功率密度為0.2至10.9w/cm2，成膜溫度為攝氏25度至150度。
17. 如權利要求12所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，形成該第二鋁金屬層的成膜壓力為0.1至1Pa，成膜功率密度為0.2至10.9w/cm2，成膜溫度為攝氏25度至150度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種薄膜晶體管，其包括一基板、一第一緩沖層、柵極、柵絕緣層、溝道層、源極及漏極。第一緩沖層配置基板上，且第一緩沖層為一硅化物。柵極覆蓋第一緩沖層的一部分。此柵極包括第一鋁金屬層及第一保護層，其中第一保護層配置于第一鋁金屬層上。柵絕緣層覆蓋柵極，且溝道層配置于柵極上方的部分柵絕緣層上。源極及漏極配置于溝道層上并互相分隔，且源極及漏極包括第二緩沖層、第二鋁金屬層及第二保護層。第二鋁金屬層配置于第二緩沖層上，且第二保護層配置于第二鋁金屬層上。因此，此薄膜晶體管具有較佳的可靠度。
文檔編號H01L29/786GK101174650SQ20061015986
公開日2008年5月7日 申請日期2006年10月30日 優(yōu)先權日2006年10月30日
發(fā)明者吳英明, 張秀郁, 李育舟, 楊其燃 申請人:中華映管股份有限公司