TWI416736B - 薄膜電晶體及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種薄膜電晶體及其製造方法，且特別是有關於一種能夠避免氧化物半導體通道層受到損傷的薄膜電晶體及其製造方法。
隨著顯示科技的日益進步，人們藉著顯示器的輔助可使生活更加便利，為求顯示器輕、薄之特性，促使平面顯示器(flat panel display,FPD)成為目前的主流。常見的平面顯示器包括液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)、電漿顯示器(plasma display)、電激發光顯示器(electroluminescent display)等。以目前最為普及的液晶顯示器為例，其主要是由薄膜電晶體陣列基板、彩色濾光基板以及夾於二者之間的液晶層所構成。特別是，在顯示器中被大量使用到的薄膜電晶體，其結構設計或是材料的選擇更是會直接影響到產品的性能。
在習知的薄膜電晶體陣列基板上，多採用非晶矽(amorphous silicon,a-Si)薄膜電晶體或低溫多晶矽薄膜電晶體作為各個子畫素的切換元件。近年來，已有研究指出氧化物半導體(oxide semiconductor)薄膜電晶體相較於非晶矽薄膜電晶體，具有較高的載子移動率(carrier mobility)；而氧化物半導體薄膜電晶體相較於低溫多晶矽薄膜電晶體，則具有較佳的臨界電壓(threshold voltage,Vth)均勻性。因此，氧化物半導體薄膜電晶體有潛力成為下一代平面顯示器之關鍵元件。
一般會使用鋁酸作為蝕刻氧化物半導體薄膜電晶體之源極與汲極的蝕刻劑。然而，鋁酸對於氧化物半導體薄膜電晶體之氧化物半導體通道層的蝕刻選擇比不高，因而使得氧化物半導體薄膜電晶體之源極與汲極的蝕刻程序非常難以控制，進而影響到氧化物半導體薄膜電晶體的電性表現以及可靠度。
本發明提供一種薄膜電晶體的製造方法，能夠縮減使用光罩的製程，並避免氧化物半導體通道層受到損傷。
本發明提供一種薄膜電晶體，其具有突出之氧化物半導體通道層。
本發明提出一種薄膜電晶體的製造方法，其包括下列步驟。於基板上形成閘極。於基板上依序形成閘絕緣層、氧化物半導體材料層以及導電層。於導電層上形成圖案化光阻層，圖案化光阻層包括二個第一部以及連接於第一部之間的第二部，各第一部之厚度大於第二部之厚度。以圖案化光阻層為罩幕，移除未被圖案化光阻層覆蓋之導電層與氧化物半導體材料層，以形成氧化物半導體通道層以及位於氧化物半導體通道層與圖案化光阻層之間的圖案化導電層。移除部分之圖案化光阻層，以減少第一部的厚度直到第二部被移除。以未被移除之第一部為罩幕，移除未被第一部覆蓋之圖案化導電層，以於氧化物半導體通道層上形成源極與汲極。
在本發明之一實施例中，上述之圖案化光阻層係藉由階調式(Gray-Tone Mask，GTM)製程或半調式(Half-Tone Mask，HTM)製程所形成。
在本發明之一實施例中，上述移除未被圖案化光阻層覆蓋之導電層與氧化物半導體材料層的方法包括下列步驟。進行第一濕式蝕刻製程，以移除未被圖案化光阻層覆蓋之導電層。進行第二濕式蝕刻製程，以移除未被圖案化光阻層覆蓋之氧化物半導體材料層，其中第一濕式蝕刻製程所使用之蝕刻劑與第二濕式蝕刻製程所使用之蝕刻劑不同。
在本發明之一實施例中，上述移除未被圖案化光阻層覆蓋之導電層與氧化物半導體材料層的方法包括進行濕式蝕刻製程，以移除未被圖案化光阻層覆蓋之導電層以及氧化物半導體材料層，其中導電層與氧化物半導體材料層採用相同蝕刻劑移除。
在本發明之一實施例中，上述移除部分之圖案化光阻層的方法包括灰化製程。
在本發明之一實施例中，上述形成源極與汲極的方法包括以未被移除之第一部為罩幕，進行濕式蝕刻以移除未被第一部覆蓋之圖案化導電層。
在本發明之一實施例中，在形成源極與汲極之後，薄膜電晶體的製造方法更包括移除第一部。
本發明另提出一種薄膜電晶體的製造方法，其包括下列步驟。於基板上形成閘極。於基板上依序形成閘絕緣層、氧化物半導體材料層以及導電層。於導電層上形成圖案化光阻層，圖案化光阻層包括二個第一部、連接於第一部之間的第二部以及二個與各第一部連接之第三部。各第一部之厚度大於第二部之厚度，且第二部之厚度實質上等於各第三部之厚度。以圖案化光阻層為罩幕，移除未被圖案化光阻層覆蓋之導電層與氧化物半導體材料層，以形成氧化物半導體通道層以及位於氧化物半導體通道層與圖案化光阻層之間的圖案化導電層，其中因側蝕所導致的底切發生在氧化物半導體通道層之側壁處，且底切位於第三部下方。移除部分之圖案化光阻層，以減少第一部的厚度直到第二部與第三部被移除。以未被移除之第一部為罩幕，移除位於底切上方且未被第一部覆蓋之圖案化導電層，以於氧化物半導體通道層上形成源極與汲極。
在本發明之一實施例中，上述之圖案化光阻層係藉由階調式製程或半調式製程所形成。
在本發明之一實施例中，上述移除未被圖案化光阻層覆蓋之導電層與氧化物半導體材料層的方法包括下列步驟。進行乾式蝕刻製程，以移除未被圖案化光阻層覆蓋之導電層。進行濕式蝕刻製程，以移除未被圖案化光阻層覆蓋之氧化物半導體材料層。
在本發明之一實施例中，上述之導電層包括底導電層以及頂導電層，而移除未被圖案化光阻層覆蓋之導電層與氧化物半導體材料層的方法包括下列步驟。進行第一濕式蝕刻製程，以移除未被圖案化光阻層覆蓋之頂導電層。進行乾式蝕刻製程，以移除未被圖案化光阻層覆蓋之底導電層。進行第二濕式蝕刻製程，以移除未被圖案化光阻層覆蓋之氧化物半導體材料層。
在本發明之一實施例中，上述移除部分之圖案化光阻層的方法包括灰化製程。
在本發明之一實施例中，上述形成源極與汲極的方法包括以未被移除之第一部為罩幕，進行乾式蝕刻以移除位於底切上方且未被第一部覆蓋之圖案化導電層。
在本發明之一實施例中，在形成源極與汲極之後，薄膜電晶體的製造方法更包括移除第一部。
本發明又提出一種薄膜電晶體的製造方法，其包括下列步驟。於基板上形成閘極。於基板上依序形成閘絕緣層、氧化物半導體材料層、底導電層以及頂導電層。於頂導電層上形成圖案化光阻層，圖案化光阻層包括二個第一部、連接於第一部之間的第二部以及二個與各第一部連接之第三部。各第一部之厚度大於第二部之厚度，且第二部之厚度實質上等於各第三部之厚度。以圖案化光阻層為罩幕，移除未被圖案化光阻層覆蓋之頂導電層與底導電層。移除部分之圖案化光阻層，以減少第一部的厚度直到第二部與第三部被移除。以未被移除之第一部為罩幕，移除未被第一部覆蓋之頂導電層以及部分氧化物半導體材料層，以於底導電層與閘絕緣層之間形成氧化物半導體通道層，其中因側蝕所導致的底切發生在氧化物半導體通道層之側壁處。以未被移除之第一部為罩幕，移除未被第一部覆蓋之底導電層以及位於底切上方之底導電層，以於氧化物半導體通道層上形成源極與汲極。
在本發明之一實施例中，上述之圖案化光阻層係藉由階調式製程或半調式製程所形成。
在本發明之一實施例中，上述移除未被圖案化光阻層覆蓋之頂導電層與底導電層的方法包括下列步驟。進行濕式蝕刻製程，以移除未被圖案化光阻層覆蓋之頂導電層。進行乾式蝕刻製程，以移除未被圖案化光阻層覆蓋之底導電層。
在本發明之一實施例中，上述以未被移除之第一部為罩幕，移除未被第一部覆蓋之頂導電層以及部分氧化物半導體材料層之方法包括進行濕式蝕刻製程，以移除未被第一部覆蓋之頂導電層以及部分氧化物半導體材料層。
在本發明之一實施例中，上述以未被移除之第一部為罩幕，移除未被第一部覆蓋之底導電層以及位於底切上方之底導電層之方法包括進行乾式蝕刻製程，以移除未被第一部覆蓋之底導電層以及位於底切上方之底導電層。
在本發明之一實施例中，上述移除部分之圖案化光阻層的方法包括灰化製程。
在本發明之一實施例中，在形成源極與汲極之後，薄膜電晶體的製造方法更包括移除第一部。
本發明又提出一種薄膜電晶體，其包括閘極、閘絕緣層、氧化物半導體通道層、源極以及汲極。閘絕緣層位於閘極上。氧化物半導體通道層位於閘絕緣層上。源極以及汲極位於氧化物半導體通道層上。氧化物半導體通道層之底部突出源極以及汲極其中之一之底部之水平距離約為0.1 μm至1 μm。
在本發明之一實施例中，上述之源極包括第一導電層以及第二導電層。第一導電層位於氧化物半導體通道層上。第二導電層位於第一導電層上，其中第一導電層之底部突出第二導電層之底部之水平距離約為0.1 μm至1.5 μm。
在本發明之一實施例中，上述之源極更包括第三導電層，其位於第二導電層上。
在本發明之一實施例中，上述之第一導電層、第二導電層以及第三導電層之材料分別為選自由銅(Cu)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、鋁(Al)、鎢(W)、銀(Ag)、金(Au)及其合金所組成之族群中的至少一者。
基於上述，本發明之薄膜電晶體及其製造方法透過具有至少兩種不同厚度之圖案化光阻層來分別形成薄膜電晶體之氧化物半導體通道層、源極與汲極，因此可有助於減少製程步驟與成本。此外，本發明之薄膜電晶體及其製造方法可以避免氧化物半導體通道層的結構產生破壞缺陷，並能夠改善因側蝕所導致的底切現象。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A至圖1D是依照本發明之第一實施例之一種薄膜電晶體的製造流程示意圖。請參照圖1A，提供基板100，並於基板100上形成閘極102。基板100例如是玻璃基板之硬質基板(rigid substrate)，或是如塑膠基板之可撓式基板(flexible substrate)等。閘極102例如是單層或多層堆疊之導電材料，如選自由銅(Cu)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、鋁(Al)、鎢(W)、銀(Ag)、金(Au)及其合金所組成之族群中的至少一者，且閘極102的形成方法可透過微影及蝕刻製程來圖案化導電材料而製作。此外，閘極102的製作還可以與掃描線(未繪示)或共通線(未繪示)的製作整合。
接著，於基板100上依序形成閘絕緣層104、氧化物半導體材料層106以及導電層108。閘絕緣層104覆蓋閘極102。閘絕緣層104可為單層結構或多層堆疊的複合結構，且其材質例如是氮化矽、氧化矽或氮氧化矽等介電材料。氧化物半導體材料層106覆蓋閘絕緣層104。氧化物半導體材料層106的材質例如是銦鎵鋅氧化物(Indium-Gallium-Zinc Oxide,IGZO)、銦鋅氧化物(Indium-Zinc Oxide,IZO)、鎵鋅氧化物(Gallium-Zinc Oxide,GZO)、氧化鋁鋅(Aluminum-Zinc Oxide,AZO)、鋅錫氧化物(Zinc-Tin Oxide,ZTO)或銦錫氧化物(Indium-Tin Oxide,ITO)等。導電層108覆蓋氧化物半導體材料層106。導電層108可為單層結構或多層堆疊的複合結構，且其材質例如是銅(Cu)、鉬(Mo)或其合金等金屬材料。導電層108之材質可與閘極102之材質相同或不同。
之後，於導電層108上形成圖案化光阻層110。圖案化光阻層110包括二個第一部110a以及第二部110b，其中第二部110b連接於二第一部110a之間，且各第一部110a之厚度大於第二部110b之厚度。圖案化光阻層110之第二部110b例如是位於後續預定形成通道區之上方。在一實施例中，圖案化光阻層110係藉由階調式製程或半調式製程所形成。舉例而言，本實施例可先於導電層108上全面形成一層光阻材料(未繪示)，接著使用階調式或半調式光罩來圖案化光阻材料，以形成上述之圖案化光阻層110。雖然本實施例是以階調式製程或半調式製程為例來說明，但本發明不限於此。
請參照圖1B，以圖案化光阻層110為罩幕，移除未被圖案化光阻層110覆蓋之導電層108與氧化物半導體材料層106，以形成氧化物半導體通道層106'以及位於氧化物半導體通道層106'與圖案化光阻層110之間的圖案化導電層108'。具體而言，在一實施例中，移除未被圖案化光阻層110覆蓋之導電層108與氧化物半導體材料層106的方法可透過先進行第一濕式蝕刻製程，以移除未被圖案化光阻層110覆蓋之導電層108；接著，再進行第二濕式蝕刻製程，以移除未被圖案化光阻層110覆蓋之氧化物半導體材料層106。第一濕式蝕刻製程所使用之蝕刻劑與第二濕式蝕刻製程所使用之蝕刻劑不同，且分別具有不同的蝕刻選擇比。具體而言，第一濕式蝕刻製程例如是利用H2
O2
的銅酸作為蝕刻劑來移除導電層108，而第二濕式蝕刻製程例如是藉由草酸作為蝕刻劑來移除氧化物半導體材料層106。由於第一濕式蝕刻製程所使用之蝕刻劑對於導電層108與氧化物半導體材料層106具有很高的蝕刻選擇比(導電層108/氧化物半導體材料層106)，因而不易蝕刻氧化物半導體材料層106。第二濕式蝕刻製程所使用之蝕刻劑對於氧化物半導體材料層106與導電層108具有很高的蝕刻選擇比(氧化物半導體材料層106/導電層108)，因而不易蝕刻導電層108，而使製程能夠獲得良好的控制。
此外，在另一實施例中，可透過濕式蝕刻製程來移除未被圖案化光阻層110覆蓋之導電層108與氧化物半導體材料層106。也就是說，導電層108與氧化物半導體材料層106是採用相同的蝕刻劑來移除，蝕刻劑對於導電層108與氧化物半導體材料層106具有相近的蝕刻率，而蝕刻劑例如是H2
O2
與濃度大於1 wt%之含氟(F)液體的混合物，或者使用鋁酸(亦即磷酸、硝酸與醋酸的混合物)。因此，只需要使用一種蝕刻劑進行濕式蝕刻製程即可同時移除導電層108與氧化物半導體材料層106。
請參照圖1C，移除部分之圖案化光阻層110，以減少第一部110a的厚度直到第二部110b被移除，而暴露出圖案化導電層108'之一部份的上表面。在一實施例中，移除部分之圖案化光阻層110的方法包括灰化製程(ashing)。詳言之，移除光阻材料之灰化製程可以採用如氧氣電漿之乾式蝕刻的方式，使圖案化光阻層110的整體厚度降低，直到厚度較小之第二部110b被完全移除為止。由於第二部110b的厚度較薄，因此在完全移除第二部110b之後，仍會有未被完全移除之第一部110a'殘留在圖案化導電層108'上。
請參照圖1D，在完全移除厚度較小之第二部110b之後，以未被移除之第一部110a'為罩幕，移除未被第一部110a'覆蓋之圖案化導電層108'，以於氧化物半導體通道層106'上形成源極112與汲極114。源極112與汲極114例如是分別形成在氧化物半導體通道層106'的兩側上。在一實施例中，移除未被第一部110a'覆蓋之圖案化導電層108'而形成源極112與汲極114的方法可以採用濕式蝕刻製程，並採用對於圖案化導電層108'與氧化物半導體通道層106'具有高蝕刻選擇比(圖案化導電層108'/氧化物半導體通道層106')的蝕刻劑，如H2
O2
的銅酸。在形成源極112與汲極114之後，移除第一部110a'，以完成本實施例之薄膜電晶體的製作。移除第一部110a'的方法例如是採用乾式去光阻法或濕式去光阻法，其中可利用氧氣電漿作為反應氣體來進行灰化製程。當然，源極112與汲極114的製作還可以與資料線(未繪示)的製作整合。
圖2A至圖2E是依照本發明之第二實施例之一種薄膜電晶體的製造流程示意圖。須注意的是，在圖2A至圖2E中，和圖1A至圖1D相同的構件則使用相同的標號並省略其說明。
請參照圖2A，提供基板100，並於基板100上形成閘極102。接著，於基板100上依序形成閘絕緣層104、氧化物半導體材料層106以及導電層108。之後，於導電層108上形成圖案化光阻層210。圖案化光阻層210包括二個第一部210a、第二部210b以及第三部210c，其中第二部210b連接於第一部210a之間，第三部210c則分別與各第一部210a連接而位於第一部210a之外側。各第一部210a之厚度例如是大於第二部210b及各第三部210c之厚度，且第二部210b之厚度實質上等於各第三部210c之厚度。具體而言，圖案化光阻層210之第二部210b例如是位於後續預定形成通道區之上方，而各第三部210c例如是位於後續預定形成源極與汲極之兩相對外側的上方。在一實施例中，圖案化光阻層210係藉由階調式製程或半調式製程所形成。
請參照圖2B，以圖案化光阻層210為罩幕，移除未被圖案化光阻層210覆蓋之導電層108，以於氧化物半導體材料層106與圖案化光阻層210之間形成圖案化導電層108'。在一實施例中，移除未被圖案化光阻層210覆蓋之導電層108的方法包括進行乾式蝕刻製程，其例如使用Cl2
與BCl3
作為反應氣體來蝕刻暴露出的導電層108，且此反應氣體對於導電層108與氧化物半導體材料層106具有很高的蝕刻選擇比(導電層108/氧化物半導體材料層106)。
請參照圖2C，以圖案化光阻層210為罩幕，移除未被圖案化光阻層210覆蓋之氧化物半導體材料層106，以形成氧化物半導體通道層206。在一實施例中，移除未被覆蓋之氧化物半導體材料層106的方法包括進行濕式蝕刻製程，且例如是藉由草酸作為蝕刻劑來移除暴露出的氧化物半導體材料層106。
特別說明的是，由於利用等向性之濕式蝕刻製程來移除暴露出的氧化物半導體材料層106，且圖案化導電層108'在濕式蝕刻製程中可作為硬罩幕，因此位於圖案化導電層108'下方的氧化物半導體通道層206會因側蝕而導致其側壁處發生底切(undercut)216，且底切216例如是發生在位於相對外側之第三部210c的下方。在此實施例中，因側蝕所導致的底切216會使得圖案化導電層108'自氧化物半導體通道層206之側壁突出。
請參照圖2D，移除部分之圖案化光阻層210，以減少第一部210a的厚度直到第二部210b與第三部210c被移除。在一實施例中，移除部分之圖案化光阻層210的方法可採用灰化製程，其例如是使用氧氣電漿之乾式蝕刻的方式，使圖案化光阻層210的整體厚度降低。由於第二部210b與第三部210c的厚度較薄，因此在完全移除第二部210b與第三部210c之後，仍會有未被完全移除之第一部210a'殘留在圖案化導電層108'上。此時，剩餘之第一部210a'會使部分的圖案化導電層108'暴露出來，且被暴露出的部分圖案化導電層108'例如是位於底切216上方。
請參照圖2E，以未被移除之第一部210a'為罩幕，移除位於底切216上方且未被第一部210a'覆蓋之圖案化導電層108'，以於氧化物半導體通道層206上形成源極212與汲極214。在一實施例中，形成源極212與汲極214的方法包括進行乾式蝕刻製程，其例如使用Cl2
與BCl3
作為反應氣體來移除暴露的圖案化導電層108'。在形成源極212與汲極214之後，可以進一步移除第一部210a'，以完成本實施例之薄膜電晶體的製作。移除第一部210a'的方法例如是採用乾式去光阻法或濕式去光阻法，其中可利用氧氣電漿作為反應氣體來進行灰化製程。
在此說明的是，如圖2D及圖2E所示，第一部210a'除了暴露出通道區上的部分圖案化導電層108'外，還暴露出位於底切216上方之圖案化導電層108'的突出部。因此，在移除暴露的圖案化導電層108'之後，可以去除底切216上方之圖案化導電層108'的突出部，使得所形成之源極212與汲極214不會自氧化物半導體通道層206之側壁突出。在一實施例中，氧化物半導體通道層206例如是突出源極212與汲極214，而形成兩段式的側壁輪廓。氧化物半導體通道層206之底部突出源極212與汲極214其中之一之底部之水平距離D1約為0.1 μm至1.0 μm。
此外，由於位於底切216上方之圖案化導電層108'突出部是利用圖案化光阻層210之剩餘的第一部210a'作為罩幕而移除，因此在形成圖案化光阻層210時，還可以根據氧化物半導體通道層206之底切216的程度來設計位於兩相對外側之第三部210c的佈局，以使得位於底切216上方之圖案化導電層108'可以被暴露出來而有利於後續之移除，如圖2D所示。
圖3A至圖3F是依照本發明之第三實施例之一種薄膜電晶體的製造流程示意圖。須注意的是，在圖3A至圖3F中，和圖2A至圖2E相同的構件則使用相同的標號並省略其說明。在第三實施例之薄膜電晶體的製造方法與第二實施例所述之方法類似，然而兩者之間的差異主要是在於：導電層的配置結構以及形成圖案化導電層之方式。
請參照圖3A，提供基板100，並於基板100上形成閘極102。接著，於基板100上依序形成閘絕緣層104、氧化物半導體材料層106以及導電層308。在一實施例中，導電層308包括底導電層以及頂導電層，且底導電層以及頂導電層例如是具有不同的蝕刻選擇性。詳言之，導電層308的形成方法例如是於氧化物半導體材料層106上依序形成第一導電層308a、第二導電層308b以及第三導電層308c，其中第一導電層308a例如是作為底導電層，而其上之第二導電層308b與第三導電層308c例如是作為頂導電層。第一導電層308a、第二導電層308b、第三導電層308c之材料分別可選自由銅(Cu)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、鋁(Al)、鎢(W)、銀(Ag)、金(Au)及其合金所組成之族群中的至少一者。舉例而言，第一導電層308a的材質例如是鈦，第二導電層308b的材質例如是鋁，第三導電層308c的材質例如是鉬，而形成多層堆疊的複合金屬結構。
之後，於導電層308上形成圖案化光阻層210。圖案化光阻層210包括二個第一部210a、第二部210b以及第三部210c，其中第二部210b連接於第一部210a之間，第三部210c則分別與各第一部210a連接而位於第一部210a之外側。各第一部210a之厚度例如是大於第二部210b及各第三部210c之厚度，且第二部210b之厚度實質上等於各第三部210c之厚度。
請參照圖3B，以圖案化光阻層210為罩幕，移除未被圖案化光阻層210覆蓋之頂導電層(即第三導電層308c與第二導電層308b)，以於第一導電層308a與圖案化光阻層210之間形成圖案化第三導電層308c'與圖案化第二導電層308b'。在一實施例中，移除暴露出的第三導電層308c與第二導電層308b的方法包括進行第一濕式蝕刻製程，其例如是藉由鋁酸(亦即磷酸、硝酸與醋酸的混合物)作為蝕刻劑。
請參照圖3C，以圖案化光阻層210為罩幕，移除未被圖案化光阻層210覆蓋之底導電層(即第一導電層308a)，以於氧化物半導體材料層106與圖案化第二導電層308b'之間形成圖案化第一導電層308a'，因而形成如圖案化導電層308'之疊層。在一實施例中，移除暴露出的第一導電層308a的方法包括進行乾式蝕刻製程，其例如使用Cl2
與BCl3
作為反應氣體。
請參照圖3D，以圖案化光阻層210為罩幕，移除未被圖案化光阻層210覆蓋之氧化物半導體材料層106，以形成氧化物半導體通道層306。在一實施例中，移除未被覆蓋之氧化物半導體材料層106的方法包括進行第二濕式蝕刻製程，且例如是藉由草酸作為蝕刻劑。
類似地，由於利用等向性之濕式蝕刻製程來移除暴露出的氧化物半導體材料層106，且圖案化導電層308'在濕式蝕刻製程中可作為硬罩幕，因此由側蝕所導致的底切316會發生在氧化物半導體通道層306之側壁處，且底切316例如是位於相對外側之第三部210c的下方。如此一來，圖案化導電層308'例如會自氧化物半導體通道層306之側壁突出。
請參照圖3E，移除部分之圖案化光阻層210，以減少第一部210a的厚度直到第二部210b與第三部210c被移除，而暴露出圖案化第三導電層308c'之部份上表面。此時，未被完全移除之第一部210a'會殘留在圖案化導電層308'上，而暴露出位於後續預定形成通道區上方之部分圖案化導電層308'以及位於底切316上方之圖案化導電層308'的突出部。在一實施例中，移除部分之圖案化光阻層210的方法可採用灰化製程，其例如是使用氧氣電漿之乾式蝕刻的方式，使圖案化光阻層210的整體厚度降低。
請參照圖3F，以未被移除之第一部210a'為罩幕，移除位於底切316上方且未被第一部210a'覆蓋之圖案化導電層308'，以於氧化物半導體通道層306上形成源極312與汲極314。在一實施例中，形成源極312與汲極314的方法包括進行乾式蝕刻製程，其例如使用Cl2
與BCl3
作為反應氣體來移除暴露的圖案化導電層308'。此外，在形成源極312與汲極314之後，可以進一步移除第一部210a'，以完成本實施例之薄膜電晶體的製作。
在本實施例中，藉由使第三部210c下方之部分圖案化導電層308'暴露出來，因此在進行乾式蝕刻製程之後，位於底切316上方之圖案化導電層308'的突出部即可被去除，且氧化物半導體通道層306例如是突出源極312與汲極314。此外，圖案化光阻層210的佈局同樣地也可以根據氧化物半導體通道層306之底切316的程度來設計位於兩相對外側之第三部210c的範圍。
值得一提的是，由於圖案化第一導電層308a'、圖案化第二導電層308b'以及圖案化第三導電層308c'例如是具有不同的蝕刻選擇性，因此在進行乾式蝕刻製程來移除未被第一部210a'覆蓋之圖案化導電層308'時，圖案化第一導電層308a'、圖案化第二導電層308b'以及圖案化第三導電層308c'被移除的程度也會有所差異。此外，在一實施例中，圖案化第一導電層308a'與圖案化第二導電層308b'所構成的堆疊結構例如是具有實質上連續的側壁，其可以為垂直側壁或傾斜側壁(tapered sidewall)。因此，氧化物半導體通道層306以及源極312與汲極314會在兩相對外側處形成三段式的側壁輪廓，且源極312與汲極314會在通道區處形成兩段式的側壁輪廓。
舉例而言，如圖3F之區域A的局部放大示意圖所示，氧化物半導體通道層306之底部突出源極312與汲極314其中之一之底部(亦即圖案化第一導電層308a'之底部)之水平距離D2約為0.1 μm至1 μm，且圖案化第一導電層308a'之底部突出圖案化第二導電層308b'之底部之水平距離D3約為0.1 μm至1.5 μm。另一方面，如圖3F之區域B的局部放大示意圖所示，在通道區中，圖案化第一導電層308a'之底部突出圖案化第二導電層308b'之底部之水平距離D4約為0.1 μm至1.5 μm。
在本實施例中，在以濕式蝕刻製程形成氧化物半導體通道層306之後，進行乾式蝕刻來移除位於底切316上方且未被第一部210a'覆蓋之圖案化導電層308'。如此一來，即可消除氧化物半導體通道層306中因側蝕所導致的底切現象。
圖4A至圖4C是依照本發明之第四實施例之一種主動元件陣列基板的製造流程示意圖。須注意的是，圖4A至圖4C所示之製造流程是接續圖3C後的步驟，且在圖4A至圖4C中，和圖3A至圖3F相同的構件則使用相同的標號並省略其說明。在第四實施例之薄膜電晶體的製造方法與第三實施例所述之方法類似，然而兩者之間的差異主要是在於：形成圖案化導電層及形成氧化物半導體通道層之方式。
請參照圖4A，在形成圖案化導電層308'之疊層後，移除部分之圖案化光阻層210，以減少第一部210a的厚度直到第二部210b與第三部210c被移除。此時，未被完全移除之第一部210a'會殘留在圖案化導電層308'上，而暴露出位於後續預定形成通道區上方之部分圖案化導電層308'以及位於底切316上方之圖案化導電層308'的突出部。在一實施例中，移除部分之圖案化光阻層210的方法可採用灰化製程，其例如是使用氧氣電漿之乾式蝕刻的方式，使圖案化光阻層210的整體厚度降低。
請參照圖4B，以未被移除之第一部210a'為罩幕，移除未被第一部210a'覆蓋之頂導電層(亦即圖案化第三導電層308c'與圖案化第二導電層308b')以及部分氧化物半導體材料層106，而底導電層(亦即圖案化第一導電層308a')例如是不會被移除。因此，在圖案化第一導電層308a'與第一部210a'之間形成圖案化第三導電層408c、圖案化第二導電層408b，且在圖案化第一導電層308a'與閘絕緣層104之間形成氧化物半導體通道層406。在一實施例中，移除未被覆蓋之圖案化第三導電層308c'、圖案化第二導電層308b'以及部分氧化物半導體材料層106的方法包括進行濕式蝕刻製程，且例如是藉由鋁酸(亦即磷酸、硝酸與醋酸的混合物)作為蝕刻劑，且此蝕刻劑對圖案化第一導電層308a'之材質的蝕刻率低。
類似地，由於採用等向性之濕式蝕刻製程來形成圖案化第三導電層408c、圖案化第二導電層408b及氧化物半導體通道層406，且此濕式蝕刻製程不易移除圖案化第一導電層308a'，因此在氧化物半導體通道層406之側壁處會發生因側蝕所導致的底切416。換言之，圖案化第一導電層308a'例如是自圖案化第三導電層408c、圖案化第二導電層408b以及氧化物半導體通道層406之側壁突出。
請參照圖4C，以未被移除之第一部210a'為罩幕，移除未被第一部210a'覆蓋之圖案化第一導電層308a'以及位於底切416上方之圖案化第一導電層308a'，以形成圖案化第一導電層408a。圖案化第一導電層408a、圖案化第二導電層408b以及圖案化第三導電層408c例如是構成圖案化導電層408之疊層，以於氧化物半導體通道層406上分別作為源極412與汲極414。在一實施例中，上述移除未被第一部210a'覆蓋之圖案化第一導電層308a'以及位於底切416上方之圖案化第一導電層308a'的方法包括進行乾式蝕刻製程，其例如使用Cl2
與BCl3
作為反應氣體來移除暴露的圖案化第一導電層308a'。此外，在形成源極412與汲極414之後，可以進一步移除第一部210a'，即完成本實施例之薄膜電晶體的製作。
承上述，圖案化第三導電層408c與圖案化第二導電層408b所構成的堆疊結構例如是具有實質上連續的側壁，其可以為垂直側壁或傾斜側壁。此外，氧化物半導體通道層406以及源極412與汲極414例如是會在兩相對外側處形成三段式的側壁輪廓，且源極412與汲極414例如是會在通道區處形成兩段式的側壁輪廓。類似圖3F之區域A的局部放大示意圖，本實施例之氧化物半導體通道層406之底部突出源極412與汲極414其中之一之底部(亦即圖案化第一導電層408a之底部)之水平距離約為0.1 μm至1 μm，且圖案化第一導電層408a之底部突出圖案化第二導電層408b之底部之水平距離約為0.1 μm至1.5 μm。
在本實施例中，先利用濕式蝕刻製程來同時移除未被第一部210a'覆蓋之圖案化第三導電層308c'、圖案化第二導電層308b'以及部分氧化物半導體材料層106，而留下圖案化第一導電層308a'；之後才藉由乾式蝕刻製程來移除未被第一部210a'覆蓋之圖案化第一導電層308a'。如此一來，即可消除由等向性濕式蝕刻製程對氧化物半導體通道層406所造成的底切現象。
特別說明的是，在第三及第四實施例中，是以形成第一導電層308a作為底導電層、形成第二導電層308b與第三導電層308c作為頂導電層之三層堆疊的複合結構為例來進行說明，但本發明並不限於此。當然，在其他實施例中，底導電層例如是由多層金屬層所組成，且頂導電層也例如是由單層或多層的金屬層所組成，所屬技術領域中具有通常知識者當可依前述實施例知其變化及應用，故於此不再贅述。
而且，須注意的是，以上所述之薄膜電晶體的製造方法主要是用來詳細說明形成氧化物半導體通道層、源極與汲極之流程，以使熟習此項技術者能夠據以實施，但並非用以限定本發明之範圍。至於薄膜電晶體的其他構件或佈局，均可依所屬技術領域中具有通常知識者所知的技術適當調整，而不限於上述實施例所述。
綜上所述，本發明之薄膜電晶體及其製造方法至少具有下列優點：
1. 上述實施例之薄膜電晶體及其製造方法藉由具有多個厚度之圖案化光阻層來形成氧化物半導體通道層以及源極與汲極，因而利用此減光罩製程可有助於減少製程步驟與成本。
2. 上述實施例之薄膜電晶體及其製造方法可以避免氧化物半導體通道層受損，並改善因側蝕所導致的底切現象，因而使製程能夠獲得良好的控制。
3. 上述實施例之薄膜電晶體及其製造方法能夠與現有的製程整合，並且廣泛應用在形成多種不同佈局之薄膜電晶體。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100．．．基板
102．．．閘極
104．．．閘絕緣層
106．．．氧化物半導體材料層
106'、206、306、406．．．氧化物半導體通道層
108、308．．．導電層
108'、308'、408．．．圖案化導電層
110、210．．．圖案化光阻層
110a、110a'、210a、210a'．．．第一部
110b、210b．．．第二部
112、212、312、412．．．源極
114、214、314、414‧‧‧汲極
210c‧‧‧第三部
216、316、416‧‧‧底切
308a‧‧‧第一導電層
308a'、408a‧‧‧圖案化第一導電層
308b‧‧‧第二導電層
308b'、408b‧‧‧圖案化第二導電層
308c‧‧‧第三導電層
308c'、408c‧‧‧圖案化第三導電層
A、B‧‧‧區域
D1、D2、D3、D4‧‧‧水平距離
圖1A至圖1D是依照本發明之第一實施例之一種薄膜電晶體的製造流程示意圖。
圖2A至圖2E是依照本發明之第二實施例之一種薄膜電晶體的製造流程示意圖。
圖3A至圖3F是依照本發明之第三實施例之一種薄膜電晶體的製造流程示意圖。
圖4A至圖4C是依照本發明之第四實施例之一種主動元件陣列基板的製造流程示意圖。
100．．．基板
102．．．閘極
104．．．閘絕緣層
206．．．氧化物半導體通道層
212．．．源極
214．．．汲極
D1．．．水平距離
Claims (14)
- 一種薄膜電晶體的製造方法，包括：於一基板上形成一閘極；於該基板上依序形成一閘絕緣層、一氧化物半導體材料層以及一導電層；於該導電層上形成一圖案化光阻層，該圖案化光阻層包括二第一部、一連接於該些第一部之間的第二部以及二與各該第一部連接之第三部，各該第一部之厚度大於該第二部之厚度，且該第二部之厚度實質上等於各該第三部之厚度；以該圖案化光阻層為罩幕，移除未被該圖案化光阻層覆蓋之該導電層與該氧化物半導體材料層，以形成一氧化物半導體通道層以及位於該氧化物半導體通道層與該圖案化光阻層之間的一圖案化導電層，其中因側蝕所導致的底切發生在該氧化物半導體通道層之側壁處，且該底切位於該些第三部下方；移除部分之該圖案化光阻層，以減少該些第一部的厚度直到該第二部與該些第三部被移除；以及以未被移除之該些第一部為罩幕，移除位於該底切上方且未被該些第一部覆蓋之該圖案化導電層，以於該氧化物半導體通道層上形成一源極與一汲極。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體的製造方法，其中該圖案化光阻層係藉由階調式製程或半調式製程 所形成。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體的製造方法，其中移除未被該圖案化光阻層覆蓋之該導電層與該氧化物半導體材料層的方法包括：進行一乾式蝕刻製程，以移除未被該圖案化光阻層覆蓋之該導電層；以及進行一濕式蝕刻製程，以移除未被該圖案化光阻層覆蓋之該氧化物半導體材料層。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體的製造方法，其中該導電層包括一底導電層以及一頂導電層，而移除未被該圖案化光阻層覆蓋之該導電層與該氧化物半導體材料層的方法包括：進行一第一濕式蝕刻製程，以移除未被該圖案化光阻層覆蓋之該頂導電層；進行一乾式蝕刻製程，以移除未被該圖案化光阻層覆蓋之該底導電層；以及進行一第二濕式蝕刻製程，以移除未被該圖案化光阻層覆蓋之該氧化物半導體材料層。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體的製造方法，其中移除部分之該圖案化光阻層的方法包括灰化製程。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體的製造方法，其中形成該源極與該汲極的方法包括：以未被移除之該些第一部為罩幕，進行一乾式蝕刻以 移除位於該底切上方且未被該些第一部覆蓋之該圖案化導電層。
- 如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體的製造方法，在形成該源極與該汲極之後，更包括移除該些第一部。
- 一種薄膜電晶體的製造方法，包括：於一基板上形成一閘極；於該基板上依序形成一閘絕緣層、一氧化物半導體材料層、一底導電層以及一頂導電層；於該頂導電層上形成一圖案化光阻層，該圖案化光阻層包括二第一部、一連接於該些第一部之間的第二部以及二與各該第一部連接之第三部，各該第一部之厚度大於該第二部之厚度，且該第二部之厚度實質上等於各該第三部之厚度；以該圖案化光阻層為罩幕，移除未被該圖案化光阻層覆蓋之該頂導電層與該底導電層；移除部分之該圖案化光阻層，以減少該些第一部的厚度直到該第二部與該些第三部被移除；以未被移除之該些第一部為罩幕，移除未被該些第一部覆蓋之該頂導電層以及部分該氧化物半導體材料層，以於該底導電層與該閘絕緣層之間形成一氧化物半導體通道層，其中因側蝕所導致的底切發生在該氧化物半導體通道層之側壁處；以及以未被移除之該些第一部為罩幕，移除未被該些第一 部覆蓋之該底導電層以及位於該底切上方之該底導電層，以於該氧化物半導體通道層上形成一源極與一汲極。
- 如申請專利範圍第8項所述之薄膜電晶體的製造方法，其中該圖案化光阻層係藉由階調式製程或半調式製程所形成。
- 如申請專利範圍第8項所述之薄膜電晶體的製造方法，其中移除未被該圖案化光阻層覆蓋之該頂導電層與該底導電層的方法包括：進行一濕式蝕刻製程，以移除未被該圖案化光阻層覆蓋之該頂導電層；以及進行一乾式蝕刻製程，以移除未被該圖案化光阻層覆蓋之該底導電層。
- 如申請專利範圍第8項所述之薄膜電晶體的製造方法，其中以未被移除之該些第一部為罩幕，移除未被該些第一部覆蓋之該頂導電層以及部分該氧化物半導體材料層之方法包括：進行一濕式蝕刻製程，以移除未被該些第一部覆蓋之該頂導電層以及部分該氧化物半導體材料層。
- 如申請專利範圍第8項所述之薄膜電晶體的製造方法，其中以未被移除之該些第一部為罩幕，移除未被該些第一部覆蓋之該底導電層以及位於該底切上方之該底導電層之方法包括：進行一乾式蝕刻製程，以移除未被該些第一部覆蓋之 該底導電層以及位於該底切上方之該底導電層。
- 如申請專利範圍第8項所述之薄膜電晶體的製造方法，其中移除部分之該圖案化光阻層的方法包括灰化製程。
- 如申請專利範圍第8項所述之薄膜電晶體的製造方法，在形成該源極與該汲極之後，更包括移除該些第一部。
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