專利名稱：修補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體層的缺陷的方法
修補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體層的缺陷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種修補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體層的缺陷的方法，尤其涉及一種在有機(jī)氣體環(huán)境下利用退火制程修補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體層的缺陷的方法。
背景技術(shù)：
目前顯示器業(yè)界使用的薄膜晶體管可根據(jù)使用的半導(dǎo)體層材料來(lái)做區(qū)分，包括非晶硅薄膜晶體管(amorphous silicon TFT，a-Si TFT)、多晶硅薄膜晶體管(poly silicon TFT)以及氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管(oxide semiconductor TFT)。非晶硅薄膜晶體管受到非晶硅半導(dǎo)體材料本身特性的影響，使其電子遷移率無(wú)法大幅且有效地通過(guò)制程或元件設(shè)計(jì)的調(diào)整來(lái)改善，故無(wú)法滿足目前可見(jiàn)的未來(lái)更高規(guī)格顯示器的需求。多晶硅薄膜晶體管的制程復(fù)雜(相對(duì)地成本提升)且于大尺寸面板應(yīng)用時(shí)會(huì)有結(jié)晶化制程導(dǎo)致結(jié)晶程度均勻性不佳的問(wèn)題存在，故目前多晶硅薄膜晶體管仍以小尺寸面板應(yīng)用為主。氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管則是應(yīng)用近年來(lái)新崛起的氧化物半導(dǎo)體材料，此類材料一般為非晶相 (amorphous)結(jié)構(gòu)，沒(méi)有應(yīng)用于大尺寸面板上均勻性不佳的問(wèn)題。氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的電子遷移率一般可比非晶硅薄膜晶體管高10倍以上，已可滿足目前可見(jiàn)的未來(lái)高規(guī)格顯示器的需求。一般而言，在氧化物半導(dǎo)體層形成后，會(huì)對(duì)氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行至少一次的等離子體制程，以使氧化物半導(dǎo)體層的阻值降低。此外，在后續(xù)定義源極與漏極的圖案時(shí)，亦常使用等離子體制程加以達(dá)成。然而，等離子體制程會(huì)使得氧化物半導(dǎo)體層產(chǎn)生缺陷，而導(dǎo)致漏極誘導(dǎo)能壘下降(Drain induced barrier lowering, DIBL)問(wèn)題，因此造成氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的元件特性不穩(wěn)定，影響了氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的之一在于提供一種修補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體層的缺陷的方法，以提升氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的元件特性的穩(wěn)定性。本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例提供了一種修補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體層的缺陷的方法，包括下列步驟。首先提供基板，并于基板上形成氧化物半導(dǎo)體層。接著將基板載入反應(yīng)室內(nèi)，并于反應(yīng)室內(nèi)通入至少一種有機(jī)氣體，以使反應(yīng)室內(nèi)形成有機(jī)氣體環(huán)境。隨后，在有機(jī)氣體環(huán)境下對(duì)氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行退火制程，以修補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體層的缺陷。

圖1至圖3繪示了本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例的修補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體層的缺陷的方法示意圖。圖4繪示了氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管于進(jìn)行退火制程前的柵極-源極電壓與漏極電流的關(guān)系圖。而圖5繪示了氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管于進(jìn)行本實(shí)施例的第一實(shí)施模式的退火制程后的柵極-源極電壓與漏極電流的關(guān)系圖。圖6繪示了氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管于進(jìn)行退火制程前的柵極-源極電壓與漏極電流的關(guān)系圖。圖7繪示了氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管于進(jìn)行本實(shí)施例的第二實(shí)施模式的退火制程后的柵極-源極電壓與漏極電流的關(guān)系圖。主要附圖標(biāo)記說(shuō)明30 基板32 氧化物半導(dǎo)體層40 反應(yīng)室42 氣體通入口44 有機(jī)氣體
具體實(shí)施方式為使本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能更進(jìn)一步了解本發(fā)明，下文特列舉本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的構(gòu)成內(nèi)容及所欲達(dá)成的功效。請(qǐng)參考圖1至圖3。圖1至圖3繪示了本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例的修補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體層的缺陷的方法示意圖。如圖1所示，首先提供基板30。在本實(shí)施例中，基板30可為顯示面板的陣列基板，其可為例如玻璃基板，但不以此為限。接著，于基板30上形成氧化物半導(dǎo)體層32。在本實(shí)施例中，氧化物半導(dǎo)體層30可包括例如銦鎵鋅氧化物(IGZO)半導(dǎo)體層， 其可作為氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的半導(dǎo)體通道層。氧化物半導(dǎo)體層30并不限于為銦鎵鋅氧化物半導(dǎo)體層，亦可為例如氧化鋅(SiO)半導(dǎo)體層、鋅鎂氧化物(ZnMgO)半導(dǎo)體層、錫銻氧化物(SnSbO2)半導(dǎo)體層、鋅硒氧化物( 半導(dǎo)體層或鋅鋯氧化物半導(dǎo)體層等具有半導(dǎo)體特性的氧化物。如圖2所示，隨后，將基板30載入反應(yīng)室40內(nèi)，其中反應(yīng)室40具有至少一個(gè)氣體通入口 42。之后，經(jīng)由氣體通入口 42于反應(yīng)室40內(nèi)通入至少一種有機(jī)氣體44，以使反應(yīng)室 40內(nèi)形成有機(jī)氣體環(huán)境。在本實(shí)施例中，有機(jī)氣體44可包括例如丙二醇甲醚(Propylene Glycol Monomethyl Ether, PGME)的蒸汽、丙二醇甲醚醋酸酯(Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate,PGMEA) W^fl^N-^ ^^ !! (N-methyl pyrrolidinone, NMP)的蒸汽中至少一者，但不以此為限。值得說(shuō)明的是，當(dāng)通入不同的有機(jī)氣體44時(shí)，通入氣體體積濃度(亦即通入的有機(jī)氣體44的體積與反應(yīng)室的體積之比)亦可視需要加以調(diào)整。舉例而言，若有機(jī)氣體44選用丙二醇甲醚(PGME)的蒸汽，則丙二醇甲醚(PGME)的體積濃度大體上優(yōu)選小于等于1. 6%或大于等于13. 5%;若有機(jī)氣體44選用丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)的蒸汽，則丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)的體積濃度大體上優(yōu)選小于等于1. 5% 或大于等于7% ；若有機(jī)氣體44選用N-甲基吡咯烷酮(NMP)的蒸汽，則N-甲基吡咯烷酮 (NMP)的體積濃度大體上優(yōu)選小于等于1.3%或大于等于9.5%。在本發(fā)明中，形成有機(jī)氣體環(huán)境的方式具有不同的實(shí)施模式。舉例而言，在本實(shí)施例的第一實(shí)施模式中，可直接加熱上述有機(jī)溶劑形成蒸汽，再經(jīng)由氣體通入口 42將有機(jī)溶劑的蒸汽通入反應(yīng)室40內(nèi)以形成有機(jī)氣體環(huán)境，或是直接將有機(jī)溶劑通入反應(yīng)室40內(nèi)，并于反應(yīng)室40內(nèi)加熱有機(jī)溶劑以形成有機(jī)氣體環(huán)境。另外，若使用上述有機(jī)溶劑的蒸汽作為有機(jī)氣體44，則有機(jī)溶劑的蒸汽的溫度大體上優(yōu)選宜控制在250°C以下，以避免產(chǎn)生爆炸。若使用其它有機(jī)溶劑的蒸汽，則其溫度可視有機(jī)溶劑的自燃溫度或其它性質(zhì)加以調(diào)整。另外，在本實(shí)施例的第二實(shí)施模式中，可利用載氣(carrier gas)通過(guò)有機(jī)溶劑使有機(jī)溶劑的分子附著于載氣上，再將載氣經(jīng)由氣體通入口 42通入反應(yīng)室40內(nèi)，以形成有機(jī)氣體環(huán)境。在此實(shí)施模式中，載氣的溫度可達(dá)到250°C以上。如圖3所示，接著在有機(jī)氣體環(huán)境下對(duì)氧化物半導(dǎo)體層32進(jìn)行退火制程，以修補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體層32的缺陷。在本實(shí)施例中，退火制程的制程溫度大體上介于200°C至400°C 之間，且大體上優(yōu)選介于220°C至250°C之間，但不以此為限；退火制程在常壓下進(jìn)行，但不以此為限；退火制程的制程時(shí)間大體上介于1小時(shí)至2小時(shí)之間，但不以此為限。在本實(shí)施例中，反應(yīng)室40內(nèi)僅載入基板30，但不以此為限。舉例而言，反應(yīng)室40內(nèi)可一次載入多片基板30，由此退火制程可一次修補(bǔ)多片基板30上的氧化物半導(dǎo)體層32。請(qǐng)參考圖4與圖5。圖4繪示了氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管于進(jìn)行退火制程前的柵極-源極電壓(Vgs)與漏極電流(Ids)的關(guān)系圖，而圖5繪示了氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管于進(jìn)行本實(shí)施例的第一實(shí)施模式的退火制程后的柵極-源極電壓與漏極電流的關(guān)系圖。如圖4所示，在漏極電壓(Vd)為10伏特的狀況下(如圖4的六條實(shí)線所繪示的六個(gè)不同樣本所示)，以及在漏極電壓為0. 1伏特的狀況下(如圖4的六條虛線所繪示的六個(gè)不同樣本所示)，在未進(jìn)行退火制程之前，六個(gè)氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的樣本的柵極_源極電壓與漏極電流的關(guān)系顯示了明 顯的不均性(non-imiformity)，而具有漏極誘導(dǎo)能壘下降問(wèn)題。 相比之下，如圖5所示，不論是在漏極電壓為10伏特的狀況下(如圖5的六條實(shí)線所繪示的六個(gè)不同樣本所示)，或是在漏極電壓為0. 1伏特的狀況下(如圖5的六條虛線所繪示的六個(gè)不同樣本所示)，在進(jìn)行了本實(shí)施例的第一實(shí)施模式的退火制程后(亦即于反應(yīng)室內(nèi)直接通入有機(jī)溶劑的蒸汽后進(jìn)行退火制程)，六個(gè)氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的樣本的柵極-源極電壓與漏極電流的關(guān)系顯示了均勻性(uniformity)明顯地提升了，而沒(méi)有漏極誘導(dǎo)能壘下降問(wèn)題。因此，本實(shí)施例的第一實(shí)施模式的退火制程經(jīng)證實(shí)可有效改善氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的元件特性的穩(wěn)定性。請(qǐng)參考圖6與圖7。圖6繪示了氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管于進(jìn)行退火制程前的柵極-源極電壓與漏極電流的關(guān)系圖，而圖7繪示了氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管于進(jìn)行本實(shí)施例的第二實(shí)施模式的退火制程后的柵極-源極電壓與漏極電流的關(guān)系圖。如圖6所示，在漏極電壓為10伏特的狀況下(如圖6的四條實(shí)線所繪示的四個(gè)不同樣本所示)，以及在漏極電壓為0. 1伏特的狀況下(如圖6的四條虛線所繪示的四個(gè)不同樣本所示)，在未進(jìn)行退火制程之前，四個(gè)氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的樣本的柵極_源極電壓與漏極電流的關(guān)系顯示了明顯的不均性，而具有漏極誘導(dǎo)能壘下降問(wèn)題。相比之下，如圖7所示，不論是在漏極電壓為10伏特的狀況下(如圖7的四條實(shí)線所繪示的四個(gè)不同樣本所示)，或是在漏極電壓為0. 1伏特的狀況下(如圖7的四條虛線所繪示的四個(gè)不同樣本所示)，在進(jìn)行了本實(shí)施例的第二實(shí)施模式的退火制程后(亦即利用一氧化二氮作為載氣通過(guò)有機(jī)溶劑使有機(jī)溶劑的分子附著于載氣上，再將載氣通入反應(yīng)室內(nèi)后進(jìn)行退火制程)，四個(gè)氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的樣本的柵極_源極電壓與漏極電流的關(guān)系顯示了均勻性(uniformity)明顯地提升了，而沒(méi)有漏極誘導(dǎo)能壘下降問(wèn)題。因此，本實(shí)施例的第二實(shí)施模式的退火制程經(jīng)證實(shí)可有效改善氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的元件特性的穩(wěn)定性。值得說(shuō)明的是本發(fā)明所使用的載氣并不限于一氧化二氮，而可為其它適合的氣體。綜上所述，本發(fā)明的修補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體層的缺陷的方法，于有機(jī)氣體環(huán)境下對(duì)氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行退火制程，可有效修補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體層的缺陷，進(jìn)而可有效提升氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的元件特性的穩(wěn)定性。值得說(shuō)明的是，本發(fā)明的修補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體層的方法可以氧化物半導(dǎo)體層形成后的任何時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行，且優(yōu)選在等離子體制程后進(jìn)行，由此可修補(bǔ)因等離子體制程造成的缺陷。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所作的等同變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種修補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體層的缺陷的方法，包括提供基板，并于該基板上形成一氧化物半導(dǎo)體層；將該基板載入反應(yīng)室內(nèi)，并于該反應(yīng)室內(nèi)通入至少一種有機(jī)氣體，以使該反應(yīng)室內(nèi)形成有機(jī)氣體環(huán)境；以及在該有機(jī)氣體環(huán)境下對(duì)該氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行退火制程，以修補(bǔ)該氧化物半導(dǎo)體層的缺陷。
2.如權(quán)利要求1所述的修補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體層的缺陷的方法，其中該退火制程的制程溫度大體上為200°C至400°C。
3.如權(quán)利要求1所述的修補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體層的缺陷的方法，其中該退火制程在常壓下進(jìn)行。
4.如權(quán)利要求1所述的修補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體層的缺陷的方法，其中該退火制程的制程時(shí)間大體上為1小時(shí)至2小時(shí)。
5.如權(quán)利要求1所述的修補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體層的缺陷的方法，其中該有機(jī)氣體包括丙二醇甲醚的蒸汽、丙二醇甲醚醋酸酯的蒸汽或N-甲基吡咯烷酮的蒸汽。
6.如權(quán)利要求1所述的修補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體層的缺陷的方法，還包括利用載氣將該有機(jī)氣體通入該反應(yīng)室內(nèi)以形成該有機(jī)氣體環(huán)境。
7.如權(quán)利要求1所述的修補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體層的缺陷的方法，還包括直接于該反應(yīng)室內(nèi)通入該有機(jī)氣體而形成該有機(jī)氣體環(huán)境。
8.如權(quán)利要求1所述的修補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體層的缺陷的方法，其中該氧化物半導(dǎo)體層包括銦鎵鋅氧化物(IGZO)半導(dǎo)體層。
全文摘要
一種修補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體層的缺陷的方法，包括下列步驟。首先提供基板，并于基板上形成氧化物半導(dǎo)體層。接著將基板載入反應(yīng)室內(nèi)，并于反應(yīng)室內(nèi)通入至少一種有機(jī)氣體，以使反應(yīng)室內(nèi)形成有機(jī)氣體環(huán)境。隨后，在有機(jī)氣體環(huán)境下對(duì)氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行退火制程，以修補(bǔ)氧化物半導(dǎo)體層的缺陷。
文檔編號(hào)H01L21/477GK102354657SQ20111035941
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者吳淑芬, 杜振源, 林俊男, 高逸群 申請(qǐng)人:友達(dá)光電股份有限公司