專利名稱：薄膜晶體管主動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及平面顯示裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種薄膜晶體管主動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
主動(dòng)矩陣式平面顯示器每個(gè)像素點(diǎn)都是由集成在像素點(diǎn)后面的薄膜晶體管主動(dòng)裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)，從而可以做到高速度、高亮度、高對(duì)比度顯示屏幕信息。主動(dòng)矩陣式平面顯示器的每個(gè)像素點(diǎn)都是由集成在自身上的TFT來(lái)控制，是有源像素點(diǎn)，因此，不但速度可以極大提高，而且對(duì)比度和亮度也大大提高了，同時(shí)分辨率也達(dá)到了很高水平。對(duì)于整個(gè)平面顯示裝置來(lái)說(shuō)，薄膜晶體管(矩陣)可以主動(dòng)的對(duì)屏幕上的各個(gè)獨(dú)立的象素進(jìn)行控制，這也就是所謂的主動(dòng)矩陣TFT (active matrix TFT)的來(lái)歷。主動(dòng)矩陣式平面顯示器其效果接近CRT顯示器，是現(xiàn)在筆記本電腦和臺(tái)式機(jī)上的主流顯示設(shè)備。
參見(jiàn)圖1，其為典型的具有蝕刻終止層結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體TFT的制程流程圖，圖中采用相同剖面線填充的部分表示能夠在同一制程步驟中形成的結(jié)構(gòu)。氧化物半導(dǎo)體TFT是指在TFT的柵極絕緣層之上，設(shè)置一層金屬氧化物主動(dòng)層，是一種基于TFT驅(qū)動(dòng)的技術(shù)。氧化物主動(dòng)層優(yōu)選為IGZO層，IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)為氧化銦鎵鋅的縮寫(xiě)。按照?qǐng)DI所示的制程流程圖，首先在基底上形成柵極電極(GE)IO ;接下來(lái)在柵極電極10上覆蓋柵極絕緣層(GI層)11 ;接下來(lái)在柵極絕緣層11上形成一層氧化物半導(dǎo)體層12，具體可以為IGZO層；接下來(lái)在氧化物半導(dǎo)體層12上形成蝕刻終止層(ES層)13，ES層通常是使用前體物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)來(lái)獲得；然后形成與氧化物半導(dǎo)體層12電連接的源/漏極(S/D)電極14，現(xiàn)有制程一般是將Cu或Al沉積于氧化物半導(dǎo)體層12上，并利用蝕刻分別形成源極電極和漏極電極；接下來(lái)在源/漏極電極14上覆蓋鈍化層(PV層)15，至此，形成了主要由柵極電極10、柵極絕緣層11、氧化物半導(dǎo)體層12、蝕刻終止層13、源/漏極電極14及鈍化層15等組成的薄膜晶體管主動(dòng)裝置；此外，在圖I所示的制程流程圖中，接下來(lái)還進(jìn)一步形成了作為像素電極的氧化銦錫(ITO)電極16，從而最終可形成應(yīng)用于主動(dòng)矩陣式平面顯示器的TFT。參見(jiàn)圖2，其為典型的氧化物半導(dǎo)體TFT搭配Cu制程的制程工藝所制造的薄膜晶體管主動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。該薄膜晶體管主動(dòng)裝置主要包括柵極、柵極絕緣層21、氧化物半導(dǎo)體層22、蝕刻終止層23、源/漏極電極24及鈍化層25等，氧化物半導(dǎo)體層22形成于柵極絕緣層21上，蝕刻終止層23形成于氧化物半導(dǎo)體層22上，源/漏極電極24與氧化物半導(dǎo)體層22電連接，鈍化層25覆蓋于源/漏極電極24上。在Cu制程之下，為了避免Cu離子滲透，在做Cu的沉積之前必須先沉積一層阻擋層(barrier layer) 27,目前主要是以Mo, Ti或類似的合金或化合物為解決方案。雖然在源/漏極電極24與氧化物半導(dǎo)體層22及蝕刻終止層23之間設(shè)置了阻擋層(barrier layer) 27,但是Cu離子28仍然極易穿越過(guò)鈍化層25和蝕刻終止層23而擴(kuò)散至氧化物半導(dǎo)體層22，因而導(dǎo)致TFT閾值電壓偏移(Vthshift),遷移率下降(mobility down),以及亞閾值擺幅退化(SS degradation)等異常。參見(jiàn)圖3，其為現(xiàn)有的IGZO TFT搭配Cu制程的制程工藝中空氣退火前與后的柵極電壓漏極電流Id特性曲線對(duì)比示意圖，該圖引自日本應(yīng)用物理學(xué)報(bào)(JJAP)51 (2012)011401。經(jīng)空氣退火后，Cu離子的擴(kuò)散效應(yīng)明顯的改變了柵極電壓Ve-漏極電流Id特性曲線，也就是說(shuō)造成了 TFT閾值電壓偏移(Vth shift),遷移率下降(mobility down),以及亞閾值擺幅退化(SS degradation)等異常。如下表一所示，其為常見(jiàn)的氧化物半導(dǎo)體TFT搭配Cu制程的制程工藝中所采用的常用GI/ES/PV層絕緣材料比較。一種情況為采用SiOx作為絕緣材料，此時(shí)是用SiH4+N20作CVD前體，通過(guò)CVD制程形成GI/ES/PV層，獲得的TFT特性好，但是Cu離子易擴(kuò)散；另一種情況是采用SiNx作為絕緣材料，此時(shí)是用SiH4+NH3+N2作CVD前體，通過(guò)CVD制程形成GI/ES/PV層，此時(shí)絕緣材料含氫量較高，獲得的TFT特性不好，但是Cu離子不易擴(kuò)散。表一、現(xiàn)有技術(shù)中常用GI/ES/PV層材料比較 GI/ES/PV層材料 CVD前體TFT特性Cu離子抵抗
SiOxSiH4+N20WI
SiNxSiH4+NH3+N2WWW因此，現(xiàn)有的氧化物半導(dǎo)體TFT搭配Cu制程的制程工藝會(huì)面臨來(lái)自于金屬電極的金屬離子擴(kuò)散以及GI/ES/PV層的H含量的雙重影響，這兩個(gè)因子的控制是TFT元件穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種薄膜晶體管主動(dòng)裝置，可以抑制金屬離子的擴(kuò)散以及減少絕緣層與保護(hù)層的H含量。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種薄膜晶體管主動(dòng)裝置，包括柵極電極；覆蓋所述柵極電極的柵極絕緣層；形成于所述柵極絕緣層上的氧化物半導(dǎo)體層；形成于所述氧化物半導(dǎo)體層上的第一保護(hù)層；與所述氧化物半導(dǎo)體層電連接的源/漏極電極；以及覆蓋所述源/漏極電極的第二保護(hù)層；其中，所述柵極絕緣層、第一保護(hù)層與第二保護(hù)層至少其中之一由硅的氮化物所構(gòu)成，且其折射率介于2. (T3. O。其中，所述氧化物半導(dǎo)體層含有Zn的氧化物、Sn的氧化物、In的氧化物及Ga的氧化物至少其中之一。其中，所述源/漏極電極含有Cu或Al。其中，所述第一保護(hù)層位于所述氧化物半導(dǎo)體層與源/漏極電極之間。其中，所述硅的氮化物是使用N2/ (N2+S1H4)流量比介于0. 7 0. 9的混合氣體通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法所沉積形成。
其中，所述硅的氮化物的H含量小于5atom%。其中，所述第一保護(hù)層為蝕刻終止層。其中，所述第二保護(hù)層為鈍化層。其中，所述氧化物半導(dǎo)體層為IGZO層。其中，所述薄膜晶體管主動(dòng)裝置為T(mén)FT-IXD的薄膜晶體管。對(duì)應(yīng)于BCE(Back channel Etched,后通道蝕刻)結(jié)構(gòu)的TFT,本發(fā)明還提供了一種薄膜晶體管主動(dòng)裝置，包括·柵極電極；覆蓋所述柵極電極的柵極絕緣層；形成于所述柵極絕緣層上的氧化物半導(dǎo)體層；與所述氧化物半導(dǎo)體層電連接的源/漏極電極；以及覆蓋所述源/漏極電極的保護(hù)層；其中，所述柵極絕緣層與保護(hù)層至少其中之一由硅的氮化物所構(gòu)成，且其折射率介于2. 0 3. O。其中，所述氧化物半導(dǎo)體層含有Zn的氧化物、Sn的氧化物、In的氧化物及Ga的氧化物至少其中之一。其中，所述源/漏極電極含有Cu或Al。其中，所述硅的氮化物是使用N2/ (N2+S1H4)流量比介于0. 7 0. 9的混合氣體通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法所沉積形成。其中，所述硅的氮化物的H含量小于5atom%。其中，所述氧化物半導(dǎo)體層為IGZO層。其中，所述薄膜晶體管主動(dòng)裝置為T(mén)FT-IXD的薄膜晶體管。本發(fā)明的薄膜晶體管主動(dòng)裝置可抑制來(lái)自于金屬電極的金屬離子擴(kuò)散并減少絕緣層與保護(hù)層的H含量，可有效的提升TFT制程工藝的穩(wěn)定性。


下面結(jié)合附圖，通過(guò)對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
詳細(xì)描述，將使本發(fā)明的技術(shù)方案及其他有益效果顯而易見(jiàn)。附圖中，圖I為現(xiàn)有技術(shù)中典型的具有蝕刻終止層結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體TFT的制程流程圖；圖2為典型的氧化物半導(dǎo)體TFT搭配Cu制程的制程工藝所制造的薄膜晶體管主動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為現(xiàn)有的IGZO TFT搭配Cu制程的制程工藝中空氣退火前與后的柵極電壓VG-漏極電流ID特性曲線對(duì)比示意圖；圖4為本發(fā)明薄膜晶體管主動(dòng)裝置一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為氮化娃中N/(N+Si)元素組成比與原料流量比的關(guān)系示意圖；圖6為氮化硅的折射率與原料流量比的關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖4，其為本發(fā)明薄膜晶體管主動(dòng)裝置一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的薄膜晶體管主動(dòng)裝置主要包括柵極電極40 ;覆蓋所述柵極電極40的柵極絕緣層41 ;形成于所述柵極絕緣層41上的氧化物半導(dǎo)體層42 ;形成于所述氧化物半導(dǎo)體層42上的第一保護(hù)層43 ;與所述氧化物半導(dǎo)體層42電連接的源/漏極電極44 ；以及覆蓋所述源/漏極電極44的第二保護(hù)層45 ;其中，所述柵極絕緣層41、第一保護(hù)層43與第二保護(hù)層45至少其中之一由氮化硅所構(gòu)成，且其折射率介于2. (T3. O。另外，源/漏極電極44與氧化物半導(dǎo)體層42及第一保護(hù)層43之間設(shè)置了阻擋層47，用于阻止源/漏極金屬電極與氧化物半導(dǎo)體層之間發(fā)生反應(yīng)。氧化物半導(dǎo)體層42可以含有Zn的氧化物、Sn的氧化物、In的氧化物及Ga的氧化物至少其中之一，例如含有ZnOx, SnOx, InOx, GaOx至少其中之一；氧化物半導(dǎo)體層42優(yōu)選為IGZO層。源/漏極電極44可以含有Cu或Al。第一保護(hù)層43優(yōu)選為蝕刻終止層；第二保護(hù)層45優(yōu)選為鈍化層；第一保護(hù)層43位于氧化物半導(dǎo)體層42與源/漏極電極44之間；因此該薄膜晶體管主動(dòng)裝置可作為驅(qū)動(dòng)TFT-LCD的薄膜晶體管。 為了抑制金屬離子擴(kuò)散并減少GI層、ES層或PV層的H含量，本發(fā)明提出GI層、ES層或PV層使用無(wú)NH3 (NH3-free)的氮化硅，制備方法可以采用SiH4+N2混合氣體通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)來(lái)實(shí)現(xiàn)，GI層、ES層或PV層的組成為氮化硅可有效的抑制金屬離子擴(kuò)散并且使用N2取代傳統(tǒng)的NH3可有效的減少H含量的影響，氮化硅的H含量?jī)?yōu)選小于5atom% (原子百分含量)。參見(jiàn)圖5及圖6,圖5為氮化娃中N/(N+Si)元素組成比與原料流量比的關(guān)系示意圖，圖6為氮化硅的折射率與原料流量比的關(guān)系示意圖。隨著降低原料N2/(N2+SiH4)流量比，所沉積的氮化硅的N含量呈現(xiàn)線性降低。若N2/(N2+SiH4)流量比降低至小于0.7，此時(shí)氮化娃的N/(N+Si)元素組成比小于0. 2。過(guò)低的N含量會(huì)造成氮化娃薄膜的絕緣特性不良。若N2/(N2+SiH4)流量比增加至大于0.9，此時(shí)氮化硅的沉積速率過(guò)低，無(wú)實(shí)際應(yīng)用的可行性。因此，優(yōu)選的N2/(N2+SiH4)流量比介于0. 7 0. 9。圖6中，橫軸為原料N2/(N2+S1H4)流量比，縱軸表示了氮化硅在633nm的折射率n。本發(fā)明采用折射率來(lái)具體限定氮化硅層的特性，根據(jù)圖5和圖6，優(yōu)選的N2/(N2+SiH4)流量比介于0. 7~0. 9，此時(shí)氮化硅構(gòu)成的GI/ES/PV層的折射率n為介于2. (T3. O?？梢岳斫?對(duì)于BCE (Back channel Etched,后通道蝕刻)結(jié)構(gòu)的TFT,本發(fā)明同樣適用。綜上所述，本發(fā)明的薄膜晶體管主動(dòng)裝置可抑制來(lái)自于金屬電極的金屬離子擴(kuò)散并減少GI層、ES層或PV層的H含量，可有效的提升TFT制程工藝的穩(wěn)定性。以上所述，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)思作出其他各種相應(yīng)的改變和變形，而所有這些改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明后附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.ー種薄膜晶體管主動(dòng)裝置，其特征在于，包括 柵極電極； 覆蓋所述柵極電極的柵極絕緣層； 形成于所述柵極絕緣層上的氧化物半導(dǎo)體層； 形成于所述氧化物半導(dǎo)體層上的第一保護(hù)層； 與所述氧化物半導(dǎo)體層電連接的源/漏極電扱；以及 覆蓋所述源/漏極電極的第二保護(hù)層； 其中，所述柵極絕緣層、第一保護(hù)層與第二保護(hù)層至少其中之一由硅的氮化物所構(gòu)成，且其折射率介于2. (T3.0。
2.如權(quán)利要求I所述的薄膜晶體管主動(dòng)裝置，其特征在于，所述氧化物半導(dǎo)體層含有Zn的氧化物、Sn的氧化物、In的氧化物及Ga的氧化物至少其中之一。
3.如權(quán)利要求I所述的薄膜晶體管主動(dòng)裝置，其特征在于，所述源/漏極電極含有Cu或Al。
4.如權(quán)利要求I所述的薄膜晶體管主動(dòng)裝置，其特征在于，所述第一保護(hù)層位于所述氧化物半導(dǎo)體層與源/漏極電極之間。
5.如權(quán)利要求I所述的薄膜晶體管主動(dòng)裝置，其特征在于，所述硅的氮化物是使用N2/(N2+S1H4)流量比介于0. 7~0. 9的混合氣體通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法所沉積形成。
6.如權(quán)利要求I所述的薄膜晶體管主動(dòng)裝置，其特征在于，所述硅的氮化物的H含量小亍 5atom%。
7.如權(quán)利要求I所述的薄膜晶體管主動(dòng)裝置，其特征在于，所述第一保護(hù)層為蝕刻終止層。
8.如權(quán)利要求I所述的薄膜晶體管主動(dòng)裝置，其特征在于，所述第二保護(hù)層為鈍化層。
9.如權(quán)利要求I所述的薄膜晶體管主動(dòng)裝置，其特征在于，所述氧化物半導(dǎo)體層為IGZO 層。
10.如權(quán)利要求I所述的薄膜晶體管主動(dòng)裝置，其特征在于，所述薄膜晶體管主動(dòng)裝置為T(mén)FT-IXD的薄膜晶體管。
11.ー種薄膜晶體管主動(dòng)裝置，其特征在于，包括 柵極電極； 覆蓋所述柵極電極的柵極絕緣層； 形成于所述柵極絕緣層上的氧化物半導(dǎo)體層； 與所述氧化物半導(dǎo)體層電連接的源/漏極電極；以及 覆蓋所述源/漏極電極的保護(hù)層； 其中，所述柵極絕緣層與保護(hù)層至少其中之一由硅的氮化物所構(gòu)成，且其折射率介于2. 0 3. O。
12.如權(quán)利要求11所述的薄膜晶體管主動(dòng)裝置，其特征在于，所述氧化物半導(dǎo)體層含有Zn的氧化物、Sn的氧化物、In的氧化物及Ga的氧化物至少其中之一。
13.如權(quán)利要求11所述的薄膜晶體管主動(dòng)裝置，其特征在于，所述源/漏極電極含有Cu 或 Al。
14.如權(quán)利要求11所述的薄膜晶體管主動(dòng)裝置，其特征在于，所述硅的氮化物是使用N2/(N2+SiH4)流量比介于0. 7^0. 9的混合氣體通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法所沉積形成。
15.如權(quán)利要求11所述的薄膜晶體管主動(dòng)裝置，其特征在于，所述硅的氮化物的H含量小于 5atom%。
16.如權(quán)利要求11所述的薄膜晶體管主動(dòng)裝置，其特征在于，所述氧化物半導(dǎo)體層為IGZO 層。
17.如權(quán)利要求11所述的薄膜晶體管主動(dòng)裝置，其特征在于，所述薄膜晶體管主動(dòng)裝置為T(mén)FT-IXD的薄膜晶體管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種薄膜晶體管主動(dòng)裝置。該薄膜晶體管主動(dòng)裝置包括柵極電極；覆蓋所述柵極電極的柵極絕緣層；形成于所述柵極絕緣層上的氧化物半導(dǎo)體層；形成于所述氧化物半導(dǎo)體層上的第一保護(hù)層；與所述氧化物半導(dǎo)體層電連接的源/漏極電極；以及覆蓋所述源/漏極電極的第二保護(hù)層；其中，所述柵極絕緣層、第一保護(hù)層與第二保護(hù)層至少其中之一由硅的氮化物所構(gòu)成,且其折射率介于2.0~3.0。本發(fā)明的薄膜晶體管主動(dòng)裝置可抑制來(lái)自于金屬電極的金屬離子擴(kuò)散并減少絕緣層與保護(hù)層的H含量，可有效的提升TFT制程工藝的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H01L29/786GK102800709SQ20121033441
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者江政隆, 陳柏林 申請(qǐng)人:深圳市華星光電技術(shù)有限公司