一种薄膜晶体管结构及其制备方法转让专利

申请号 : CN200710100342.0

文献号 : CN100583443C

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发明人 : 薛建设林承武梁珂

申请人 : 北京京东方光电科技有限公司

摘要 :

本发明公开了一种薄膜晶体管结构,包括:基板,形成在所述基板上的栅极、栅绝缘层、半导体层、掺杂半导体层、源漏电极、钝化层和像素电极,其中像素电极同源漏电极的漏极端相连接,其中在掺杂半导体层上部及所述源漏电极的下方设置有8-15nm的SiNx或者SiOxNy层;源漏电极的材料为铝合金,包括两元铝合金和多元铝合金。本发明同时公开了该薄膜晶体管的制造方法,包括:在掺杂半导体层上部和源漏电极的下方形成8-15nm的SiNx或者SiOxNy层。本发明通过变更源漏电极的结构及其制造方法,克服源漏电极断线缺陷,并同时提高产能,降低生产成本。

权利要求 :

1、一种薄膜晶体管结构,包括:基板,形成在所述基板上的栅极、栅绝 缘层、半导体层、掺杂半导体层、源漏电极、钝化层和像素电极,其中像素 电极同源漏电极的漏极端相连接,其特征在于:在所述掺杂半导体层上部及 所述源漏电极的下方设置有SiNx或者SiOxNy层;所述SiNx或者SiOxNy层 的厚度为8-15nm。

2、根据权利要求1所述的薄膜晶体管结构,其特征在于:所述源漏电极 的材料为铝合金,包括两元铝合金和多元铝合金。

3、一种薄膜晶体管结构的制造方法,其特征在于,包括:

步骤1,提供一基板,在所述基板上利用磁控溅射的方法沉积一层金属 薄膜,利用光刻和刻蚀的方法制备形成栅电极图形;

步骤2,在完成步骤1的基板上利用化学气相沉积法依次沉积栅绝缘层、 半导体层和掺杂半导体层;

步骤3,在完成步骤2的基板上利用化学气相沉积法沉积一薄层SiNx或 者SiOxNy层,所述SiNx或者SiOxNy层的沉积厚度为8-15nm,利用光刻和 干法刻蚀的工艺形成导电的沟道;

步骤4,在完成步骤3的基板上利用磁控溅射的方法形成一层源漏金属 层,利用光刻和刻蚀的方法形成源漏电极,形成的该源漏电极分别通过所述 步骤3中形成的SiNx层或者SiOxNy,与所述掺杂半导体层形成接触;

步骤5,在完成步骤4的基板上利用化学气相沉积法形成一层钝化层, 利用光刻和刻蚀的工艺制备出所述沟道的保护层,并同时在保护层上刻蚀形 成过孔;

步骤6,在完成步骤4的基板上利用磁控溅射的方法沉积透明像素电极 薄膜,利用光刻和刻蚀工艺形成像素电极图形,同时使像素电极通过所述过 孔和所述源漏电极的漏极端连接。

4、根据权利要求3所述的制造方法,其特征在于:所述步骤4中形成一 层源漏金属层具体为形成一层铝合金金属层。

5、一种薄膜晶体管结构的制造方法,其特征在于,包括:

步骤1,提供一基板,在所述基板上利用磁控溅射的方法沉积一层金属 薄膜,利用光刻和刻蚀的方法制备形成栅电极图形;

步骤2,在完成步骤1的基板上利用化学气相沉积法依次沉积栅绝缘层, 半导体层和掺杂半导体层;

步骤3,在完成步骤2的基板上利用化学气相沉积法沉积一薄层SiNx或 者SiOxNy层,所述SiNx或者SiOxNy层的沉积厚度为8-15nm,利用光刻和 干法刻蚀的工艺形成硅岛;

步骤4,在完成步骤3的基板上利用磁控溅射的方法沉积透明像素电极 薄膜,利用光刻和刻蚀工艺形成像素电极图形;

步骤5,在完成步骤4的基板上利用磁控溅射的方法在以上图形上沉积 一层源漏金属层,利用光刻和刻蚀的方法形成源漏电极,形成的源漏电极分 别通过所述步骤3中形成的SiNx层或者SiOxNy,与掺杂半导体层形成接触, 同时又和所述像素电极形成电连接;对掺杂半导体层进行刻蚀形成导电沟道。

步骤6,在完成步骤5的基板上利用化学气相沉积法形成一层钝化层, 利用光刻和刻蚀的工艺制备出所述沟道的保护层。

6、根据权利要求5所述的制造方法,其特征在于:所述步骤5中形成一 层源漏金属层具体为形成一层铝合金金属层。

说明书 :

技术领域

本发明涉及薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)器件结构及其制造方法, 尤其涉及TFT LCD阵列基板中的薄膜晶体管结构及其制备方法。

背景技术

薄膜晶体管(TFT)在LCD显示器件中是作为开关元件使用的。目前大多 数TFT LCD的制造厂商采用的底栅式TFT结构如图1所示。该结构主要是由 如下各个层构成:玻璃基板100、依次形成在玻璃基板上的栅极200;栅绝缘 层300;半导体层400;掺杂半导体层500;源漏电极700;钝化层800;像 素电极层900。这种TFT的制备工艺如下:
1、利用磁控溅射的方法在基体(一般是玻璃或者单晶硅圆)上沉积一层 金属薄膜,目前沉积该金属薄膜的靶材以Al和Al合金为主,如果在制备IC 时也用到其它金属和合金,再利用光刻和刻蚀的方法制备形成栅线和栅电极 图形。
2、利用化学气相沉积法(CVD)制备出SiNx或者SiOxNy薄膜层作为栅 绝缘层,在栅绝缘层之上再利用CVD的方法同时沉积出半导体层(如:a-Si 层)和掺杂半导体层(如:N+a-Si层),利用光刻和干法刻蚀的工艺形成硅 岛和一定的导电的沟道。
3、利用磁控溅射的方法在掺杂半导体层上沉积一层金属层,利用光刻和 刻蚀的方法形成源漏电极,制备该源漏电极所用的材料包括Mo、Cr、Ti和 MoW等高熔点的稀有技术或者合金,形成的该源漏电极分别和掺杂半导体层 形成良好的接触。
4、利用CVD方法沉积一层钝化层(如:SiOxNy),利用光刻和刻蚀的工 艺制备出沟道保护层,同时在保护层上刻蚀形成过孔。
5、利用磁控溅射的方法沉积像素电极层(如:ITO导电薄膜),利用光 刻和刻蚀工艺形成像素电极图形,同时使像素电极通过过孔和漏电极连接。
由以上工艺形成的TFT结构具有如下特点:结构简单,易于制备;每一 层形成图形所用的工艺比较简单;良品率较高;可以采用6mask、5mask、4mask、 甚至3mask工艺都能够完成,而且设备不需要进行改变。
但是随着TFT LCD电视市场需求不断扩大,生产线代数不断增加,面板 的尺寸越来越大,因此用作电视的面板要求不同于作为电脑显示器的面板要 求。例如面板尺寸的增加使栅线和源漏电极公共线长度增加,同时总线电阻 增大,就可能产生信号延迟问题,引起诸如:X方向串扰(x-talk)以及横 线方向亮度不均(H-dim)等问题。因此,利用以上工艺进行大尺寸电视用 屏时,需要解决以上问题。
对于大尺寸电视用屏,源漏电极公共线目前取代象Mo、Cr等高电阻难熔 金属或者合金的是Al或者Al合金,但是由于Al与N+层的接触不太好,功 函数相差比较大,首先必须在底层要沉积一层薄的Mo层作为过渡层;同时为 了解决像素电极和Al的接触不良的问题,需要在Al层的上面再沉积一层薄 的Mo层,这样不但解决了同ITO接触电阻大的问题而且还解决了纯Al在受 热过程中的小丘(Hillock)问题。但是如果采用这种三明治的结构又会产生 如下不足:
1、引起刻蚀方面的问题,例如源漏电极断线,原因是中间层的Al金属 和底部以及顶部Mo金属腐蚀速度有差异。
2、降低了产能,因为需要沉积两种金属,而且还需沉积三层,和沉积一 种金属相比,增加了沉积时间。
3、增加了成本,由于目前市场价格Mo的价格远高于Al的价格。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷,提供一种TFT LCD的薄膜晶体管结 构及其制备方法,通过变更源漏电极的结构及其制造方法,克服源漏电极断 线缺陷,并同时提高产能,降低生产成本降低。
为了实现上述目的,本发明提供一种薄膜晶体管结构,包括:基板,形 成在所述基板上的栅极、栅绝缘层、半导体层、掺杂半导体层、源漏电极、 钝化层和像素电极,其中像素电极同源漏电极的漏极端相连接,其中在所述 掺杂半导体层上部及所述源漏电极的下方设置有SiNx或者SiOxNy层;所述 SiNx或者SiOxNy层的厚度为8-15nm。
上述方案中所述源漏电极的材料优选为铝合金,包括两元铝合金和多元 铝合金。
为了实现上述目的,本发明同时提供一种薄膜晶体管结构的制造方法, 包括:
步骤1,提供一基板,在所述基板上利用磁控溅射的方法沉积一层金属 薄膜,利用光刻和刻蚀的方法制备形成栅电极图形;
步骤2,在完成步骤1的基板上利用化学气相沉积法依次沉积栅绝缘层, 半导体层和掺杂半导体层;
步骤3,在完成步骤2的基板上利用化学气相沉积法沉积一薄层SiNx或 者SiOxNy层,所述SiNx或者SiOxNy层的沉积厚度为8-15nm,利用光刻和 干法刻蚀的工艺形成一定的导电的沟道;
步骤4,在完成步骤3的基板上利用磁控溅射的方法形成一层源漏金属 层,利用光刻和刻蚀的方法形成源漏电极,形成的该源漏电极分别通过所述 步骤3中形成的SiNx层或者SiOxNy,与所述掺杂半导体层形成接触;
步骤5,在完成步骤4的基板上利用化学气相沉积法形成一层钝化层,利用 光刻和刻蚀的工艺制备出所述沟道保护层,并同时在保护层上刻蚀形成过孔;
步骤6,在完成步骤4的基板上利用磁控溅射的方法沉积透明像素电极 薄膜,利用光刻和刻蚀工艺形成像素电极图形,同时使像素电极通过所述过 孔和所述源漏电极的漏极端连接。
上述方案中,所述步骤4中形成一层源漏金属层优选为形成一层铝合金 金属层。
为了实现上述目的,本发明同时还提供另一种薄膜晶体管结构的制造方 法,包括:
步骤1,提供一基板,在所述基板上利用磁控溅射的方法沉积一层金属 薄膜,利用光刻和刻蚀的方法制备形成栅电极图形;
步骤2,在完成步骤1的基板上利用化学气相沉积法依次沉积栅绝缘层, 半导体层和掺杂半导体层;
步骤3,在完成步骤2的基板上利用化学气相沉积法沉积一薄层SiNx或 者SiOxNy层,所述SiNx或者SiOxNy层的沉积厚度为8-15nm,利用光刻和 干法刻蚀的工艺形成硅岛;
步骤4,在完成步骤3的基板上利用磁控溅射的方法沉积透明像素电极 薄膜,利用光刻和刻蚀工艺形成像素电极图形;
步骤5,在完成步骤4的基板上利用磁控溅射的方法在以上图形上沉积 一层源漏金属层,利用光刻和刻蚀的方法形成源漏电极,形成的源漏电极分 别通过所述步骤3中形成的SiNx层或者SiOxNy,与掺杂半导体层形成接触, 同时又和所述像素电极形成电连接;对掺杂半导体层进行刻蚀形成导电沟道。
步骤6,在完成步骤5的基板上利用化学气相沉积法形成一层钝化层, 利用光刻和刻蚀的工艺制备出所述沟道的保护层。
上述方案中,所述步骤5中形成一层源漏金属层优选为形成一层铝合金 金属层。
相对于现有技术,本发明将常用的多层源漏电极结构变成单层,解决了 由于多层金属引起的刻蚀问题。例如源漏极断线,原因是中间层的Al金属和 底部及顶部的Mo金属的腐蚀速度有差异。另外,相对于现有技术需要,沉积 两种金属,而且还要沉积三层,需要较长沉积时间,存在效率比较低的问题, 本发明只需沉积一种金属,提高了产能。再者本发明由于只需要沉积一层金 属,所以可以减少目前所用的磁控溅射(sputter)设备的腔体(chamber) 数目,节省了设备成本和维护成本。此外,由于目前市场价格Mo的价格很高, 本发明能够省去顶部和底部的Mo层,降低了原材料成本。最后,本发明还保 持了Al的低电阻特性。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步更为详细地说明。

附图说明

图1是现有技术底栅式TFT结构截面示意图;
图2是本发明的薄膜晶体管结构之一截面示意图;
图3是本发明的薄膜晶体管结构之二截面示意图。
图中标记:100、基板;200、栅极;300、栅绝缘层;400、半导体层; 500、掺杂半导体层;600、SiNx或者SiOxNy层;700、源漏电极;800、钝 化层;900、像素电极。

具体实施方式

图2是本发明的薄膜晶体管结构之一截面示意图;图3是本发明的薄膜 晶体管结构之二截面示意图。如图2和图3所示,本发明公开的薄膜晶体管 结构,包括:基板100、形成在基板上的栅极200;栅绝缘层300;半导体层 400;掺杂半导体层500;源漏电极700;钝化层800;像素电极900,其中像 素电极900可以通过钝化层的过孔同源漏电极700的漏极端连接,如图2所 示;像素电极900还可以是直接搭接在源漏电极700的漏极端,如图3所示, 这些组成部分同现有技术中的结构类似;本发明区别于现有技术的特征在于: 在掺杂半导体层500上部形成源漏电极700的下方设置有一层厚度为8-15nm 的SiNx或者SiOxNy层600,并将源漏电极材料变化为Al合金,取代现有技 术中的纯Al材料,或者Al/Mo;Mo/Al/Mo多层结构材料。
本发明由于采用Al合金替代纯Al材料,利用磁控溅射的方法形成TFT 的源漏极,在其顶部不用沉积一层Mo;而且由于Al合金可以同像素电极(ITO) 的接触非常良好,可以省去顶部Mo的沉积;采取以上技术手段就可以解决刻 蚀的问题,即腐蚀的坡度角。另外,本发明不用沉积底层的Mo,而是用厚度 为8-15nm的SiNx或者SiOxNy替代,虽然SiNx薄膜和SiOxNy是绝缘性的, 但是由于该薄膜非常薄,因此底层的源漏电极就会通过电子的隧道效应和像 素电极连接起来。采取以上技术手段就可以解决现有技术中源漏电极制备过 程多层金属层的沉积导致设备产能下降的问题,而且由于顶部和底部Mo的免 沉积使源漏极的原材料成本价格降低,同时替代底层Mo的SiNx层或者SiOxNy 很容易通过CVD的方法在掺杂半导体层沉积以后在同一个反应室里面沉积。
本发明同时公开了上述薄膜晶体管源漏电极结构的制备方法,下面将详 述该制造方法。
实施例1
1、利用磁控溅射的方法在基板(一般是玻璃或者单晶硅圆上)沉积一层 金属薄膜,沉积该金属薄膜的靶材Al合金为主,再利用光刻和刻蚀的方法制 备形成栅电极图形。
2、利用化学气相沉积法(CVD)制备出SiNx或者SiOxNy薄膜层作为栅 绝缘层,在栅绝缘层之上再利用CVD方法同时沉积出半导体层(如:a-Si层) 和掺杂半导体层(N+a-Si层);
3、在与步骤2相同的反应器中利用CVD原理生成厚度为10nm的一个薄 层SiNx或者SiOxNy层,利用光刻和干法刻蚀的工艺形成一定的导电的沟道。
4、利用磁控溅射的方法在步骤3中形成的导电沟道上沉积一层Al合金 金属层,利用光刻和刻蚀的方法形成源漏电极,形成的该源漏电极分别通过 前述步骤中形成的SiNx层或者SiOxNy层,与掺杂半导体层形成良好的接触。
5、利用CVD方法沉积一层钝化层(如:SiOxNy),利用光刻和刻蚀的工 艺制备出沟道保护层,并同时在保护层上刻蚀形成过孔。
6、利用磁控溅射的方法沉积透明像素电极薄膜(如:ITO),利用光刻和 刻蚀工艺形成像素电极图形,同时使像素电极通过过孔和源漏电极的漏极端 连接。
完成上述步骤形成的薄膜晶体管器件如图2所示。
实施例2
1、利用磁控溅射的方法在基板(一般是玻璃或者单晶硅圆上)沉积一层 金属薄膜,沉积该金属薄膜的靶材Al合金为主,再利用光刻和刻蚀的方法制 备形成栅电极图形。
2、利用化学气相沉积法(CVD)制备出SiNx或者SiOxNy薄膜层作为栅 绝缘层,在绝缘层之上再利用CVD方法同时沉积出半导体层(如:a-Si层) 和掺杂半导体层(N+a-Si层)。
3、在与上一步骤相同的反应器中利用CVD原理生成厚度为10nm的一个 薄层SiNx或者SiOxNy层,利用光刻和干法刻蚀的工艺形成一定的硅岛。
4、利用磁控溅射的方法沉积像素电极薄膜(如:ITO),利用光刻和刻蚀 工艺形成像素电极图形。
5、利用磁控溅射的方法在以上图形上沉积一层Al合金金属层,利用光 刻和刻蚀的方法形成源漏电极,形成的该源漏极分别通过步骤3中形成的 SiNx层或者SiOxNy和掺杂半导体层形成良好的接触同时又和像素电极连接 在一起,形成良好的接触。
6、对掺杂半导体层进行刻蚀形成导电沟道。
7、利用CVD方法沉积一层钝化层(如:SiOxNy),利用光刻和刻蚀的工 艺制备出沟道保护层。
完成上述步骤形成的薄膜晶体管器件如图3所示。
最后应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制, 尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当 理解,按照需要可使用不同材料和设备实现之,即可以对本发明的技术方案 进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围。