專利名稱：制造薄膜晶體管的方法以及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種薄膜晶體管(thin film transistor，TFT)工藝，特別有關于一種利用雙反應室裝置(double-chamber apparatus)的薄膜晶體管工藝。
背景技術：
底柵極型(bottom-gate type)薄膜晶體管元件目前已經被廣泛地應用于薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)中。
隨著TFT-LCD的尺寸增加，包含薄膜晶體管柵極的金屬柵極線(metalgate line)就必須要符合低電阻的要求。由于銅和銅合金材料具有相當低的電阻，所以是用來作為柵極材料的最佳選擇。然而，銅元素非常容易擴散到柵極絕緣層(例如SiO2層)內，而影響元件品質。還有，由于銅材料容易變形，所以特別是在進行薄膜沉積的等離子工藝(例如是等離子加強化學氣相沉積，PECVD)中，銅材料會和等離子工藝中的氣體反應而造成銅材料表面粗糙(roughness)以及增加阻值等不良影響。為解決上述問題，目前已有許多方法被提出來。
在美國專利第6165917號中，Batey等人公開一種鈍化(passivate)銅層的方法。該方法是沉積一層不含氨(ammonia-free)的氮化硅層覆蓋銅柵極，用以當作是銅柵極的蓋層(cap layer)。
在美國專利早期公開第2002/0042167號中，Chae等人公開一種薄膜晶體管結構。該結構的制造方法是先形成例如是Ta或Cr或Ti或W層的第一金屬層于玻璃基板上，然后再形成當作第二金屬層的銅層于第一金屬層上，接著經由熱處理而使第一金屬層氧化并擴散至銅層表面，因而構成一柵極結構。
在美國專利第6562668號中，Jang等人公開一種薄膜晶體管結構。該結構的制造方法是采用氧化鋁或氮化鋁來當作是銅柵極與玻璃基板之間的黏著層(adhesive layer)，以及銅柵極的蓋層。
雖然上述現有方法能夠減緩銅元素從銅柵極擴散出來，但是上述現有文獻并未揭示或教導如何避免銅元素污染沉積裝置的整體工藝。
發明內容
有鑒于此，本發明的目的是提供一種制造薄膜晶體管的方法以及裝置。
為達上述的目的，本發明提供一種制造薄膜晶體管的方法，包括下列步驟提供一雙反應室裝置，具有一第一反應室以及一第二反應室；提供一基板，其上具有一金屬柵極；將該基板放入該第一反應室中，沉積一鈍化層于該基板上而覆蓋該金屬柵極；以及將該基板放入該第二反應室中，沉積一柵極絕緣層與一半導體層于該鈍化層上；其中，該第一反應室不同于該第二反應室。
為達上述的目的，本發明提供另一種制造薄膜晶體管的方法，包括下列步驟提供一雙反應室裝置，具有一第一反應室以及一第二反應室；提供一基板，其上具有一柵極；將該基板放入該第一反應室中，進行一等離子工藝處理該柵極的表層；以及將該基板放入該第二反應室中，沉積一柵極絕緣層與一半導體層于該基板上；其中，該第一反應室不同于該第二反應室。
為達上述的目的，本發明也提供一種制造薄膜晶體管的裝置，包括一第一反應室，用以形成一鈍化層于具有金屬柵極的一基板上；一第二反應室，相鄰于該第一反應室，該第二反應室用以沉積一柵極絕緣層以及一半導體層于該鈍化層上；以及一傳輸裝置，用以將該基板從該第一反應室搬運到該第二反應室。
為達上述的目的，本發明提供另一種制造薄膜晶體管的裝置，包括一第一反應室，用以對具有金屬柵極的一基板進行等離子處理，而使得該金屬柵極具有被鈍化的表面；一第二反應室，相鄰于該第一反應室，該第二反應室用以沉積一柵極絕緣層以及一半導體層于該基板上；以及一傳輸裝置，用以將該基板從該第一反應室搬運到該第二反應室。
根據本發明，不僅能夠解決銅元素的擴散問題，也能有效避免銅元素污染沉積柵極絕緣層以及半導體層的第二反應室。如此，本發明能夠提高產品可靠度與解決現有問題。
為讓本發明的目的、特征和優點能夠明顯易懂，下文特舉優選實施例，并配合附圖，做詳細說明如下。
圖1顯示本發明的薄膜晶體管工藝流程圖；圖2A～2F顯示根據本發明第一實施例的TFT工藝剖面圖；圖3A～3F顯示根據本發明第二實施例的TFT工藝剖面圖；以及圖4顯示本發明工藝所采用的具有雙反應室的群集式設備的示意圖。
附圖標記說明100～本發明的TFT工藝流程圖；200、300～TFT結構；210、310～基板；220、320～金屬柵極；230～鈍化層；325～等離子處理；330～被鈍化的柵極表面；240、340～柵極絕緣層；250、350～半導體層；252、352～硅層；252’、352，～溝道層；254、354～經摻雜的硅層；254’、354’～歐姆接觸層；260、360～金屬層；270、370～源極；280、380～漏極；400、500～群集式設備；402～傳輸室；404～基板搬運器；406～基板承載室；408～預熱室；410、510～第一反應室(前處理室)；412～第二反應室。
具體實施例方式
第一實施例請參閱圖1，其顯示根據本發明的薄膜晶體管(TFT)工藝100的流程圖。圖2A～2F是顯示根據本發明第一實施例的TFT工藝剖面圖。而圖4是顯示第一實施例工藝所采用的具有雙反應室的群集式設備(cluster tool)400示意圖。
請參閱圖4，本實施例工藝100是在群集式設備400中進行，該群集式設備400具有一第一反應室410以及一第二反應室412。該群集式設備400更包括具有基板搬運器(substrate handler，例如機械手臂)404的一可密封的傳輸室(sealable transfer chamber)402，一或一對的基板承載室(load lock)406，以及可依工藝需要而裝設的預熱室408。該傳輸室402最好是保持在降壓(reduced pressure)或包含惰性氣體的環境下，如此當基板從一反應室傳送到另一反應室時，可避免受到氧化或外氣污染。該群集式設備400可更包括一過程控制器(processor/controller，未圖示)，用以控制本實施例的工藝操作。該群集式設備400中也可以同時包括多個該第一反應室410或是多個該第二反應室412。
首先，提供具有一柵極220的一基板210，而如圖2A所示。該基板210例如是玻璃或石英基板。該柵極220例如是一金屬柵極220，其包含Cu或Al或Mo或Ag或Ag-Pd-Cu或Cr或W或Ti或上述金屬的合金。
接著開始進行本實施例工藝100。請參閱圖1，方塊102是表示在該群集式設備400中所進行的流程。在第一實施例中，方塊102的流程包含步驟104、106、110以及112。至于步驟114、116以及118則在不同于該群集式設備400的其它設備中進行。
請參閱圖1，進行步驟104，將置于基板承載室406內的具有金屬柵極220的基板210，藉由基板搬運器404而放入第一反應室410中。接著，進行步驟106，進行沉積工藝而形成一鈍化層(passivation layer)230于該基板210上而覆蓋該金屬柵極220，而如圖2B所示。該鈍化層230例如是由CVD(化學氣相沉積法)或PVD(物理氣相沉積法)所沉積的透明絕緣層(例如氮化硅SiNx，氧化硅SiOx，氮氧化硅SiON，氧化鋁AlxOy，氮化鋁AlN，氧化釩VOx，氧化銥IrOx，氧化釕RuOx)。因此，在第一實施例中，該第一反應室410例如是CVD反應室或濺射反應室，由于該第一反應室410是用來形成保護金屬柵極以及阻擋金屬擴散的鈍化層，所以也稱之為前處理反應室(pretreatment chamber)410。
其次，進行步驟110，藉由基板搬運器404把基板從第一反應室410拿出而放入第二反應室412中。然后進行步驟112，進行沉積工藝而形成一柵極絕緣層240與一半導體層250于該鈍化層230上，而如圖2C所示。其中，該柵極絕緣層240例如是包含氧化硅或氮化硅或氮氧化硅或氧化鉭或氧化鋁，而該半導體層250可以包含一硅層252(例如非晶硅)與一經摻雜的硅層254(例如摻雜磷的硅層)。該第二反應室410可以是CVD反應室。這里要特別強調的是，藉由本實施例工藝，第二反應室412就不會受到金屬污染，而能夠確保柵極絕緣層240與半導體層250的品質。
接著，藉由基板搬運器404把基板從第二反應室412拿出而放入基板承載室406中。之后，將基板拿到其它設備中進行后續的TFT工藝。
請參閱圖2D，進行步驟114，藉由傳統的微影工藝構圖上述半導體層250而形成一溝道層252’以及一歐姆接觸層254’。
請參閱圖2E，進行步驟116，將例如是經由濺射法所沉積的Al或Mo或Cr或W或Ta或Ti或Ni或上述金屬的合金的一金屬層260形成于該歐姆接觸層254’與該柵極絕緣層240上。之后，進行步驟118，藉由傳統的微影工藝構圖上述金屬層260而形成一源極270與一漏極280。其次，以該源極270與該漏極280為掩模，蝕刻去除曝露的歐姆接觸層254’。如此，則得到了一薄膜晶體管結構200，而如圖2F所示。
第二實施例請參閱圖1，其顯示根據本發明的薄膜晶體管工藝100的流程圖。圖3A～3F是顯示根據本發明第二實施例的TFT工藝剖面圖。而圖4是顯示第二實施例工藝所采用的具有雙反應室的群集式設備500示意圖。這里要說明的是，在圖1和圖4中，第一實施例與第二實施例相同或類似的構成將盡量以相同圖標符號來表示。
請參閱圖4，本實施例工藝100是在群集式設備500中進行，該群集式設備500具有一第一反應室510以及一第二反應室412。該群集式設備500更包括具有基板搬運器(例如機械手臂)404的一可密封的傳輸室402，一或一對的基板承載室406，以及可依工藝需要而裝設的預熱室408。該傳輸室402最好是保持在降壓或包含惰性氣體的環境下，如此當基板從一反應室傳送到另一反應室時，可避免受到氧化或外氣污染。該群集式設備400可更包括一過程控制器(未圖示)，用以控制本實施利的工藝操作。該群集式設備500中也可以同時包括多個該第一反應室510或是多個該第二反應室412。
首先，提供具有一柵極320的一基板310，而如圖3A所示。該基板310例如是玻璃或石英基板。該柵極320例如是一金屬柵極320，其包含Cu或Al或Mo或Ag或Ag-Pd-Cu或Cr或W或Ti或上述金屬的合金。
接著開始進行本實施例工藝100。請參閱圖1，方塊102是表示在該群集式設備500中所進行的流程。在第二實施例中，方塊102的流程包含步驟104、108、110以及112。至于步驟114、116以及118則在不同于該群集式設備500的其它設備中進行。
請參閱圖1，進行步驟104，將置于基板承載室406內的具有金屬柵極320的基板310，藉由基板搬運器404而放入第一反應室510中。接著，進行步驟108，以等離子處理325對該金屬柵極320進行表面處理，使得該金屬柵極320具有被鈍化的表面330，而如圖3B所示。該等離子處理325例如是采用惰性氣體的等離子。由于該第一反應室510是用來對該金屬柵極320進行表面處理，所以也稱之為前處理反應室510。
其次，進行步驟110，藉由基板搬運器404把基板從第一反應室510拿出而放入第二反應室412中。然后進行步驟112，進行沉積工藝而形成一柵極絕緣層340與一半導體層350于該基板310上方，而如圖3C所示。其中，該柵極絕緣層340例如是包含氧化硅或氮化硅或氮氧化硅或氧化鉭或氧化鋁，而該半導體層350可以包含一硅層352(例如非晶硅)與一經摻雜的硅層354(例如摻雜磷的硅層)。該第二反應室412可以是CVD反應室。這里要特別強調的是，藉由本實施例工藝，第二反應室412就不會受到金屬污染，而能夠確保柵極絕緣層340與半導體層350的品質。
接著，藉由基板搬運器404把基板從第二反應室412拿出而放入基板承載室406中。之后，將基板拿到其它設備中進行后續的TFT工藝。
請參閱圖3D，進行步驟114，藉由傳統的微影工藝構圖上述半導體層350而形成一溝道層352’以及一歐姆接觸層354’。
請參閱圖3E，進行步驟116，將例如是經由濺射法所沉積的Al或Mo或Cr或W或Ta或Ti或Ni或上述金屬的合金的一金屬層360形成于該歐姆接觸層354’與該柵極絕緣層340上。之后，進行步驟118，藉由傳統的微影工藝構圖上述金屬層360而形成一源極370與一漏極380。其次，以該源極370與該漏極380為掩模，蝕刻去除曝露的歐姆接觸層354’。如此，則得到了一薄膜晶體管結構300，而如圖3F所示。
本發明的特征與優點本發明提供一種制造薄膜晶體管的方法，包括提供一雙反應室裝置，具有一第一反應室以及一第二反應室；將具有一金屬柵極的基板放入該第一反應室中，沉積一鈍化層于該基板上而覆蓋該金屬柵極，或是藉由等離子處理對該金屬柵極進行表面處理；以及將該基板放入該第二反應室中，沉積一柵極絕緣層與一半導體層于該基板上；其中，該第一反應室不同于該第二反應室。
根據本發明工藝，不僅能夠解決銅元素的擴散問題，也能有效避免銅元素污染沉積柵極絕緣層以及半導體層的第二反應室。如此，本發明能夠提高產品可靠度與解決現有問題。
雖然本發明已結合優選實施例公開如上，然其并非用以限定本發明，任何本領域內的技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍以所附權利要求所界定的為準。
權利要求
1.一種制造薄膜晶體管的方法，包括下列步驟提供一基板，其上具有一柵極；將該基板放入一第一反應室中；沉積一鈍化層于該基板上而覆蓋該柵極；將該基板放入一第二反應室中；以及沉積一柵極絕緣層與一半導體層于該鈍化層上。
2.如權利要求1所述的制造薄膜晶體管的方法，更包括下列步驟構圖該半導體層；以及形成一源極與一漏極于部分該半導體層上。
3.如權利要求1所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該基板是玻璃或石英基板。
4.如權利要求1所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該柵極包含Cu或Al或Mo或Ag或Ag-Pd-Cu或Cr或W或Ti或上述金屬的合金。
5.如權利要求1所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該鈍化層是透明絕緣層，而該透明絕緣層包含氮化硅或氧化硅或氮氧化硅或氧化鋁或氮化鋁或氧化釩或氧化銥或氧化釕。
6.如權利要求1所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該柵極絕緣層包含氧化硅或氮化硅或氮氧化硅或氧化鉭或氧化鋁。
7.如權利要求1所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該半導體層包含一硅層與一經摻雜的硅層。
8.如權利要求1所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該第一反應室是化學氣相沉積(CVD)反應室或物理氣相沉積(PVD)反應室。
9.如權利要求1所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該第二反應室是CVD反應室。
10.如權利要求1所述的制造薄膜晶體管的方法，是在一群集式設備中進行的。
11.一種制造薄膜晶體管的方法，包括下列步驟提供一基板，其上具有一柵極；將該基板放入一第一反應室中；進行一等離子工藝以對該柵極的表層進行表面處理；將該基板放入一第二反應室中；以及沉積一柵極絕緣層與一半導體層于該基板上。
12.如權利要求11所述的制造薄膜晶體管的方法，更包括下列步驟構圖該半導體層；以及形成一源極與一漏極于部分該半導體層上。
13.如權利要求11所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該基板是玻璃或石英基板。
14.如權利要求11所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該柵極包含Cu或Al或Mo或Ag或Ag-Pd-Cu或Cr或W或Ti或上述金屬的合金。
15.如權利要求11所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該等離子工藝使該柵極表層鈍化。
16.如權利要求11所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該柵極絕緣層包含氧化硅或氮化硅或氮氧化硅或氧化鉭或氧化鋁。
17.如權利要求11所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該半導體層包含一硅層與一經摻雜的硅層。
18.如權利要求11所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該第一反應室是等離子處理室。
19.如權利要求11所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該第二反應室是CVD反應室。
20.如權利要求11所述的制造薄膜晶體管的方法，是在一群集式設備中進行的。
21.一種制造薄膜晶體管的裝置，包括一第一反應室，用以形成一鈍化層于一基板上方；一第二反應室，該第二反應室用以沉積一柵極絕緣層以及一半導體層于該基板上方；以及一傳輸裝置，用以將該基板從該第一反應室搬運到該第二反應室。
22.如權利要求21所述的制造薄膜晶體管的裝置，其中該第一反應室是CVD反應室或PVD反應室。
23.如權利要求21所述的制造薄膜晶體管的裝置，其中該第二反應室是CVD反應室。
24.如權利要求21所述的制造薄膜晶體管的裝置，其中該傳輸裝置是機械手臂。
25.一種制造薄膜晶體管的裝置，包括一第一反應室，用以對具有金屬柵極的一基板進行表面處理，而使得該金屬柵極具有被鈍化的表面；一第二反應室，該第二反應室用以沉積一柵極絕緣層以及一半導體層于該基板上；以及一傳輸裝置，用以將該基板從該第一反應室搬運到該第二反應室。
26.如權利要求25所述的制造薄膜晶體管的裝置，其中該第一反應室是等離子處理室。
27.如權利要求25所述的制造薄膜晶體管的裝置，其中該第二反應室是CVD反應室。
28.如權利要求25所述的制造薄膜晶體管的裝置，其中該傳輸裝置是機械手臂。
全文摘要
一種制造薄膜晶體管的方法以及裝置。提供一雙反應室裝置，具有不同的第一反應室以及第二反應室。然后，將具有金屬柵極的一基板放入第一反應室中，沉積一鈍化層于基板上而覆蓋金屬柵極。之后，將基板放入第二反應室中，沉積一柵極絕緣層與一半導體層于鈍化層上。根據本發明，不僅能夠解決銅元素的擴散問題，也能有效避免銅元素污染沉積柵極絕緣層以及半導體層的第二反應室。
文檔編號H01L21/336GK1622298SQ20041010022
公開日2005年6月1日 申請日期2004年12月13日 優先權日2004年12月13日
發明者甘豐源, 林漢涂 申請人:友達光電股份有限公司