專利名稱：可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層及含該層的薄膜晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜晶體管(thin film transistor；TFT)的緩沖層，且特別涉及一種可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層與具有該緩沖層的薄膜晶體管。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)液晶顯示裝置的方法中，主要用來做為圖像顯示的為薄膜晶體管的方式，而目前常見的薄膜晶體管主要有非晶硅薄膜晶體管(a-Si:H TFT)及多晶硅薄膜晶體管(poly-Si TFT)兩種。多晶硅又可分為高溫多晶硅(hightemperature poly silicon；HTPS)與低溫多晶硅(low temperature poly silicon；LTPS)兩種。
現(xiàn)有的低溫多晶硅薄膜晶體管利用準(zhǔn)分子激光作為熱源，激光經(jīng)過投射系統(tǒng)后，會(huì)產(chǎn)生能量均勻分布的激光束，投射于非晶硅結(jié)構(gòu)的玻璃襯底上，當(dāng)非晶硅結(jié)構(gòu)玻璃襯底吸收準(zhǔn)分子激光的能量后，會(huì)轉(zhuǎn)變成為多晶硅結(jié)構(gòu)。低溫多晶硅薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)于非晶硅有源層與玻璃襯底之間通常會(huì)設(shè)置一緩沖層(buffer)，緩沖層的主要功能不僅在于增加玻璃襯底與其表面的各作用層之間的附著性，還可提供阻擋玻璃襯底內(nèi)部的雜質(zhì)在工藝中擴(kuò)散進(jìn)入各作用層的功用。傳統(tǒng)的緩沖層通常以厚度約為3000的氧化硅(SiOx)所構(gòu)成，但是由于如此厚的氧化硅層制作必需耗費(fèi)相當(dāng)多的時(shí)間，會(huì)造成元件成本的增加，因此，一種具有SiOx/SiNx雙層材料的緩沖層被提出來，該雙層材料緩沖層以SiNx取代部分SiOx，減少緩沖層的厚度，以減少制造時(shí)間，降低成本，其中SiOx的厚度約為1500，而SiNx的厚度約為500。
然而，公元2002年Naoya等人于期刊(Active-Matrix Liquid-CrystalDisplays-TFT)發(fā)表“Crystal Growth Mechanism of Polystricalline Siby ExcimerLaser Annealing Considering hydrogen Molecule and Thermal Conductance”指出在針對(duì)形成于緩沖層表面的非晶硅層進(jìn)行激光退火結(jié)晶(excimer laserannealing；ELA)工藝時(shí)，SiNx緩沖層內(nèi)部所含有的氫氣會(huì)穿過SiOx緩沖層進(jìn)入設(shè)置于緩沖層上方的非晶硅半導(dǎo)體層中，產(chǎn)生一應(yīng)力(stress)而阻礙晶粒生長(zhǎng)(grain growth)，使得晶粒尺寸縮小，進(jìn)而降低元件的電子遷移率。

發(fā)明內(nèi)容
因此，為了解決上述問題，本發(fā)明主要目的在于提供一種可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層，可適用于薄膜晶體管(TFT)。
本發(fā)明的目的之一在于提供一種可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層與具有該緩沖層的薄膜晶體管，以阻擋薄膜晶體管(TFT)的玻璃襯底中的雜質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入各作用層。
本發(fā)明的目的之二在于提供一種可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層與具有該緩沖層的薄膜晶體管，該緩沖層具有高熱導(dǎo)系數(shù)(thermal conductivitycoefficient)，可促使非晶硅半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)變成結(jié)晶硅時(shí)的晶粒均勻成長(zhǎng)，進(jìn)而提高元件的電子遷移率。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層，適用于一薄膜晶體管平面顯示器的襯底表面，上述緩沖層包括一設(shè)置于上述襯底表面的非晶硅層(a-Si)；以及一設(shè)置于上述非晶硅層(a-Si)表面的氧化層。
根據(jù)本發(fā)明，上述氧化層的材料可包括氧化硅(SiOx)，其厚度大體為1000～2000，其密度大體為2.0～2.2g/cm3，熱導(dǎo)系數(shù)(Thermal Conductivity)大體為1.2～1.4Wm-1K-1，并且可利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法(plasma enhanced chemical vapor deposition；PECVD)形成。
本發(fā)明的特征在于上述非晶硅層(a-Si)，由于非晶硅不僅具有相當(dāng)高的密度，可用以阻擋上述玻璃襯底中的雜質(zhì)在后續(xù)工藝中擴(kuò)散進(jìn)入元件的作用層(例如半導(dǎo)體有源層)，而且非晶硅尚具有高熱導(dǎo)系數(shù)的特點(diǎn)，可使后續(xù)進(jìn)行激光退火結(jié)晶(ELA)工藝使非晶硅轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч钑r(shí)，改變散熱的狀態(tài)，使得結(jié)晶的均勻性得以提高，如此一來，便可提高電子遷移率。根據(jù)本發(fā)明，上述非晶硅層(a-Si)的厚度大體為250～1000，其密度大體為2～2.3g/cm3，再者，其氫含量大體為1～5％，并且，上述非晶硅層(a-Si)可利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法等其它方法(plasma enhanced chemicalvapor deposition；PECVD)形成。
如前所述，本發(fā)明的緩沖層還可包括一層氮化物緩沖層，例如氮化硅SiNx，設(shè)置于上述襯底與上述非晶硅層(a-Si)之間。
本發(fā)明的可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層可適用于現(xiàn)有的薄膜晶體管。


為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下，其中圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的緩沖層的一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面圖；圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的緩沖層的另一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面圖；以及圖3A至圖3E是顯示根據(jù)本發(fā)明的緩沖層制作薄膜晶體管的一優(yōu)選實(shí)施例的工藝剖面圖。
附圖中的附圖標(biāo)記說明如下200、300～襯底；202、30～非晶硅層；204、306～氧化硅緩沖層；206、308～非晶硅有源層；206a～多晶硅有源層；208～氧化層；210～柵極； S～源極；D～漏極； 212～介電層；214～導(dǎo)電插塞。
具體實(shí)施例方式
以下請(qǐng)配合參考圖1與圖2的結(jié)構(gòu)剖面圖，以說明根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例。
首先，請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明的緩沖層202、204，可適用于一薄膜晶體管平面顯示器的襯底200表面，通常以玻璃作為襯底200。本發(fā)明的緩沖層202、204可包括一非晶硅層(a-Si)202與一氧化層204。非晶硅層(a-Si)202設(shè)置于襯底200表面，且氧化層204設(shè)置于非晶硅層(a-Si)202表面。本發(fā)明的緩沖層202、204表面可設(shè)置一非晶硅有源層206。
非晶硅層202可利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法(plasma enhancedchemical vapor deposition；PECVD)形成。并且，非晶硅層202的厚度大體為250～1000，其密度大體為2～2.3g/cm3。再者，非晶硅層202的氫含量大體為1～5％，熱導(dǎo)系數(shù)(Thermal Conductivity)大體為80～150 Wm-1K-1，較少于現(xiàn)有SiNx緩沖層的氫含量，可避免現(xiàn)有來自于SiNx緩沖層的氫氣于后續(xù)進(jìn)行激光退火結(jié)晶(excimer laser annealing；ELA)工藝時(shí)進(jìn)入多晶細(xì)有源層而阻礙其晶粒成長(zhǎng)的問題。
氧化層204可利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法(plasma enhancedchemical vapor deposition；PECVD)形成，其前驅(qū)物包括四乙烷基氧硅酸鹽(tetraethyl orthosilicate Si(OC2H5)4；TEOS)。并且，氧化層204的材料可包括氧化硅(SiOx)，其厚度大體為1000～2000，其密度大體為2.0～2.2g/cm3。
該非晶硅緩沖層202是本發(fā)明的主要特征，由于非晶硅不僅具有相當(dāng)高的密度，提供阻擋玻璃襯底中的雜質(zhì)于后續(xù)工藝中擴(kuò)散進(jìn)入元件作用層(例如半導(dǎo)體有源層)的功效，再者，而且非晶硅具有高導(dǎo)熱系數(shù)的特點(diǎn)，可使后續(xù)進(jìn)行激光退火結(jié)晶(ELA)工藝使非晶硅轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч钑r(shí)，改變散熱的狀態(tài)，使得結(jié)晶的均勻性得以提高，便可提高電子遷移率。
以下請(qǐng)參閱圖3A至圖3E，將簡(jiǎn)單說明采用本發(fā)明的非晶硅薄膜晶體管的制作過程。首先，如圖3A所示，在襯底200表面依序例如以適當(dāng)沉積(deposition)方法形成非晶硅緩沖層202、氧化硅層204以及非晶硅有源層206。其中，非晶硅層202可利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法(plasmaenhanced chemical vapor deposition；PECVD)形成，其前驅(qū)物包括硅烷氣體，例如SiH4、Si2H6，其氫含量約為1～5％。接著，如圖3B所示，實(shí)施一激光退火結(jié)晶(ELA)程序，瞬間照射并且加熱非晶硅有源層206，此時(shí)，非晶硅有源層206會(huì)再結(jié)晶(recrystallize)。由于非晶硅緩沖層202具有高熱導(dǎo)系數(shù)的特點(diǎn)，使得進(jìn)行激光退火結(jié)晶程序時(shí)熱能在非晶硅有源層206可快速散去，便使非晶硅有源層206所轉(zhuǎn)變成的多晶硅206a時(shí)，改變散熱的狀態(tài)，使得結(jié)晶的均勻性得以提高，如此一來，便可形成具有均勻性較佳的多晶硅有源層206a，因此，可提高電子遷移率。然后，如圖3C所示，圖案化非晶硅緩沖層202、氧化硅層204以及多晶硅有源層206a，以形成所需的圖案。為增加后續(xù)各層的被覆粘附性，可將非晶硅緩沖層202、氧化硅層204以及多晶硅有源層206a分別圖案化成階梯狀堆疊。然后，如圖3D所示，在多晶硅有源層206a上沉積一氧化層208，然后在氧化層208上沉積一金屬層，并且對(duì)金屬層圖案化以形成柵極210。然后，如圖3E所示，先利用離子注入工序在上述多晶硅有源層206a未被柵極214遮蓋的部分分別形成源極S與漏極區(qū)域D。最后，先在氧化層208與柵極210表面形成一介電層212，并且利用蝕刻的技術(shù)在上述源極S與漏極D區(qū)域上形成接觸孔，填入導(dǎo)電插塞(plug)214于接觸孔中，以便與其它部分的電路相連接。
如前所述，請(qǐng)參照?qǐng)D2，本發(fā)明也可視需求而定增加設(shè)置一層氮化物緩沖層302(例如氮化硅SiNx)于玻璃襯底300與非晶硅層(a-Si)304之間，其它各部分皆與圖1所顯示的結(jié)構(gòu)相同。
本發(fā)明雖以優(yōu)選實(shí)施例公開如上，但是其并非用以限定本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可做各種的更改與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以所附的權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層，適用于一薄膜晶體管平面顯示器的襯底表面，上述緩沖層包括一非晶硅層(a-Si)，設(shè)置于上述襯底表面；以及一氧化層，設(shè)置于上述非晶硅層表面。
2.如權(quán)利要求1所述的可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層，其中上述氧化層包括氧化硅SiOx。
3.如權(quán)利要求1所述的可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層，其中上述氧化層的厚度大體為1000～2000。
4.如權(quán)利要求1所述的可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層，其中上述氧化層利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法形成。
5.如權(quán)利要求1所述的可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層，其中上述氧化層的密度大體為2.0～2.2g/cm3。
6.如權(quán)利要求1所述的可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層，其中上述非晶硅層(a-Si)的厚度大體為250～1000。
7.如權(quán)利要求1所述的可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層，其中上述非晶硅層(a-Si)的密度大體為2～2.3g/cm3。
8.如權(quán)利要求1所述的可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層，其中上述非晶硅層(a-Si)的氫含量大體為5～10％。
9.如權(quán)利要求1所述的可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層，其中上述非晶硅層(a-Si)利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法形成。
10.如權(quán)利要求1所述的可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層，其中上述緩沖層還包括一氮化物緩沖層，設(shè)置于上述襯底與上述非晶硅層(a-Si)之間。
11.如權(quán)利要求1所述的可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層，其中上述氮化物緩沖層包括氮化硅SiNx。
12.一種可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層，適用于一薄膜晶體管的襯底表面，上述緩沖層包括一非晶層，設(shè)置于上述襯底表面；以及一結(jié)晶層，設(shè)置于上述非晶層表面。
13.如權(quán)利要求12所述的可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層，其中上述結(jié)晶層包括氧化物。
14.如權(quán)利要求12所述的可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層，其中上述結(jié)晶層的厚度大體為1000～2000。
15.如權(quán)利要求12所述的可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層，其中上述非晶層包括非晶硅(a-Si)。
16.如權(quán)利要求12所述的可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層，其中上述非晶層的厚度大體為250～1000。
17.如權(quán)利要求12所述的可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層，其中上述非晶層的氫含量小于10％。
18.如權(quán)利要求12所述的可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層，其中上述緩沖層還包括一層氮化硅SiNx緩沖層，設(shè)置于上述襯底與上述非晶層之間。
19.一種具有可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層的薄膜晶體管，包括一襯底；一緩沖層，設(shè)置于上述襯底表面，上述緩沖層包括一非晶層，設(shè)置于上述襯底表面；以及一結(jié)晶層，設(shè)置于上述非晶層表面；一有源層，設(shè)置于上述結(jié)晶層表面；一絕緣層，順應(yīng)性覆蓋于上述有源層表面與上述非晶硅層、上述結(jié)晶層以及上述有源層的側(cè)壁；一導(dǎo)電層，設(shè)置于部分上述有源層上方的上述絕緣層表面；以及一介電層，全面性覆蓋于上述結(jié)晶層與上述導(dǎo)電層表面；其中，未被上述導(dǎo)電層遮蔽的上述有源層分別被摻雜成一漏極與一源極。
20.如權(quán)利要求19所述的具有可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層的薄膜晶體管，其中上述結(jié)晶層包括氧化物。
21.如權(quán)利要求19所述的具有可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層的薄膜晶體管，其中上述結(jié)晶層的厚度大體為1000～2000。
22.如權(quán)利要求19所述的具有可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層的薄膜晶體管，其中上述非晶層包括非晶硅(a-Si)。
23.如權(quán)利要求19所述的具有可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層的薄膜晶體管，其中上述非晶層的厚度大體為250～1000。
24.如權(quán)利要求19所述的具有可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層的薄膜晶體管，其中上述非晶層的氫含量小于10％。
25.如權(quán)利要求19所述的具有可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層的薄膜晶體管，其中上述緩沖層還包括一層氮化硅SiNx緩沖層，設(shè)置于上述襯底與上述非晶層之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可促進(jìn)電子遷移率提高的緩沖層與具有該層的薄膜晶體管。本發(fā)明的緩沖層包括一設(shè)置于襯底表面的非晶硅層(a－Si)；以及一設(shè)置于非晶硅層(a－Si)表面的氧化層。由于非晶硅不僅具有相當(dāng)高的密度，可用以阻擋上述玻璃襯底中的雜質(zhì)在后續(xù)工藝中擴(kuò)散進(jìn)入元件的作用層，例如半導(dǎo)體有源層，另外，非晶硅具有高熱導(dǎo)系數(shù)的特點(diǎn)，可使后續(xù)進(jìn)行激光退火結(jié)晶工藝以使非晶硅轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч钑r(shí)，改變散熱的狀態(tài)，使得結(jié)晶的均勻性得以提高，如此一來，便可提高電子遷移率。
文檔編號(hào)H01L29/66GK1519888SQ0310333
公開日2004年8月11日 申請(qǐng)日期2003年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月23日
發(fā)明者廖龍盛, 林昆志, 彭佳添 申請(qǐng)人:友達(dá)光電股份有限公司