專利名稱：形成低溫多晶硅薄膜晶體管的方法
技術領域：
本發(fā)明有關一種形成低溫多晶硅薄膜晶體管的工藝方法，且特別有關一種形成無光致抗蝕劑與化學溶劑殘留于多晶硅上的低溫多晶硅薄膜晶體管的工藝方法。
背景技術：
現(xiàn)今平面顯示器中的薄膜晶體管多以非晶硅(amorphous silicon)所制成，少數(shù)高階產(chǎn)品則以電子遷移率(mobility)高的多晶硅(poly silicon)制成。多晶硅技術可容許集成更多的電子電路，因而可以降低整體產(chǎn)品的復雜度及重量。多晶硅工藝中，最高溫度約為500℃以上，接近玻璃襯底開始軟化的溫度。
請參照圖1A～1J，其顯示一傳統(tǒng)低溫多晶硅薄膜晶體管的制作流程。首先，于圖1A中，一緩沖層102、一多晶硅層104依序形成于一襯底100上，其中，多晶硅層104利用準分子激光對一非晶硅層進行結(jié)晶回火而形成；接著，再形成一具有圖案的光致抗蝕劑層105于多晶硅層104之上，并以光致抗蝕劑層105為掩模，蝕刻多晶硅層104，再以化學溶劑去除殘留的光致抗蝕劑后，其結(jié)構(gòu)如圖1B所示。
接著，參考圖1C，沉積一層柵極氧化層108于緩沖層102與多晶硅層104之上，并形成一導電層于柵極氧化層108之上，利用光刻與蝕刻工藝后，形成一具有圖案的柵極110。然后，于圖1D中，形成一光致抗蝕劑層112于柵極110與柵極氧化層108之上，并以光致抗蝕劑層112為掩模，對襯底100注入重濃度的磷摻雜劑，而形成NMOS(N型金屬氧化物半導體)晶體管的源極/漏極區(qū)104a、104b、104c與104d。
之后，于圖1E中，去除殘留的光致抗蝕劑層112，并以柵極層110為掩模，對襯底100注入輕濃度的磷摻雜劑，而形成NMOS晶體管的輕度摻雜區(qū)104m、104n、104x與104y。接著，于圖1F中，再次形成一光致抗蝕劑層114于柵極110與柵極氧化層108之上，并以光致抗蝕劑層114為掩模，對襯底100注入重濃度的硼摻雜劑，而形成P型晶體管的源極/漏極區(qū)104i與104j。
于圖1G中，先去除光致抗蝕劑層114，再形成一內(nèi)層介電層116于柵極層110與柵極氧化層108之上，并形成數(shù)個開口，于內(nèi)層介電層116與柵極氧化層108之中。然后，于圖1H中，形成可以與源極/漏極區(qū)104a、104b、104c、104d、104i與104j電連接的電極118。
接著，于圖1I中，形成一保護層120于電極層118與內(nèi)層介電層116之上，并形成開口于像素區(qū)的保護層120中。最后，于圖1J中，形成可以與像素區(qū)的電極118電連接的透明電極122，以完成具有低溫多晶硅薄膜晶體管的工藝。
然而，高電子遷移率的多晶硅的應用，卻因為圖1B中，化學溶劑未能完全去除多晶硅層104上的光致抗蝕劑殘留，以及多晶硅層104上的化學溶劑的殘留，反而造成其遷移率的下降，而且光致抗蝕劑與化學溶劑的殘留現(xiàn)象，更造成其它特性參數(shù)落于期望值之外，例如臨界電壓(thresholdvoltage)與次臨界電壓升幅(sub-threshold swing)。
因此，有必要為此問題提出一解決的方法。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的就是在于提供一種無光致抗蝕劑與化學溶劑殘留于柵極上的低溫多晶硅薄膜晶體管的工藝方法。
根據(jù)本發(fā)明的目的，提出一種形成一NMOS晶體管與一PMOS晶體管于一襯底上的方法，該方法至少包括形成一緩沖層于襯底上；形成一厚度約為200～1000埃的多晶硅層于緩沖層上；形成一厚度約為500～1500埃的柵極氧化層于多晶硅層上；圖案化柵極氧化層與多晶硅層，以形成對應于NMOS晶體管的第一堆疊結(jié)構(gòu)與對應于PMOS晶體管的第二堆疊結(jié)構(gòu)；形成一由鉬、鉻或鈦/鋁/鈦的其中之一所組成的柵極于柵極氧化層之上；形成NMOS晶體管的源極與漏極，其利用一覆蓋全部第二堆疊結(jié)構(gòu)與至少覆蓋NMOS晶體管的輕度摻雜區(qū)域的光致抗蝕劑層為掩模，并注入劑量約為1×1014dose/cm2～5×1015dose/cm2的磷摻雜劑而形成；形成NMOS晶體管的輕度摻雜區(qū)域，其利用柵極為掩模，并注入劑量約為8×1012dose/cm2～5×1013dose/cm2的磷摻雜劑而形成；以及形成PMOS(P型金屬氧化物半導體)晶體管的源極與漏極，其利用一覆蓋全部該第一堆疊結(jié)構(gòu)的光致抗蝕劑層為掩模，并注入劑量約為1×1014dose/cm2～5×1015dose/cm2的硼摻雜劑而形成。
本發(fā)明的形成方法，更包括形成一厚度約為2000～7000埃的內(nèi)層介電層于柵極氧化層、柵極層與襯底之上；選擇性地暴露NMOS晶體管與PMOS晶體管的源極、漏極與柵極；形成由鉬、鉻或鈦/鋁/鈦的其中之一所組成的電極，以電連接被暴露的NMOS晶體管與PMOS晶體管的源極、漏極與柵極；形成一具有圖案的保護層于內(nèi)層介電層與電極之上，具有圖案的保護層暴露一位于像素區(qū)的NMOS晶體管的部分電極；以及形成由銦錫氧化物所組成的透明電極，以電連接NMOS晶體管的被暴露的部分電極。


為讓本發(fā)明的上述目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉一優(yōu)選實施例，并配合附圖，作詳細說明如下，其中圖1A～1J，其顯示一傳統(tǒng)低溫多晶硅薄膜晶體管的制作流程；以及圖2A～2J，其顯示本發(fā)明的低溫多晶硅薄膜晶體管的制作流程。
附圖中的附圖標記說明如下100襯底102緩沖層104多晶硅層104a、104b、104c、104d、104i、104j源極/漏極區(qū)104m、104n、104x、104y輕度摻雜區(qū)105光致抗蝕劑層108柵極氧化層110柵極112光致抗蝕劑層114光致抗蝕劑層116內(nèi)層介電層118電極120保護層122透明電極200襯底202緩沖層 204多晶硅層204a、204b、204c、204d、204i、204j源極/漏極區(qū)204m、204n、204x、204y輕度摻雜區(qū)205光致抗蝕劑層208柵極氧化層210柵極212光致抗蝕劑層214光致抗蝕劑層216內(nèi)層介電層218電極220保護層222透明電極
具體實施例方式
本發(fā)明提供一解決因光致抗蝕劑殘留與化學殘留所造成產(chǎn)品品質(zhì)下降的問題。
請參照圖2A～2J，其顯示本發(fā)明的低溫多晶硅薄膜晶體管的制作流程。首先，于圖2A中，一緩沖層202、一多晶硅層204，依序形成于一襯底200上，其中，襯底200可為玻璃或塑料材質(zhì)，而多晶硅層204的厚度約為200～1000埃，且利用準分子激光，對一形成于緩沖層202上的非晶硅層進行結(jié)晶回火而形成。緩沖層202可為氧化硅或氮化硅所構(gòu)成。
接著，在還未對多晶硅層204進行圖案化之前，一柵極氧化層208直接形成于多晶硅層204上，柵極氧化層208的厚度約為500～1500埃之間，且其材質(zhì)可為二氧化硅。接著，利用光刻工藝，形成一具有圖案的光致抗蝕劑層205于多晶硅層204之上，并以光致抗蝕劑層205為掩模，依序蝕刻柵極氧化層208與多晶硅層204，再以化學溶劑去除殘留在柵極氧化層208之上的光致抗蝕劑后，得到如圖2B所示的結(jié)構(gòu)。其中，左方兩個堆疊結(jié)構(gòu)用以形成一CMOS晶體管，而右方的堆疊結(jié)構(gòu)用以形成一像素區(qū)中的NMOS晶體管。
值得注意的是，由于形成柵極氧化層208與形成多晶硅層204之間，并無其它工藝步驟，例如光致抗蝕劑層的形成，或是利用化學溶劑所進行的光致抗蝕劑層的移除，因此，柵極氧化層208與多晶硅層204之間，既不會有光致抗蝕劑層的殘留，亦不會有化學溶劑的殘留，此種改善，對后續(xù)所完成的低溫多晶硅薄膜晶體管的品質(zhì)，將有很大的助益。
接著，參考圖2C，沉積一導電層于整個襯底200之上，并利用光刻與蝕刻工藝，形成柵極210，柵極210可由鉬(Mo)、鉻(Cr)與鈦/鋁/鈦所組成。然后，于圖2D中，藉由光刻工藝，形成一具有圖案的光致抗蝕劑層212于襯底210之上，光致抗蝕劑層212裸露CMOS晶體管的NMOS晶體管區(qū)域的漏極/源極區(qū)域、與像素區(qū)域的NMOS晶體管區(qū)域的漏極/源極區(qū)域，而覆蓋其它區(qū)域。之后，則以光致抗蝕劑層212為掩模，對襯底200注入重濃度的磷摻雜劑，其劑量約為1×1014dose/cm2～5×1015dose/cm2，以形成NMOS晶體管的源極/漏極區(qū)204a、204b、204c與204d。
之后，于圖2E中，去除殘留的光致抗蝕劑層212，并直接以柵極210為掩模，對襯底200注入輕濃度的磷摻雜劑，其劑量約為8×1012dose/cm2～5×1013dose/cm2，而形成N型晶體管的輕度摻雜區(qū)204m、204n、204x與204y。接著，于圖2F中，再次藉由光刻工藝，形成一具有圖案的光致抗蝕劑層214于襯底210之上，光致抗蝕劑層214完全覆蓋CMOS晶體管的NMOS晶體管區(qū)域，以及像素區(qū)域的NMOS晶體管區(qū)域，且不覆蓋CMOS晶體管的PMOS晶體管區(qū)域。并以光致抗蝕劑層214為掩模，對襯底200注入重濃度的硼摻雜劑，其劑量約為1×1014dose/cm2～5×1015dose/cm2，以形成PMOS晶體管的源極/漏極區(qū)204i與204j。
接著，于圖2G中，先去除光致抗蝕劑層214，再形成一內(nèi)層介電層216于整個襯底200之上，并利用光刻與蝕刻工藝，形成數(shù)個開口，于內(nèi)層介電層216與柵極氧化層208之中，內(nèi)層介電層216可由二氧化硅組成，其厚度約為2000～7000埃。然后，于圖2H中，形成一導電層于內(nèi)層介電層216之上，并填滿位于內(nèi)層介電層216與柵極氧化層208之中的開口，再利用光刻與蝕刻工藝，形成可以與柵極210以及源極/漏極區(qū)204a、204b、204c、204d、204i與204j的部分，電連接的電極218。此實施例所顯示的為電極218與源極/漏極區(qū)204a、204b、204c、204d、204i與204j電連接的情形。
接著，于圖2I中，形成一保護層220于電極218與內(nèi)層介電層216之上，并利用光刻與蝕刻工藝，形成開口于像素區(qū)的保護層220中。最后，于圖2J中，形成由銦錫氧化物(ITO)所組成的導電層于保護層220之上，并填滿保護層220之中的開口，再利用光刻與蝕刻工藝，形成可以與像素區(qū)的電極218電連接的透明電極222，以完成具有低溫多晶硅薄膜晶體管的工藝。
本發(fā)明上述實施例所公開的工藝方法，可以避免因多晶硅層204上的光致抗蝕劑殘留，以及多晶硅層204上的化學溶劑殘留，所造成低溫多晶硅晶體管的遷移率(mobility)的下降，以及造成低溫多晶硅晶體管的臨界電壓(threshold voltage)與次臨界電壓升幅(sub-threshold swing)等特性參數(shù)，落于期望值之外。因此，本發(fā)明所提供的工藝方法，可以提高平面顯示器產(chǎn)品的品質(zhì)。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以一優(yōu)選實施例公開如上，但是其并非用以限定本發(fā)明，本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可作各種更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應以權(quán)利要求所確定的為準。
權(quán)利要求
1.一種形成低溫多晶硅薄膜晶體管的方法，該方法至少包括形成一多晶硅層于該襯底上；形成一柵極氧化層于該多晶硅層上；圖案化該柵極氧化層與該多晶硅層，其利用光刻與蝕刻工藝完成；形成一柵極于該柵極氧化層之上；以及注入摻雜劑，其以該柵極為掩模，以形成源極與漏極。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該形成一多晶硅步驟之前，還包括形成一緩沖層于該襯底上的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該多晶硅層的厚度約為200～1000埃。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該柵極氧化層的厚度約為500～1500埃。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該柵極為鉬、鉻或鈦/鋁/鈦的其中之一所組成。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該注入摻雜劑的劑量約為1×1014dose/cm2～5×1015dose/cm2。
7.一種形成一第一型晶體管與一第二型晶體管于一襯底上的方法，該方法至少包括形成一多晶硅層于該襯底上；形成一柵極氧化層于該多晶硅層上；圖案化該柵極氧化層與該多晶硅層，以形成對應于該第一型晶體管的第一堆疊結(jié)構(gòu)與對應于該第二型晶體管的第二堆疊結(jié)構(gòu)；形成一柵極于該柵極氧化層之上，該柵極小于該柵極氧化層；形成該第一型晶體管的源極與漏極，其利用一覆蓋全部該第二堆疊結(jié)構(gòu)以及至少覆蓋該第一型晶體管的輕度摻雜區(qū)域的光致抗蝕劑層為掩模，并注入第一重度摻雜劑而形成；形成該第一型晶體管的輕度摻雜，其利用該柵極為掩模，并注入第一輕度摻雜劑而形成；以及形成該第二型晶體管的源極與漏極，其利用一覆蓋全部該第一堆疊結(jié)構(gòu)的光致抗蝕劑層為掩模，并注入第二重度摻雜劑而形成。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該形成一多晶硅步驟之前，還包括形成一緩沖層于該襯底上的步驟。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，于該形成第二型晶體管的源極與漏極步驟之后，還包括形成一內(nèi)層介電層于該柵極氧化層、該柵極與該襯底之上；選擇性地暴露該第一型晶體管與該第二型晶體管的源極、漏極與柵極；以及形成電極以電連接被暴露的該第一型晶體管與該第二型晶體管的源極、漏極與柵極。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中該內(nèi)層介電層的厚度約為2000～7000埃。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中該電極為鉬、鉻或鈦/鋁/鈦的其中之一所組成。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，于該形成電極步驟之后，還包括形成一具有圖案的保護層于該內(nèi)層介電層與該電極之上，該具有圖案的保護層暴露一位于像素區(qū)的第一型晶體管的部分電極；以及形成透明電極以電連接第一型晶體管的被暴露的部分電極。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該透明電極為銦錫氧化物所組成。
14.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該多晶硅層的厚度約為200～1000埃。
15.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該柵極氧化層的厚度約為500～1500埃。
16.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該柵極為鉬、鉻或鈦/鋁/鈦的其中之一所組成。
17.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該第一重度摻雜劑的劑量約為1×1014dose/cm2～5×1015dose/cm2。
18.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該第一輕度摻雜劑的劑量約為8×1012dose/cm2～5×1013dose/cm2。
19.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該第二重度摻雜劑的劑量約為1×1014dose/cm2～5×1015dose/cm2。
20.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該第一型晶體管為NMOS晶體管，該第二型晶體管為PMOS晶體管。
全文摘要
本發(fā)明公開一種形成低溫多晶硅薄膜晶體管的方法，該方法包括形成一多晶硅層于該襯底上；形成一柵極氧化層于該多晶硅層上；圖案化該柵極氧化層與該多晶硅層，其利用光刻與蝕刻工藝完成；形成一柵極于該柵極氧化層之上；以及注入摻雜劑，其以該柵極為掩模，以形成源極與漏極。
文檔編號H01L21/70GK1577771SQ03143668
公開日2005年2月9日 申請日期2003年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月28日
發(fā)明者陳坤宏 申請人:友達光電股份有限公司