專利名稱：柵體短路的薄膜晶體管、其制造方法及相關(guān)顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改善的TFT(薄膜晶體管)及其制造方法。更具體地，本發(fā)明涉及在低電壓下獲得高漏極電流(drain current)的TFT及其制造方法。
背景技術(shù)：
圖1顯示一種常規(guī)n溝道MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的結(jié)構(gòu)。
TFT是一種MOSFET，其中非晶硅或者多晶硅半導(dǎo)體薄膜形成于玻璃襯底上，且FET結(jié)構(gòu)形成在該半導(dǎo)體薄膜上。
如圖1所示，對(duì)應(yīng)于陰極的源極和對(duì)應(yīng)于陽(yáng)極的漏極之間的電流通路(即溝道)上的電導(dǎo)由接觸MOSFET中溝道上的氧化物薄膜的柵極的電壓VGS控制。
源極和漏極通過(guò)在p型硅襯底10上產(chǎn)生兩個(gè)n型層20a和20b形成。柵極包括金屬、氧化物和半導(dǎo)體三層，且電極30形成于襯底上源極和漏極之間的氧化物薄膜40上。
基本地，TFT的源極和漏極之間的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)由施加于作為第三電極的柵極上的電壓來(lái)控制。在關(guān)操作中漏極和源極之間沒(méi)有電流，在開(kāi)操作中電流流過(guò)其間。當(dāng)柵極電壓變得大于一預(yù)定電壓(閾值電壓)時(shí)，晶體管導(dǎo)通。
TFT的工作區(qū)按與MOSFET相同的方式分為線性區(qū)和飽和區(qū)。當(dāng)漏極電壓小時(shí)，漏極電流正比于漏極電壓，因?yàn)槁O和源極之間的特性呈現(xiàn)歐姆特性。當(dāng)漏極電壓變大且柵極電壓被抵銷時(shí)，溝道從漏極處被夾斷，且與漏極電壓的增加無(wú)關(guān)，漏極電流不再增加并具有一恒定值。
當(dāng)源極的n型層20b的電位設(shè)為0且當(dāng)漏極電流飽和時(shí)，漏極電壓VDS相當(dāng)于所施加的柵極電壓VGS與閾值電壓Vth之差。因此，在玻璃襯底上的多晶硅TFT的情況下，需要高的漏極電壓VDS以獲得漏極區(qū)穩(wěn)定的飽和電流。然而，隨著漏極電壓VDS增加，功耗也增加。如移動(dòng)電臺(tái)或PDA的便攜裝置的低功耗是相關(guān)領(lǐng)域的重要技術(shù)目標(biāo)，且對(duì)于節(jié)約驅(qū)動(dòng)便攜裝置中的有機(jī)顯示器所需的功率是必須的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面是提出一種減少采用TFT的顯示器的功耗的TFT及其制作方法。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是提出一種具有較低的閾值電壓和改善的漏極電流特性的TFT及其制作方法。
本發(fā)明的其他方面和/或優(yōu)點(diǎn)，一部分在下面的描述中闡述，一部分因該描述而顯而易見(jiàn)，或從發(fā)明的實(shí)施中可以領(lǐng)悟到。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，TFT包括柵極金屬層；摻有第一極性摻雜劑的本體層(body layer)；摻有第二極性摻雜劑的源極層；摻有第二極性摻雜劑的漏極層；形成于源極層和漏極層之間的半導(dǎo)體層；形成于柵極金屬層和半導(dǎo)體層之間的氧化物薄膜層；以及連接?xùn)艠O金屬層與本體層的接觸部。
本體層可以形成于與該半導(dǎo)體層相同的層上，且與連接源極層和漏極層的溝道分開(kāi)形成。
半導(dǎo)體層可以包括多晶硅。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，一種制作TFT的方法包括形成含有第一部分和第二部分的半導(dǎo)體層；注入第一極性摻雜劑到第一部分中；形成與第一部分連接的第一接觸部；在除第一接觸部和第二部分之外的半導(dǎo)體層上沉積氧化物層；在氧化物層上形成柵極金屬層以與第一接觸部連接；注入第二極性摻雜劑到第二部分中；以及在第二部分處形成第二接觸部。
注入第二極性摻雜劑到第二部分內(nèi)的步驟可以包括形成源極和漏極，且第一部分可以與源極和漏極之間的溝道分開(kāi)形成。


本發(fā)明的這些和/或其他方面及優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)以下結(jié)合附圖的對(duì)實(shí)施例的描述而變得明顯且易懂，其中圖1顯示常規(guī)n溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管；
圖2顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一種n溝道TFT的結(jié)構(gòu)；圖3A和3B顯示常規(guī)TFT和本發(fā)明實(shí)施例的TFT的特性對(duì)比圖；圖4到圖9說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的TFT的形成過(guò)程；圖10顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的像素單元和電路單元；以及圖11顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一種顯示裝置。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)參照本發(fā)明的實(shí)施例，其示例示于附圖中，其中類似的附圖標(biāo)記始終表示類似的元件。通過(guò)參考附圖以下描述實(shí)施例以解釋本發(fā)明。
如將要認(rèn)識(shí)到的那樣，本發(fā)明可以在多個(gè)方面有修正，而不背離本發(fā)明。相應(yīng)地，附圖和描述可理解為是舉例說(shuō)明性的，而不是限制性的。
圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一種n溝道TFT的結(jié)構(gòu)。
TFT包括玻璃襯底層100、緩沖氧化物薄膜層200、n+半導(dǎo)體層300a和300b、本征半導(dǎo)體層400、p+半導(dǎo)體層410、絕緣氧化物薄膜層210、漏極電極310a、源極電極320a和柵極電極500。n+半導(dǎo)體層300a形成漏極，n+半導(dǎo)體層300b形成源極，柵極電極500與由p+半導(dǎo)體層410形成的本體(body)連接，且需要通過(guò)接觸部形成柵極至p+半導(dǎo)體層410本體的通路。
p+半導(dǎo)體層410本體形成于該本征半導(dǎo)體層中，且其形成來(lái)不干擾源極和漏極之間的溝道(圖2中沒(méi)有示出其形成)。
圖2所示的半導(dǎo)體層將以多晶硅為例，且也適用于非晶硅，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯然的。進(jìn)一步，用于實(shí)現(xiàn)顯示器的TFT的此實(shí)施例包括玻璃襯底層100和緩沖氧化物薄膜層200，然而層100和200是可選擇的，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯然的。
為理解本發(fā)明此實(shí)施例的特征，考慮襯底(或本體)的電位與源極的電位不同的情況。通常，在MOSFET結(jié)構(gòu)中相對(duì)于源極的本體偏壓(body bias)是一反向偏(reverse bias)，且閾值電壓Vth隨著源極和本體之間的電壓VSB增加而增加，如公式1所示公式1Vth∝r2ΦF-VSB]]>其中，r是一常數(shù)，φF是費(fèi)米能級(jí)和本征半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)之間的勢(shì)差。
因而，圖2所示的實(shí)施例連接了柵極電極500和p+半導(dǎo)體層410本體，以動(dòng)態(tài)地改變閾值電壓Vth。也即，當(dāng)柵極電壓VG為0伏時(shí)，閾值電壓Vth具有高的數(shù)值，但是當(dāng)正電壓施加到柵極電壓VG，則閾值電壓Vth具有小的數(shù)值。
換句話說(shuō)，在TFT導(dǎo)通時(shí)，源極-本體偏壓形成正向偏壓以消除勢(shì)壘，且相應(yīng)地，閾值電壓Vth被降低以在低柵極電壓下獲得高的漏極電流。
在TFT截止時(shí)，柵極電壓變?yōu)榱惴?，且源極-本體偏壓變?yōu)榱惴蛘咝纬煞聪蚱珘?，增加閾值電壓Vth，從而顯示低的漏極電流特性，且相應(yīng)地，減少了泄漏電流，于是改善了開(kāi)-關(guān)特性。
圖3A和3B顯示了常規(guī)TFT和根據(jù)本發(fā)明兩個(gè)實(shí)施例的TFT的特性對(duì)比圖。具體地，圖3A顯示比較n型TFT特性所獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，圖3B顯示比較p型TFT特性所獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
曲線A和C說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明這兩個(gè)實(shí)施例的TFT結(jié)構(gòu)中，漏極電流ID相對(duì)于柵極電壓VG的變化，曲線B和D說(shuō)明常規(guī)浮置本體(floating body)TFT結(jié)構(gòu)中，漏極電流ID相對(duì)于柵極電壓VG的變化。
如圖3A和圖3B所示，對(duì)于本發(fā)明的這兩個(gè)實(shí)施例，曲線具有陡的梯度，從而在小閾值電壓下產(chǎn)生飽和狀態(tài)，并且還在低柵極電壓下提供比現(xiàn)有技術(shù)更高的漏極電流。
因而，用于驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O電壓的電源電壓減小，且驅(qū)動(dòng)TFT所需的功耗減少。同樣，由于開(kāi)關(guān)特性如上面所描述得到改善，所以多晶硅TFT中成問(wèn)題的泄漏電流減小。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的TFT可以在常規(guī)工藝中制作，不需要附加工藝，因而無(wú)需更多工藝成本，這將在下面敘述。
圖4到圖9說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的TFT的形成過(guò)程。
如圖4所示，形成像素單元和電路單元所需的半導(dǎo)體有源層400。制作多晶硅薄膜的方法可以包括LPCVD(低壓化學(xué)氣相沉積)方法，該方法在600℃之上的溫度，采用CVD(化學(xué)氣相沉積)法在襯底上沉積多晶硅；SPC(固相結(jié)晶)方法，其形成非晶硅薄膜，在550℃之上的溫度對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的熱處理，并使熱處理所得物結(jié)晶；以及ELA(準(zhǔn)分子激光退火)法，其沉積非晶硅薄膜至約60納米，在其上掃描激光束以即刻融化硅(Si)，并使其再結(jié)晶。按照工藝條件，上面所述的有源層形成工藝、以及其他可能的工藝對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是可選擇的。
當(dāng)形成了半導(dǎo)體有源層400時(shí)，進(jìn)行圖5所示的摻雜工藝。
掩模420設(shè)置在所形成的半導(dǎo)體有源層400上，且所需的摻雜劑被注入到半導(dǎo)體有源層400的暴露部分內(nèi)以進(jìn)行摻雜工藝。自掩模露出的部分形成p+半導(dǎo)體層410本體。作為選擇地，此本體可由n+半導(dǎo)體層形成。
當(dāng)注入摻雜劑時(shí)，形成p+半導(dǎo)體層410本體，且如圖6所示形成用于連接p+半導(dǎo)體層410本體和柵極的本體接觸部510。柵極絕緣薄膜形成于除本體接觸部510之外的部分上。通常(但不是必須地)用于多晶硅TFT的柵極絕緣薄膜由PECVD(等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)涂覆的SiO2制成。
在柵極絕緣薄膜和本體接觸部510形成了時(shí)，如圖7所示地形成柵極金屬層500，且柵極金屬層500與本體接觸部510連接。
在形成了柵極金屬層500時(shí)，如圖8所示地，p+半導(dǎo)體層410本體以掩模520覆蓋，且蝕刻除柵極金屬層500和掩模層外的絕緣薄膜以露出用斜線(deviant creases)表示的半導(dǎo)體有源層300a和300b。
取代使用該蝕刻工藝，通過(guò)在圖6所示的工藝中使用掩模來(lái)選擇性地沉積絕緣薄膜，從而露出半導(dǎo)體有源層300a和300b，而不是自先前的層堆積絕緣薄膜，可以露出半導(dǎo)體有源層300a和300b。
摻雜劑注入到露出的有源層300a和300b中以進(jìn)行摻雜。注入的摻雜劑具有與圖5所示的注入的摻雜劑相反的極性。源極和漏極分別在該摻雜工藝中形成。
在通過(guò)摻雜工藝形成了源極和漏極時(shí)，源極和漏極的接觸部310a和320a如圖9所示地形成，且接至掃描線和驅(qū)動(dòng)線以進(jìn)行開(kāi)/關(guān)操作。
按照TFT制作目標(biāo)，在圖4到圖9的工藝前，可以增加形成玻璃襯底100和緩沖氧化物薄膜200的工藝，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是可選的。此外，從圖4到圖9可知，p+半導(dǎo)體層410摻雜本體連接到柵極，從而不干擾源極和漏極之間的溝道。
如所述，具有低閾值電壓的TFT通過(guò)采用常規(guī)TFT制作方法制作，沒(méi)有附加工藝。
圖10顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的已完成的像素單元和電路單元。
通過(guò)圖4到圖9所示的工藝制作的像素單元進(jìn)一步連接到掃描線、數(shù)據(jù)線、電源線和發(fā)光元件(EL)。
像素單元中的TFT由一個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管P1和一個(gè)驅(qū)動(dòng)晶體管P2來(lái)操作。當(dāng)開(kāi)關(guān)晶體管P1被選中時(shí)，按照通過(guò)掃描線提供的掃描信號(hào)，施加在數(shù)據(jù)線上的電壓在電容器CS中充電。流至發(fā)光元件(EL)的電流由電容器CS中充的電壓決定。
電路單元的輸入線連接到第一電壓源和第二電壓源。圖10所示的電路單元可用作顯示裝置的驅(qū)動(dòng)器中的逆變器。
圖11顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一種顯示裝置。
顯示裝置3包括多個(gè)像素，包括連接到數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器1的多條數(shù)據(jù)線，和連接到與掃描驅(qū)動(dòng)器2連接的掃描線的TFT P1和P2。
圖11顯示的顯示裝置包括含有兩個(gè)TFT的像素，然而像素的構(gòu)造不限于圖11中所示的構(gòu)造。
通過(guò)連接包括摻雜劑的本體至柵極來(lái)改變相對(duì)于源極的本體偏壓，從而動(dòng)態(tài)地控制閾值電壓。因而，由于在導(dǎo)通時(shí)采用低柵極電壓獲得了高的漏極電流，所以功耗被最小化；且因?yàn)楦〉墓β视糜谑褂肨FT的電子裝置，所以成本降低。同樣，由于在導(dǎo)通時(shí)漏極電流減少，所以泄漏電流被最小化，且相應(yīng)地，顯示器提供恒定的顯示水平。
盡管已經(jīng)顯示并描述了本發(fā)明的一些實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員了解，在不偏離本發(fā)明的原理和主旨的情況下，可對(duì)這些實(shí)施例作改變，其范圍由權(quán)利要求書和等價(jià)條文所限定。
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管，包括柵極金屬層；摻雜有第一極性摻雜劑的本體層；摻雜有第二極性摻雜劑的源極層；摻雜有該第二極性摻雜劑的漏極層；形成于該源極層和該漏極層之間的半導(dǎo)體層；形成于該柵極金屬層和該半導(dǎo)體層之間的氧化物薄膜層；以及連接該柵極金屬層和該本體層的接觸部。
2.按照權(quán)利要求1的薄膜晶體管，其中該本體層形成于與該半導(dǎo)體層的層相同的層上，且被與連接該源極層和該漏極層的溝道分開(kāi)形成。
3.按照權(quán)利要求2的薄膜晶體管，其中該本體層響應(yīng)施加于該柵極金屬層的柵極電壓，相對(duì)于該源極層形成正向偏壓。
4.按照權(quán)利要求2的薄膜晶體管，其中該半導(dǎo)體層包括多晶硅。
5.按照權(quán)利要求3的薄膜晶體管，還包括位于該半導(dǎo)體層下面的玻璃襯底層。
6.按照權(quán)利要求4的薄膜晶體管，還包括位于該半導(dǎo)體層下面的玻璃襯底層。
7.按照權(quán)利要求5的薄膜晶體管，還包括該玻璃襯底層和該半導(dǎo)體層之間的緩沖氧化物層。
8.按照權(quán)利要求6的薄膜晶體管，還包括該玻璃襯底層和該半導(dǎo)體層之間的緩沖氧化物層。
9.按照權(quán)利要求1的薄膜晶體管，其中該第一極性摻雜劑是p+型摻雜劑，且該第二極性摻雜劑是n+型摻雜劑。
10.按照權(quán)利要求1的薄膜晶體管，其中該第一極性摻雜劑是n+型摻雜劑，且該第二極性摻雜劑是p+型摻雜劑。
11.按照權(quán)利要求2的薄膜晶體管，其中該半導(dǎo)體層包括非晶硅。
12.一種制作薄膜晶體管的方法，包括形成具有第一部分和第二部分的半導(dǎo)體層；注入第一極性摻雜劑到該第一部分內(nèi)；形成與該第一部分連接的第一接觸部；在除了該第一接觸部和該第二部分處外的該半導(dǎo)體層上沉積氧化物層；在該氧化物層上形成柵極金屬層以與該第一接觸部連接；注入第二極性摻雜劑到該第二部分中；以及在該第二部分處形成第二接觸部。
13.按照權(quán)利要求12的方法，其中該第二極性摻雜劑在該第二部分中的注入形成源極和漏極，且該第一部分被與該源極和漏極之間的溝道分開(kāi)形成。
14.按照權(quán)利要求12的方法，其中該半導(dǎo)體層包括多晶硅。
15.按照權(quán)利要求13的方法，還包括將接觸部元件連接到各第二接觸部，其中該第二接觸部中的至少一個(gè)分別連接到該源極和該漏極。
16.一種顯示器，包括多條連接到數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)線、以及多個(gè)像素，每個(gè)所述像素包括連接到與掃描驅(qū)動(dòng)器相連的掃描線的薄膜晶體管，其中該薄膜晶體管包括柵極金屬層；摻雜有第一極性摻雜劑的本體層；摻雜有第二極性摻雜劑的源極層；摻雜有第二極性摻雜劑的漏極層；形成于該源極層和該漏極層之間的半導(dǎo)體層；形成于該柵極金屬層和該半導(dǎo)體層之間的氧化物薄膜層；以及連接該柵極金屬層和該本體層的接觸部。
17.按照權(quán)利要求16的顯示器，其中該本體層形成于與該半導(dǎo)體層的層相同的層上，且被與連接該源極層和該漏極層的溝道分開(kāi)形成。
18.按照權(quán)利要求17的顯示器，其中該本體層響應(yīng)施加于該柵極金屬層上的柵極電壓，相對(duì)于該源極層形成正向偏壓。
19.按照權(quán)利要求17的顯示器，其中該半導(dǎo)體層包括多晶硅。
20.按照權(quán)利要求17的顯示器，還包括該半導(dǎo)體層下面的玻璃襯底層。
21.按照權(quán)利要求20的顯示器，還包括該玻璃襯底層和該半導(dǎo)體層之間的緩沖氧化物層。
22.一種薄膜晶體管包括柵極；源極；漏極；以及連接到該柵極的本體；其中該本體具有與該源極和漏極不同的極性。
23.按照權(quán)利要求22的薄膜晶體管，還包括半導(dǎo)體層，其中該源極、漏極和本體形成于該半導(dǎo)體層上。
24.按照權(quán)利要求22的薄膜晶體管，其中該本體響應(yīng)施加于該柵極上的電壓，相對(duì)于該源極形成正向偏壓。
25.按照權(quán)利要求22的薄膜晶體管，其中該本體由n+型硅形成，該源極和漏極由p+型硅形成。
26.按照權(quán)利要求22的薄膜晶體管，其中該本體由p+型硅形成，該源極和漏極由n+型硅形成。
27.一種制作薄膜晶體管的方法，包括形成具有第一部分和第二部分的半導(dǎo)體層；注入第一極性摻雜劑到該第一部分內(nèi)；形成與該第一部分接觸的柵極層；以及注入第二極性摻雜劑到該第二部分中；其中該第二部分形成源極和漏極。
全文摘要
本發(fā)明涉及柵體短路的薄膜晶體管、其制造方法及相關(guān)顯示器。該薄膜晶體管包括柵極金屬層、摻雜有第一極性摻雜劑的本體層、摻雜有第二極性摻雜劑的源極層和漏極層、形成于源極層和漏極層之間的半導(dǎo)體層、以及連接該柵極金屬層與該本體層的接觸部。
文檔編號(hào)H01L29/66GK1581514SQ20041005755
公開(kāi)日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2004年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月14日
發(fā)明者崔炳德, 金元植, 蘇明燮 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社