專利名稱：薄膜晶體管及其輕摻雜漏極區(qū)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種半導(dǎo)體元件及其制造方法，且特別是關(guān)于一種薄膜晶體管及其輕摻雜漏極區(qū)的制造方法的發(fā)明。
背景技術(shù)：
早期之多晶硅薄膜晶體管的制造采用固相結(jié)晶(SolidPhase Crystallization，SPC)制造工藝，但是其制造工藝溫度高達(dá)攝氏1000度，所以必需采用熔點(diǎn)較高的石英基板。然而，由于石英基板成本比玻璃基板貴上許多，且在基板尺寸的限制下，面板大約僅有2至3英寸，因此過去只能發(fā)展小型面板。近年來隨著激光技術(shù)的不斷進(jìn)步，發(fā)展出一種激態(tài)分子激光退火(Excimer Laser Annealing，ELA)制造工藝，其使用激光束照射于非晶硅薄膜，使非晶硅薄膜熔融(melting)后再結(jié)晶(recrystallization)成為多晶硅薄膜，并可在溫度攝氏600度以下完成全部制造工藝，因此利用此種制造工藝方式所得之多晶硅薄膜晶體管又被稱為低溫多晶硅(Low TemperaturePoly-Silicon，LTPS)薄膜晶體管。
由于低溫多晶硅薄膜晶體管所需之制造工藝溫度較低，使得成本遠(yuǎn)低于石英基板的玻璃基板也能被應(yīng)用于低溫多晶硅薄膜晶體管的制造，因而有助于降低制造成本，且由于多晶硅薄膜晶體管與非晶硅薄膜晶體管相比具有消耗功率小且電子遷移率(electron mobility)大等優(yōu)點(diǎn)，因此以低溫多晶硅薄膜晶體管所制造的驅(qū)動(dòng)元件目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于大尺寸的液晶顯示器中。
請(qǐng)參考圖1，其表示公知之一種低溫多晶硅薄膜晶體管的剖面示意圖。如圖1所示，基板100上形成有緩沖層(bufferlayer)102，而緩沖層102上形成有多晶硅層110，且此多晶硅層110中通過摻雜(dopping)制造工藝而形成有源極區(qū)112、漏極區(qū)114以及信道區(qū)116，其中信道區(qū)116位于源極區(qū)112與漏極區(qū)114之間。
請(qǐng)?jiān)賲⒖紙D1，柵絕緣層120覆蓋住多晶硅層110與緩沖層102，而柵極130配置于信道區(qū)116上方的柵絕緣層120上。介電層140覆蓋柵極130與柵絕緣層120，且介電層140與柵絕緣層120中形成有接觸窗開口112a、114a。另外，源極導(dǎo)電層152以及漏極導(dǎo)電層154配置于介電層140上，且源極導(dǎo)電層152與漏極導(dǎo)電層154分別通過接觸窗開口112a、114a而與源極區(qū)112以及漏極區(qū)114電氣連接。
值得一提的是，為防止短通道效應(yīng)(short channel effect)的發(fā)生，源極區(qū)112、漏極區(qū)114與通道區(qū)116之間通常會(huì)形成有輕摻雜漏極區(qū)(Lightly Doped Drain，LDD)118。公知在制造具有輕摻雜漏極區(qū)118的多晶硅薄膜晶體管時(shí)，通常需通過兩道以上的光罩制造工藝，并進(jìn)行兩次以上的摻雜制造工藝，以形成摻雜濃度不同的源極區(qū)112/漏極區(qū)114以及輕摻雜漏極區(qū)118。然而，上述此種制造輕摻雜漏極區(qū)的方式容易造成光罩圖形對(duì)準(zhǔn)上的困難，而即使通過自我對(duì)準(zhǔn)(self-align)的摻雜方式，亦無法避免制造工藝步驟的復(fù)雜化。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的就是在提供一種能夠簡(jiǎn)化制造工藝步驟，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率的薄膜晶體管。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有較為簡(jiǎn)化之制造工藝，并有助于提高生產(chǎn)效率之輕摻雜漏極區(qū)的制造方法。
本發(fā)明的又一目的是提供一種具有漸層式之輕摻雜漏極區(qū)的薄膜晶體管。
本發(fā)明的再一目的是提供一種可形成漸層式之淺摻雜漏極區(qū)的制造方法。
基于上述或其它目的，本發(fā)明提出一種薄膜晶體管，其例如包括基板、多晶硅層、柵絕緣層、緩沖層、柵極、介電層、源極導(dǎo)電層以及漏極導(dǎo)電層。其中，多晶硅層配置于基板上，且此多晶硅層中具有信道區(qū)、位于信道區(qū)兩側(cè)的輕摻雜漏極區(qū)以及位于輕摻雜漏極區(qū)外側(cè)的源極區(qū)/漏極區(qū)。此外，柵絕緣層配置于基板上，并覆蓋多晶硅層，而緩沖層配置在對(duì)應(yīng)于信道區(qū)以及輕摻雜漏極區(qū)上方的柵絕緣層上，且柵極配置在對(duì)應(yīng)于信道區(qū)上方的緩沖層上。另外，介電層配置在柵絕緣層上，并覆蓋柵極，而源極導(dǎo)電層位于介電層之表面以及介電層與柵絕緣層中，其中源極導(dǎo)電層與源極區(qū)電氣連接，且漏極導(dǎo)電層位于介電層之表面以及介電層與柵絕緣層中，其中漏極導(dǎo)電層與漏極區(qū)電氣連接。
在本發(fā)明之薄膜晶體管中，柵極之材質(zhì)例如是金屬，而緩沖層之材質(zhì)例如可以為金屬氧化物、金屬氮化物、金屬碳化物或是具有摻雜物之金屬層等。此外，緩沖層之含氧、氮、碳或摻雜物的量，更可隨著其與柵絕緣層之距離縮短而逐漸增加。
在本發(fā)明之薄膜晶體管中，輕摻雜漏極區(qū)越接近源極區(qū)/漏極區(qū)的位置，其摻雜濃度越高。此外，緩沖層例如是階梯狀結(jié)構(gòu)或島狀結(jié)構(gòu)。
基于上述或其它目的，本發(fā)明更提出一種輕摻雜漏極區(qū)的制造方法。首先，于基板上形成多晶硅層。接著，于多晶硅層上形成柵絕緣層。然后，于柵絕緣層上形成緩沖層與柵極，其中柵極位于緩沖層上，并暴露出部分之緩沖層。之后，進(jìn)行摻雜制造工藝，以于多晶硅層中形成輕摻雜漏極區(qū)，其中輕摻雜漏極區(qū)對(duì)應(yīng)位于柵極所暴露之部分緩沖層的下方。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，上述形成緩沖層與柵極的方法例如是先于柵絕緣層上形成柵緩沖材料層與柵極材料層。之后，通過蝕刻液來蝕刻?hào)啪彌_材料層與柵極材料層，以同時(shí)形成緩沖層與柵極。其中，蝕刻液對(duì)于柵極材料層之蝕刻速度大于蝕刻液對(duì)于柵緩沖材料層之蝕刻速度。此外，上述形成柵緩沖材料層與柵極材料層的方法例如是濺鍍，且在形成柵緩沖材料層的過程中更包括通入反應(yīng)氣體，其中反應(yīng)氣體例如是含氧氣體、含氮?dú)怏w、含碳?xì)怏w或含有摻雜物之氣體。另外，上述所通入之反應(yīng)氣體的量例如是隨著時(shí)間逐漸減少。
基于上述，本發(fā)明之輕摻雜漏極區(qū)的制造方法形成緩沖層來提供摻雜時(shí)的離子遮蔽效果，以制造所需之輕摻雜漏極區(qū)。通過本發(fā)明之薄膜晶體管及其輕摻雜漏極區(qū)的制造方法，僅需一道摻雜步驟便可同時(shí)形成源極區(qū)/漏極區(qū)以及輕摻雜漏極區(qū)，因此有助于簡(jiǎn)化制造工藝步驟，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率。
為讓本發(fā)明之上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配附圖，作詳細(xì)說明如下。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參考圖2A～2I，其依序表示本發(fā)明之一種薄膜晶體管的制造流程示意圖。
首先，如圖2A所示，于基板200上選擇性地形成緩沖層202，并且于緩沖層202上形成非晶硅層210a。其中基板200之材質(zhì)例如是玻璃，而緩沖層202之材質(zhì)例如是二氧化硅，其作用在于增進(jìn)基板200與后續(xù)形成之多晶硅層210(表示于圖2B)的附著性，且當(dāng)基板200中含有例如鈉等金屬離子時(shí)，可用以防止基板200中的金屬離子污染多晶硅層210(表示于圖2B)。
接著，如圖2B所示，進(jìn)行去氫處理，并對(duì)非晶硅層210a進(jìn)行激光退火處理，其例如是激態(tài)分子激光退火制造工藝，以使非晶硅層210a再結(jié)晶成為多晶硅層210。
然后，如圖2C所示，于多晶硅層210上形成柵絕緣層220，其中形成柵絕緣層220的方法例如是化學(xué)氣相沉積(ChemicalVapor Deposition，CVD)，而柵絕緣層220之材質(zhì)例如是氮化硅(SiN)或氧化硅(SiO)等。
之后，如圖2D所示，進(jìn)行濺鍍制造工藝，以于柵絕緣層220上形成柵緩沖材料層222a。其中，濺鍍時(shí)所使用之靶材例如是鉻(Cr)、鋁(Al)、銅(Cu)、鉬(Mo)等低阻抗之金屬，而形成柵緩沖材料層222a的方法例如是在濺鍍的同時(shí)通入反應(yīng)氣體，其例如可以是含氧、含氮、含碳或含摻雜物之氣體等，以與金屬反應(yīng)，而形成金屬氧化物、金屬氮化物、金屬碳化物或其它蝕刻特性與后續(xù)形成之柵極材料層230a(表示于圖2E)具有差異之材料層。
接著，如圖2E所示，繼續(xù)進(jìn)行濺鍍制造工藝，以形成柵極材料層230a，其中在形成柵極材料層230a時(shí)不再通入反應(yīng)氣體，以沉積單純之金屬材質(zhì)。其中，由于柵極材料層230a與柵緩沖材料層222a之組成不同，因此其蝕刻特性也有所差異。
然后，如圖2F所示，于柵極材料層230a上形成圖案化光阻層260，其中形成圖案化光阻層260的方法包括進(jìn)行光阻涂布以及曝光、顯影等黃光制造工藝。
之后，如圖2G所示，通過圖案化光阻層260為蝕刻罩幕來進(jìn)行蝕刻制造工藝，以使柵極材料層230a與柵緩沖材料層222a分別形成柵極230與緩沖層222。其中，蝕刻制造工藝所使用之蝕刻液選用對(duì)柵極材料層230a具有較快之蝕刻速度，而對(duì)柵緩沖材料層222a具有相對(duì)較慢之蝕刻速度者。如此一來，在蝕刻的過程中，沒有被圖案化光阻層260所覆蓋之柵極材料層230a與柵緩沖材料層222a將被移除，且由于蝕刻液對(duì)于柵極材料層230a具有較快之蝕刻速度，因此圖案化光阻層260下方之柵極材料層230a將會(huì)如圖中所示出現(xiàn)側(cè)蝕(over etching)的現(xiàn)象，因而暴露出外圍之部分緩沖層222。
然后，如圖2H所示，移除圖案化光阻層260，并進(jìn)行全面性之離子摻雜制造工藝，其中摻雜型態(tài)例如是P型摻雜或N型摻雜，而通過柵極230可在其下方之多晶硅層210內(nèi)定義出通道區(qū)216。此外，由于柵極230所暴露之部分的緩沖層222對(duì)離子具有遮蔽性，因此對(duì)應(yīng)于被暴露之之緩沖層222下方的多晶硅層210中會(huì)形成摻雜濃度較低之輕摻雜漏極區(qū)218，而輕摻雜漏極區(qū)218兩側(cè)之不受緩沖層222遮蔽的多晶硅層210內(nèi)，分別形成摻雜濃度較高之源極區(qū)212與漏極區(qū)214。
之后，如圖2I所示，于柵絕緣層220上形成介電層240，并于介電層240與柵絕緣層220中形成多個(gè)源極接觸窗開口212a與漏極接觸窗開口214a以暴露出源極區(qū)212與漏極區(qū)214。之后，再形成多個(gè)源極導(dǎo)電層252與漏極導(dǎo)電層254于介電層240上，且源極導(dǎo)電層252與漏極導(dǎo)電層254分別通過源極接觸窗開口212a與漏極接觸窗開口214a而與源極區(qū)212與漏極區(qū)214電氣連接。
基于上述，本發(fā)明之薄膜晶體管的柵極下方配置有緩沖層，以作為摻雜時(shí)之屏蔽，而形成摻雜濃度較低之輕摻雜漏極區(qū)。其中，形成此緩沖層的方法例如是如上述實(shí)施例所述，于濺鍍時(shí)通入反應(yīng)氣體，以通過蝕刻上的差異性使得柵極因?yàn)閭?cè)蝕而暴露出部分之緩沖層。當(dāng)然，在不脫離本發(fā)明的思想范圍內(nèi)，發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通專業(yè)人員更可通過其它的制造方式，例如以不同的制造工藝步驟分別制造柵極與緩沖層等。
值得一提的是，在本發(fā)明之另一較佳實(shí)施例中，更可對(duì)通入之反應(yīng)氣體的量進(jìn)行改變，以形成含氧、氮、碳或摻雜物之量隨沉積之高度改變的緩沖層。
請(qǐng)參考圖3，其表示本發(fā)明之另一實(shí)施例之薄膜晶體管的剖面示意圖。其中，在形成柵緩沖材料層(未表示)時(shí)，例如是分兩階段通入不同量之氧氣，以得到下層之含氧量較高的第一緩沖層224，以及上層之含氧量較低的第二緩沖層226。并且，通過第一緩沖層224與第二緩沖層226之不同的蝕刻特性，使得第二緩沖層226在蝕刻后暴露出部分之第一緩沖層224，而柵極230則暴露出部分之第二緩沖層226，以形成階梯狀結(jié)構(gòu)。如此一來，在進(jìn)行摻雜制造工藝后，將因?yàn)榈谝痪彌_層224與第二緩沖層226所造成之不同的離子遮蔽性，而形成具有兩種不同摻雜濃度的輕摻雜漏極區(qū)218。
除了上述實(shí)施例之外，本發(fā)明所通入之反應(yīng)氣體的量亦可隨反應(yīng)時(shí)間而呈線性變化。請(qǐng)參考圖4，其表示本發(fā)明之又一實(shí)施例之薄膜晶體管的剖面示意圖。如圖4所示，緩沖層222呈島狀結(jié)構(gòu)，其例如是在濺鍍時(shí)通入之反應(yīng)氣體(例如氧氣)的量隨時(shí)間遞減，而形成含氧量隨沉積高度遞減之金屬氧化層。通過此島狀之緩沖層222，將可在摻雜后形成漸層式(摻雜濃度沿一方向變化)之輕摻雜漏極區(qū)218。
換言之，本發(fā)明可通過對(duì)反應(yīng)氣體之量的改變來形成具有不同之蝕刻特性的緩沖層，以在蝕刻后得到具有厚度變化的緩沖層，進(jìn)而形成漸層式之輕摻雜漏極區(qū)。值得注意的是，上述實(shí)施例所表示之緩沖層僅為舉例之用，在本發(fā)明之其它實(shí)施例中，更可視欲形成之輕摻雜漏極區(qū)的性質(zhì)而對(duì)應(yīng)提供具有不同結(jié)構(gòu)之緩沖層，其中只需如上述實(shí)施例所述通過反應(yīng)氣體之量的變化與氣體種類的搭配便可輕易達(dá)成，詳細(xì)制造工藝在此不再冗述。
綜上所述，本發(fā)明通過具離子遮蔽性的緩沖層來形成所需要的輕摻雜漏極區(qū)，其中僅需一道光罩制造工藝便可同時(shí)定義出緩沖層與柵極，因此與公知技術(shù)相比可節(jié)省一道以上之光罩，且可避免公知光罩圖形無法對(duì)準(zhǔn)之問題。此外，輕摻雜漏極區(qū)與源極區(qū)/漏極區(qū)可通過同一道摻雜制造工藝所形成，且不需增加額外之制造工藝便可形成具有摻雜濃度變化之輕摻雜漏極區(qū)。因此，通過本發(fā)明之薄膜晶體管及其輕摻雜漏極區(qū)的制造方法不僅可大幅節(jié)省制造成本，更可簡(jiǎn)化制造工藝步驟，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通專業(yè)人員，在不脫離本發(fā)明之思想和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許之更動(dòng)與改進(jìn)，因此本發(fā)明之保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。


圖1為公知之一種薄膜晶體管的剖面示意圖。
圖2A～2I依序?yàn)楸景l(fā)明之一種薄膜晶體管的制造流程示意圖。
圖3為本發(fā)明之另一實(shí)施例之薄膜晶體管的剖面示意圖。
圖4為本發(fā)明之又一實(shí)施例之薄膜晶體管的剖面示意圖。
主要元件符號(hào)說明100基板102緩沖層110多晶硅層112源極區(qū)112a接觸窗開口114漏極區(qū)114a接觸窗開口116通道區(qū)118輕摻雜漏極區(qū)120柵絕緣層
130柵極140介電層152源極導(dǎo)電層154漏極導(dǎo)電層200基板202緩沖層210多晶硅層210a非晶硅層212源極區(qū)212a源極接觸窗開口214漏極區(qū)214a漏極接觸窗開口216通道區(qū)218輕摻雜漏極區(qū)220柵絕緣層222緩沖層
222a柵緩沖材料層224第一緩沖層226第二緩沖層230柵極230a柵極材料層240介電層252源極導(dǎo)電層254漏極導(dǎo)電層260圖案化光阻層
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管，包括基板；多晶硅層，配置在該基板上，且該多晶硅層中具有信道區(qū)、位于該信道區(qū)兩側(cè)的輕摻雜漏極區(qū)以及位于該輕摻雜漏極區(qū)外側(cè)的源極區(qū)/漏極區(qū)；柵絕緣層，配置在該基板上，并覆蓋該多晶硅層；緩沖層，配置在對(duì)應(yīng)于該信道區(qū)以及該輕摻雜漏極區(qū)上方之該柵絕緣層上；柵極，配置在對(duì)應(yīng)于該信道區(qū)上方之該緩沖層上；介電層，配置在該柵絕緣層上，并覆蓋該柵極；源極導(dǎo)電層，位于該介電層之表面以及該介電層以及該柵絕緣層中，其中該源極導(dǎo)電層與該源極區(qū)電氣連接；以及漏極導(dǎo)電層，位于該介電層之表面以及該介電層以及該柵絕緣層中，其中該漏極導(dǎo)電層與該漏極區(qū)電氣連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之薄膜晶體管，其特征是該柵極之材質(zhì)包括金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述之薄膜晶體管，其特征是該緩沖層之材質(zhì)包括金屬化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述之薄膜晶體管，其特征是該緩沖層之材質(zhì)選自金屬氧化物、金屬氮化物以及金屬碳化物所組成之族群其中之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述之薄膜晶體管，其特征是該緩沖層越接近該柵絕緣層的位置，其金屬含量越低。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述之薄膜晶體管，其特征是該緩沖層之材質(zhì)包括摻雜物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述之薄膜晶體管，其特征是該緩沖層越接近該柵絕緣層的位置，其含摻雜物之量越高。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述之薄膜晶體管，其特征是該輕摻雜漏極區(qū)越接近該源極區(qū)/漏極區(qū)的位置，其摻雜濃度越高。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述之薄膜晶體管，其特征是該緩沖層呈階梯狀結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述之薄膜晶體管，其特征是該緩沖層呈島狀結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述之薄膜晶體管，其特征是更包括緩沖層，且該緩沖層配置于該基板與該多晶硅層之間。
12.一種輕摻雜漏極區(qū)的制造方法，其特征是包括于基板上形成多晶硅層；于該多晶硅層上形成柵絕緣層；于該柵絕緣層上形成緩沖層與柵極，其中該柵極位于該緩沖層上，并暴露出部分之該緩沖層；以及進(jìn)行摻雜制造工藝，以于該多晶硅層中形成輕摻雜漏極區(qū)，其中該輕摻雜漏極區(qū)對(duì)應(yīng)位于該柵極所暴露之部分該緩沖層的下方。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述之輕摻雜漏極區(qū)的制造方法，其特征是形成該緩沖層與該柵極的方法包括于該柵絕緣層上形成柵緩沖材料層與柵極材料層；以及通過蝕刻液來蝕刻該柵緩沖材料層與該柵極材料層，以同時(shí)形成該緩沖層與該柵極，其中該蝕刻液對(duì)于該柵極材料層之蝕刻速度大于該蝕刻液對(duì)于該柵緩沖材料層之蝕刻速度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述之輕摻雜漏極區(qū)的制造方法，其特征是形成該柵緩沖材料層與該柵極材料層的方法包括濺鍍，且在形成該柵緩沖材料層的過程中更包括通入反應(yīng)氣體。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述之輕摻雜漏極區(qū)的制造方法，其特征是該反應(yīng)氣體包括含氧氣體、含氮?dú)怏w與含碳?xì)怏w其中之一。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述之輕摻雜漏極區(qū)的制造方法，其特征是該反應(yīng)氣體具有摻雜物。
17.根據(jù)權(quán)利要求14項(xiàng)所述之輕摻雜漏極區(qū)的制造方法，其特征是所通入之該反應(yīng)氣體的量隨著時(shí)間逐漸減少。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述之輕摻雜漏極區(qū)的制造方法，其特征是在形成該多晶硅層之前，更包括于該基板上形成緩沖層。
全文摘要
一種薄膜晶體管之輕摻雜漏極區(qū)的制造方法。首先，于基板上形成多晶硅層。接著，于多晶硅層上形成柵絕緣層。然后，于柵絕緣層上形成緩沖層與柵極，其中柵極位于緩沖層上，并暴露出部分之緩沖層。之后，進(jìn)行摻雜制造工藝，以于多晶硅層中形成輕摻雜漏極區(qū)，其中輕摻雜漏極區(qū)對(duì)應(yīng)位于柵極所暴露之部分緩沖層的下方。此薄膜晶體管及其輕摻雜漏極區(qū)的制造方法可節(jié)省制造成本，并可提高生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1758446SQ20041008060
公開日2006年4月12日 申請(qǐng)日期2004年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月8日
發(fā)明者張錫明 申請(qǐng)人:中華映管股份有限公司