專利名稱：一種薄膜晶體管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種薄膜晶體管(thin film transistor)及顯示器(display)的制造方法，特別是一種有關(guān)于復(fù)晶硅薄膜晶體管及顯示器的制造方法。
背景技術(shù)：
復(fù)晶硅薄膜晶體管具有高載子移動(dòng)率(high carrier mobility)、低溫感度(low temperature sensitivity)及較佳的驅(qū)動(dòng)能力而適用于高速組件(high speed elements)。復(fù)晶硅薄膜晶體管顯示器則是具有快速顯示、高亮度的特性，且可將驅(qū)動(dòng)及控制電路形成在基板上，因此，復(fù)晶硅薄膜晶體管顯示器已成為面板市場新的主流。
為了得到品質(zhì)良好的復(fù)晶硅，非晶硅結(jié)晶化成為復(fù)晶硅的過程最好在600℃以上的溫度，甚至更高的溫度進(jìn)行回火，然而高溫回火必須搭配熔點(diǎn)極高的石英基板，如此導(dǎo)致基板的成本過高。為了降低基板的成本，本行業(yè)采用價(jià)格較低的玻璃基板取代上述石英基板，因而發(fā)展出低溫復(fù)晶硅薄膜晶體管(low temperature polysilicon；LTPS)的制造技術(shù)，如何減少熱工序?qū)τ诓ＡЩ宓膿p害，成為重要的課題。
美國公開專利編號(hào)2004/0023446 A1揭示一種薄膜晶體管及面板的制造方法，此公開專利利用旋轉(zhuǎn)涂布法形成平坦的層間介電層(inter-layerdielectric layer；ILD)以覆蓋柵極電極，來防止斷線的問題，由于旋轉(zhuǎn)涂布(spin coating)的層間介電層的材料特性，必須加一道熱處理以烘烤層間介電層，此公開專利之中揭示利用同一熱處理步驟，同時(shí)活化摻雜離子與烘烤旋轉(zhuǎn)涂層間介電層，以避免傷害玻璃基板。
第1圖顯示以上述現(xiàn)有技術(shù)制造薄膜晶體管的流程圖，此流程圖包括S30-S41等步驟，首先，在基板上形成非晶硅層步驟S30，然后，進(jìn)行熱處理，以降低上述非晶硅層的氫原子濃度步驟S31，接著，進(jìn)行準(zhǔn)分子激光回火使非晶硅層結(jié)晶化成為復(fù)晶硅層步驟S32，其次，圖案化上述復(fù)晶硅層，以形成一島狀復(fù)晶硅圖案步驟S33，之后，在上述島狀復(fù)晶硅圖案上覆蓋一絕緣層步驟S34，接下來，在上述絕緣層上形成一柵極電極步驟S35，緊接著，在上述島狀復(fù)晶硅圖案內(nèi)形成離子摻雜區(qū)域步驟S36，然后進(jìn)行氫離子處理以消除懸鍵步驟S37，接著，在上述柵極電極上形成一層間介電層步驟S38，再以熱處理活性化離子摻雜區(qū)域同時(shí)烘烤上述層間介電層步驟S39，其次，選擇性刻蝕上述層間介電層，以形成一露出上述離子摻雜區(qū)域的開口步驟S40，再形成一填入上述開口的金屬層，以形成源極/漏極電極步驟S41。
然而，此公開專利是在熱處理以活化離子摻雜區(qū)域之前即進(jìn)行氫離子以消除復(fù)晶硅島狀圖案的晶界處的懸鍵(dangling bond)，很容易在熱處理活化離子的步驟再度于溝道區(qū)形成懸鍵。
并且，此公開專利分別以兩道熱處理步驟進(jìn)行降低非晶硅層之中的氫原子濃度以及使非晶硅層結(jié)晶化成為復(fù)晶硅層，仍有可能對玻璃基板產(chǎn)生熱沖擊。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明目的在于提供一種薄膜晶體管及顯示器的制造方法，此方法能夠避免在氫離子處理之后，再度形成懸鍵。
本發(fā)明另一目的在于提供一種薄膜晶體管及顯示器的制造方法，此方法能夠減少熱處理的步驟，以降低對玻璃基板的熱沖擊。
根據(jù)上述的目的，本發(fā)明提供一種薄膜晶體管的制造方法，首先，在一基板上方形成一非晶硅層，上述非晶硅層之中含有第一濃度的氫原子，接著，進(jìn)行第一次熱處理，使上述非晶硅層之中含有第二濃度的氫原子，上述第二濃度小于上述第一濃度，然后，圖案化上述非晶硅層，以形成一島狀非晶硅圖案，其次在上述島狀非晶硅圖案上覆蓋一絕緣層。然后，在上述絕緣層上形成一柵極電極，之后，以上述柵極電極為光掩膜，且植入離子于上述島狀非晶硅圖案，以在上述島狀非晶硅圖案內(nèi)形成離子摻雜區(qū)域。然后，利用激光回火進(jìn)行第二次熱處理，使上述島狀非晶硅圖案轉(zhuǎn)變成為一復(fù)晶硅島狀圖案，并同時(shí)活性化上述離子摻雜區(qū)域的離子，再在上述復(fù)晶硅島狀圖案上形成一鈍化層，接著，選擇性刻蝕上述鈍化層，以形成一露出上述離子摻雜區(qū)域的開口。然后，形成一填入上述開口的金屬層，以形成源極/漏極電極。
又根據(jù)上述之目的，本發(fā)明提供一種薄膜晶體管的制造方法，其中在形成上述金屬層之后，可以還包括進(jìn)行第三次熱處理，以同時(shí)烘烤上述鈍化層并燒結(jié)上述金屬層，之后，進(jìn)行氫離子處理，以減少上述復(fù)晶硅島狀圖案之中的懸鍵。
根據(jù)上述制造方法，在形成上述非晶硅層之前，最好利用形成化學(xué)氣相沉積法在上述基板上形成氮化硅或二氧化硅層構(gòu)成的底部涂覆層。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明亦提供一種薄膜晶體管顯示器的制造方法，采用上述的薄膜晶體管的制造方法，再在后續(xù)步驟形成像素電極等顯示器所需的組件。


第1圖是顯示現(xiàn)有薄膜晶體管制造方法的流程圖；第2a圖至第2h圖是本發(fā)明實(shí)施例的薄膜晶體管的工序剖面圖；第3圖是顯示本發(fā)明實(shí)施例的薄膜晶體管制造方法的流程圖。
符號(hào)說明基板100底部涂覆層102非晶硅層104島狀非晶硅圖案104a復(fù)晶硅島狀圖案104b 光刻膠圖案106、112絕緣層108 導(dǎo)電層110柵極電極110a 離子摻雜區(qū)域114a、114b溝道CH 鈍化層116
開口118a、118b 源極/漏極電極120a、120b具體實(shí)施方式
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。
請參照第2a圖，利用例如離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法(plasma enhancedchemical vapor deposition；PECVD)在基板100上方形成厚度大約500埃至2000埃的非晶硅層(amorphous silicon)104，用來當(dāng)作前驅(qū)物質(zhì)(precursor)薄膜，其較佳厚度大約為50nm，此非晶硅層104之中可能含有大約10-12mol％的氫原子，上述基板100可以為耐熱型無堿硅酸鋁玻璃(Alumino silicateglass)或者石英材料(quartz material)。
為了防止后續(xù)工序植入的摻雜離子往基板100擴(kuò)散，或者防止基板100之中的不純物離子往后續(xù)形成的溝道區(qū)擴(kuò)散，本實(shí)施例可以在形成上述非晶硅層104之前，利用化學(xué)氣相沉積法在上述基板100形成底部涂覆層102，此底部涂覆層102可以為二氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)或者二氧化硅與氮化硅的復(fù)合層(composite layer)。
接著，進(jìn)行第一次熱處理以完成脫氫步驟(de-hydrogenation)，使上述非晶硅層104之中含有小于4mol％的氫原子，此第一次熱處理可以采用熱爐管進(jìn)行，其處理時(shí)間大約介于半小時(shí)至2小時(shí)之間，較佳約1小時(shí)，處理的溫度大約為350-500℃。
接著，請參照第2b圖，圖案化上述非晶硅層104，以形成島狀非晶硅圖案104a。上述圖案化步驟例如利用光刻工序(photolithography)在非晶硅層104形成光刻膠圖案(photoresist pattern)106，然后利用此光刻膠圖案106為刻蝕光掩膜(etching mask)，再施以干刻蝕步驟以形成上述島狀非晶硅圖案104a。
然后，請參照第2c圖，剝除上述光刻膠圖案106，其次，在上述島狀非晶硅圖案104a上覆蓋絕緣層108，此絕緣層108形成的步驟可以為利用離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法形成二氧化硅層于此島狀非晶硅圖案104a的表面。
接著，請參照第2d圖，例如利用物理氣相沉積法(physical vapordeposition)或?yàn)R射法(sputtering)在絕緣層108上形成厚度介于200至300nm之間的導(dǎo)電層110，此導(dǎo)電層10可以為鋁、鈦、鉭或鉬等金屬或其合金，也可以是兩種以上鋁、鈦、鉭或鉬構(gòu)成的復(fù)合層。
其次，請參照第2e圖，利用光刻工序在上述導(dǎo)電層108的表面形成光刻膠圖案112，然后利用此光刻膠圖案112為刻蝕光掩膜，再施以干刻蝕步驟以形成當(dāng)作柵極電極110a的導(dǎo)電圖案。
之后，請參照第2f圖，剝除上述光刻膠圖案112。然后以上述柵極電極110a為離子植入的光掩膜，且植入離子(ion implanting)于上述島狀非晶硅圖案104a，以在上述島狀非晶硅圖案104a內(nèi)形成離子摻雜區(qū)域114a、114b。具體地說，利用離子植入中間測試臺(tái)，將導(dǎo)入上述中間測試臺(tái)的二硼烷(B2H6)氣體離子化后，以形成硼離子(p型離子)，或是將導(dǎo)入上述中間測試臺(tái)的磷化氫(PH3)氣體離子化以形成磷離子(n型離子)，而穿透上述絕緣層108再注入上述島狀非晶硅圖案104a的兩側(cè)，而離子摻雜區(qū)域114a、114b與未植入離子的溝道CH相隔。
接著，利用波長308nm(XeCl)的準(zhǔn)分子激光回火進(jìn)行第二次熱處理，使上述島狀非晶硅圖案104a結(jié)晶化而轉(zhuǎn)變成為復(fù)晶硅島狀圖案104b，并同時(shí)活性化上述離子摻雜區(qū)域114a、114b之離子(摻雜物)，以賦予摻雜離子區(qū)域114a、114b導(dǎo)電特性。此第二次熱處理的激光束也可以用KrF或ArF。上述第二次熱處理是以準(zhǔn)分子激光回火步驟為例，但是也可使用快速熱回火(rapidthermal annealing；RTA)來取代準(zhǔn)分子激光回火步驟。
本發(fā)明的實(shí)施例利用第二次熱處理，使上述島狀非晶硅圖案結(jié)晶化轉(zhuǎn)變成為復(fù)晶硅島狀圖案，此時(shí)同時(shí)進(jìn)行活化離子摻雜區(qū)域的離子，可減少一道熱工序，而降低對基板的熱沖擊。
然后，請參照第2g圖，利用離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法在上述復(fù)晶硅島狀圖案104b表面形成厚度大約400nm至500nm的鈍化層(passivationlayer)116，此鈍化層116可以由含有硅及氧的有機(jī)絕緣材料或是無機(jī)絕緣材料構(gòu)成。
接下來，請參照第2h圖，選擇性刻蝕上述鈍化層116，以形成露出上述離子摻雜區(qū)域114a、114b的開口118a、118b，選擇性刻蝕上述鈍化層116的方法可以為，利用光刻工序形成光刻膠圖案(圖未顯示)，然后，利用上述光刻膠圖案為光掩膜，并刻蝕上述鈍化層116直到形成露出上述離子摻雜區(qū)域114a、114b的開口118a、118b為止。其次，利用濺射法以全面性地沉積一金屬層，然后進(jìn)行光刻工序與刻蝕步驟以形成填入上述開口118a、118b的金屬層，而構(gòu)成與上述離子摻雜區(qū)域114a、114b接觸的源極/漏極電極120a、120b，并同時(shí)形成信號(hào)線(signal line)，上述金屬層可以包括鋁、鋁合金、硅化鎢、或硅化鈦。
接下來，最好進(jìn)行第三次熱處理，以同時(shí)烘烤上述鈍化層116并燒結(jié)上述金屬層構(gòu)成的源極/漏極電極120a、120b，燒結(jié)的目的是為了降低接觸阻抗，此第三次熱處理系在350至500℃的溫度下進(jìn)行大約0.5至1小時(shí)。此熱處理步驟同時(shí)烘烤鈍化層116與燒結(jié)源極/漏極電極120a、120b，因此，能夠減少熱工序，而降低對玻璃基板的熱沖擊。
然后，為了消除或降低復(fù)晶硅島狀圖案之中的懸鍵(dangling bond)，最好利用離子氣相沉積中間測試臺(tái)來進(jìn)行氫離子處理。相較于先前技術(shù)，本發(fā)明的實(shí)施例形成源極/漏極電極之后才進(jìn)行氫離子處理，以降低氫的懸鍵，如此，可使溝道之中的氫懸鍵不至在因后續(xù)的熱處理而再度增加。
后續(xù)步驟可繼續(xù)形成復(fù)晶硅薄膜晶體管顯示器，也就是在形成源極/漏極電極120a、120b之后再沉積一層絕緣層，然后，再形成銦錫氧化物(ITO)等透明導(dǎo)電物質(zhì)所構(gòu)成的像素電極，以形成薄膜晶體管顯示器。
以下，請參照第3圖所示的本發(fā)明實(shí)施例的薄膜晶體管制造方法的流程圖，此流程圖包括S10-S21等步驟，首先，基板上形成非晶硅層步驟S10，然后，進(jìn)行熱處理，以降低上述非晶硅層的氫原子濃度步驟S11，接著，圖案化上述非晶硅層，以形成一島狀非晶硅圖案步驟S12，其次，在上述島狀非晶硅圖案上覆蓋一絕緣層步驟S13，在上述絕緣層上形成一柵極電極步驟S14，然后，在上述島狀非晶硅圖案內(nèi)形成離子摻雜區(qū)域步驟S15，接著，進(jìn)行熱處理，使上述島狀非晶硅圖案轉(zhuǎn)變成為一復(fù)晶硅島狀圖案，并同時(shí)活性化上述離子摻雜區(qū)域的離子步驟S16。然后，在上述柵極電極上形成一鈍化層步驟S17，接著，選擇性刻蝕上述鈍化層，以形成一露出上述離子摻雜區(qū)域的開口步驟S18，其次，形成一填入上述開口的金屬層，以形成源極/漏極電極步驟S19。
本發(fā)明最好在步驟S19之后，熱處理以同時(shí)烘烤該鈍化層并燒結(jié)源極/漏極電極，請參照第3圖步驟S20。之后，進(jìn)行氫離子處理，以減少該復(fù)晶硅島狀圖案之中的懸鍵，請參照第3圖步驟S21。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于包括在一基板上方形成一非晶硅層，該非晶硅層之中含有第一濃度的氫原子；進(jìn)行第一次熱處理，使該非晶硅層之中含有第二濃度的氫原子，該第二濃度小于該第一濃度；圖案化該非晶硅層，以形成一島狀非晶硅圖案；在該島狀非晶硅圖案上覆蓋一絕緣層；在該絕緣層上形成一柵極電極；以該柵極電極為光掩膜，且植入離子于該島狀非晶硅圖案，以在該島狀非晶硅圖案內(nèi)形成離子摻雜區(qū)域；利用激光回火進(jìn)行第二次熱處理，使該島狀非晶硅圖案轉(zhuǎn)變成為一復(fù)晶硅島狀圖案，并同時(shí)活性化該離子摻雜區(qū)域之離子；在所述復(fù)晶硅島狀圖案上形成一鈍化層；選擇性刻蝕該鈍化層，以形成一露出該離子摻雜區(qū)域的開口；以及形成一填入該開口的金屬層，以形成源極/漏極電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于還包括在形成該非晶硅層之前，在該基板表面形成一底部涂覆層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于形成該底部涂覆層方法還包括利用化學(xué)氣相沉積法在該基板上形成氮化硅或二氧化硅層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于形成該非晶硅的方法包括化學(xué)氣相沉積法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于還包括以爐管進(jìn)行第一次熱處理，而處理的時(shí)間介于0.5小時(shí)至2小時(shí)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于該第一次熱處理系在350-500℃之間進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于形成該絕緣層的方法包括利用離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法于該島狀非晶硅圖案表面形成二氧化硅層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于形成該柵極電極的方法包括在該絕緣層上形成一導(dǎo)電層；以及圖案化該導(dǎo)電層以形成一柵極電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于該導(dǎo)電層選自由鋁、鈦、鉭與鉬構(gòu)成的族群或其組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于該導(dǎo)電層的厚度介于200nm至300nm之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于該離子植入步驟為植入p型離子。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于該離子植入步驟為植入n型離子。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于該第二次熱處理使用波長308nm(XeCl)的準(zhǔn)分子激光進(jìn)行。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜晶體管的制造方法，其中該第二次熱處理為采用KrF或ArF準(zhǔn)分子激光進(jìn)行。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于該鈍化層為旋轉(zhuǎn)涂布法形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于該鈍化層為有機(jī)絕緣材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于該鈍化層為無機(jī)絕緣材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于選擇性刻蝕該鈍化層的方法還包括利用光刻工序形成一光刻膠圖案；利用該光刻膠圖案為光掩膜，并刻蝕該鈍化層直到形成一露出該離子摻雜區(qū)域的開口。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于該金屬層包括鋁、鋁合金、硅化鎢、或硅化鈦。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于形成該金屬層的方法包括濺射一金屬層；選擇性刻蝕該金屬層，以形成源極/漏極電極與信號(hào)線。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于該金屬層形成之后還包括進(jìn)行第三次熱處理，以同時(shí)烘烤該鈍化層并燒結(jié)該金屬層；以及進(jìn)行氫離子處理，以減少該復(fù)晶硅島狀圖案之中的懸鍵。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的一種薄膜晶體管的制造方法，其中該第三次熱處理是在350至500℃的溫度下進(jìn)行。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于該第三次熱處理是進(jìn)行0.5小時(shí)至1小時(shí)之間。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于該氫離子處理，是利用離子氣相沉積中間測試臺(tái)完成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種薄膜晶體管的制造方法，此方法利用激光回火進(jìn)行熱處理，使上述島狀非晶硅圖案轉(zhuǎn)變成為一復(fù)晶硅島狀圖案，并同時(shí)活性化上述離子摻雜區(qū)域的離子，再在上述復(fù)晶硅島狀圖案上形成一鈍化層，接著，選擇性刻蝕上述鈍化層，以形成一露出上述離子摻雜區(qū)域的開口。然后，形成一填入上述開口的金屬層，以形成源極/漏極電極。最后，本發(fā)明形成源極/漏極電極之后才進(jìn)行氫離子處理，以減少復(fù)晶硅之中的懸鍵。
文檔編號(hào)H01L21/336GK1632932SQ20051000727
公開日2005年6月29日 申請日期2005年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月6日
發(fā)明者黃添鈞 申請人:廣輝電子股份有限公司