專利名稱：薄膜晶體管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及一種薄膜晶體管，更具體地，本發(fā)明涉及這樣一種薄膜晶體管，其中第二絕緣膜沉積在覆蓋多晶硅層的第一絕緣膜上，該多晶硅層是通過對由連續(xù)形成的第一絕緣層所覆蓋的非晶硅層首先結(jié)晶然后構(gòu)圖形成的，或是通過對由連續(xù)形成的第一絕緣層所覆蓋的非晶硅層首先構(gòu)圖然后結(jié)晶形成的，該多晶硅層和第一絕緣膜一起形成柵極絕緣膜的部分。本發(fā)明還公開了一種制備該薄膜晶體管的方法。
背景技術(shù)：
圖1是傳統(tǒng)薄膜晶體管10的橫截面視圖。
如圖1所示，在比如塑料或玻璃的絕緣襯底11上，在形成緩沖層12之后，通過構(gòu)圖多晶硅層或單晶硅層，形成了半導(dǎo)體層13。通過在緩沖層上形成非晶硅層并將該非晶硅層結(jié)晶來形成多晶硅層或單晶硅層，從而制備該多晶硅或單晶硅層。
緩沖層防止從下面的襯底所產(chǎn)生水氣或雜質(zhì)的擴散或者控制結(jié)晶期間熱量的傳輸，使得該半導(dǎo)體層的結(jié)晶均勻。
可以使用或化學氣相沉積或物理氣相沉積來沉積非晶硅層。此外，在形成非晶硅層時或形成其之后，可以進行脫氫處理。這樣的處理降低了非晶硅層中氫的濃度。結(jié)晶該非晶硅層所使用的方法(或多種方法)可以選自包括但不限于快速熱退火、固相結(jié)晶、準分子激光退火、金屬誘導(dǎo)結(jié)晶、金屬誘導(dǎo)橫向結(jié)晶和連續(xù)橫向固化所構(gòu)成的一組。
接下來，如此形成柵極電極15首先在其上形成有半導(dǎo)體層的襯底前表面上形成柵極絕緣膜14，且在柵極絕緣膜14上沉積柵極電極形成材料，然后構(gòu)圖柵極電極形成材料。在形成柵極電極之后，其在雜質(zhì)離子注入處理期間被用作掩模以在半導(dǎo)體層上界定一個或多個源極/漏極區(qū)域和溝道區(qū)域。
隨后，層間絕緣膜16形成于襯底的前表面上以保護或電絕緣形成于該層間絕緣層下的元件。緩沖層、柵極絕緣膜和層間絕緣膜是通過使用比如氧化硅的氧化薄膜或比如氮化硅的氮化物薄膜形成的。
之后，如此完成傳統(tǒng)的薄膜晶體管在層間絕緣膜上形成顯露形成于半導(dǎo)體層上的源極/漏極區(qū)域的接觸孔，在襯底的前表面上沉積源極/漏極電極材料，然后構(gòu)圖源極/漏極電極材料，由此形成源極/漏極電極17。
但是，傳統(tǒng)薄膜晶體管10包括形成光刻膠圖案所導(dǎo)致的不希望的氧化物和污染物。此外，蝕刻氣體或蝕刻溶液可以容易地形成于半導(dǎo)體層的表面上，并且需要單獨的清洗處理來去除這些氧化物或污染物。而且，在半導(dǎo)體層和柵極絕緣膜的之間的界面上，產(chǎn)生了比如晶粒取向不匹配的缺陷。當非晶硅層暴露的表面被結(jié)晶以形成多晶硅層和此后非晶硅層被構(gòu)圖時，這樣的缺陷降低了電子遷移率，增加了漏電流。

發(fā)明內(nèi)容
因此，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中前述缺點和問題，本發(fā)明提供了一種薄膜晶體管，在該薄膜晶體管中，半導(dǎo)體層和柵極絕緣膜通過在多晶硅層圖案和第一絕緣膜圖案上沉積第二絕緣膜而形成，多晶硅層圖案和第一絕緣膜圖案是在連續(xù)地形成非晶硅層和作為柵極絕緣膜的一部分的第一絕緣膜之后，通過對非晶硅層結(jié)晶和構(gòu)圖而形成的，或通過對非晶硅層和第一絕緣膜層構(gòu)圖和結(jié)晶而形成的。本發(fā)明還提供了一種制備該薄膜晶體管的方法。
根據(jù)本發(fā)明的原理所構(gòu)建的薄膜晶體管可以包括絕緣襯底；多晶硅層圖案和第一絕緣膜圖案，連續(xù)形成和構(gòu)圖于絕緣襯底上；第二絕緣膜，形成于多晶硅層圖案和第一絕緣膜圖案上；和形成于第二絕緣膜上的柵極電極、層間絕緣膜、以及一個或更多的源極/漏極電極，形成于第二絕緣膜上。
而且，本發(fā)明提供了一種制備薄膜晶體管的方法。該方法可以包括如下步驟制備絕緣襯底；在絕緣襯底上連續(xù)形成非晶硅層和第一絕緣膜；形成非晶硅層成為多晶硅層圖案，形成第一絕緣膜成為第一絕緣膜圖案；在襯底上形成第二絕緣膜；在第二絕緣膜上形成柵極電極，層間絕緣膜，以及一個或更多的源極/漏極電極。


通過參考附圖詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明的上述和其他特征和優(yōu)點對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將變得更加清楚。
圖1是傳統(tǒng)薄膜晶體管的橫截面視圖。
圖2A、2B、2C和2D是圖示根據(jù)本發(fā)明的制備薄膜晶體管的方法的橫截面視圖。
具體實施例方式
通過參考在附圖中所描述和/或圖示的以及在隨后說明部分詳細說明的非限制性實施例和示例，對本發(fā)明的實施例及其各個特征和有利的細節(jié)將解釋得更加全面。應(yīng)該注意，在附圖中所圖示的特征不一定是按照比例繪制的，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所認識的那樣，即使本文沒有明確地說明，一個實施例的特征也可以應(yīng)用在其他實施例中。省略了對公知的部件和制造技術(shù)的說明，以避免不必要地模糊本發(fā)明的實施例。本文所使用的示例僅僅是意于促進對本發(fā)明可以實施的方式的理解，并進一步使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的實施例。因此，本文中的示例和實施例不應(yīng)該解釋為對本發(fā)明范圍的限制，本發(fā)明的范圍僅僅由權(quán)利要求書以及適用的法律所限制。而且，請注意，在附圖的幾個視圖中類似的標記可以代表類似的部件。
圖2A、2B、2C和2D是圖示根據(jù)本發(fā)明的制備薄膜晶體管10的方法的橫截面視圖。圖2A是圖示一工藝的橫截面視圖，其中緩沖層102、非晶硅層103和第一絕緣膜104被依次和連續(xù)地形成于絕緣襯底101上。緩沖層102是形成于透明絕緣襯底101上的單層或雙層的連續(xù)的氧化硅薄膜或氮化硅薄膜。透明襯底101可以由塑料、玻璃或其他適當?shù)耐该鞑牧闲纬伞＞彌_層通過防止來自該緩沖層下的襯底的水氣或雜質(zhì)，和/或控制在結(jié)晶期間的熱傳導(dǎo)率，來促進半導(dǎo)體層的結(jié)晶。
之后，在緩沖層102上連續(xù)地形成非晶硅層103，在非晶硅層103上連續(xù)地形成第一絕緣膜104。非晶硅層103和第一絕緣膜104可以使用化學氣相沉積方法連續(xù)地形成，根據(jù)注入的氣體類型，該方法可以被用來形成氧化物膜、氮化物膜或硅層。
例如，非晶硅層103和第一絕緣膜104可以如下連續(xù)地形成。非晶硅層103是使用硅烷氣(SiH4)和氫氣(H2)的混合物形成。第一絕緣膜104可以通過注入硅烷氣、氧氣(O2)的混合物或通過注入硅烷氣和氮氣(N2)的混合物來形成。當使用氧氣時，第一絕緣膜包括氧化硅膜。當使用氮氣時，第一絕緣膜104包括氮化硅膜。
優(yōu)選地，第一絕緣膜是由氧化硅膜形成，這在非晶硅層103和第一絕緣膜104之間產(chǎn)生好的界面特性。因為第一絕緣膜也被用作柵極絕緣膜，所以這些好的界面特性包括相匹配的晶粒取向、高的電子遷移率和低的漏電流。
而且，第一絕緣膜104優(yōu)選地形成為約50到約400厚。如果第一絕緣膜104太厚，那么在結(jié)晶期間，結(jié)晶能量可能不會均勻地傳遞到在第一絕緣膜104之下的非晶硅層103。如果第一絕緣膜太薄，那么在第一絕緣膜104之下的非晶硅層103將不能夠受保護而免于污染。
如果在非晶硅層103和第一絕緣膜104之間的界面不清楚，或者如果第一絕緣膜104以這樣一種方式形成，即，第一絕緣膜104的化學組分(硅與氧的比率或硅與氮的比率)由于氣體改變而不穩(wěn)定的，那么在第一絕緣膜104和非晶硅層103之間具有好的界面特性的薄膜層可以如此創(chuàng)建形成非晶硅層之后，并且在使用比如氬氣(Ar)和氦氣(He)的惰性氣體清洗幾秒鐘到幾分鐘后，形成第一絕緣膜104。
圖2B是圖示了將非晶硅層103和第一絕緣膜104形成為多晶硅層圖案105和第一絕緣膜圖案106的工藝的橫截面視圖。多晶硅層圖案105和第一絕緣膜圖案106可以如此形成首先圖案化非晶硅層103和第一絕緣膜104，然后將非晶硅層103結(jié)晶來形成多晶硅層圖案105?；蛘?，多晶硅層圖案105和第一絕緣膜圖案106可以如此形成首先將非晶硅層103結(jié)晶為多晶硅層105，然后使用光刻膠圖案來構(gòu)圖多晶硅層105和第一絕緣層106。
因為非晶硅層103的表面是由第一絕緣膜104覆蓋，所以使用上述技術(shù)來防止形成不希望的氧化物。相反，在傳統(tǒng)非晶硅層12上在結(jié)晶期間很容易形成不希望的氧化物。而且，在用來去除光刻膠圖案的灰化或濕法蝕刻工藝期間，傳統(tǒng)的多晶硅層圖案或非晶硅層圖案可能被損壞并且在那里吸附或在其上形成雜質(zhì)，但是，本發(fā)明通過使用第一絕緣膜104覆蓋非晶硅層圖案103或使用第一絕緣圖案106覆蓋多晶硅層圖案105，防止了前述這些問題。
本發(fā)明的結(jié)晶方法可以通過使用選自構(gòu)成這樣一組方法中的一種或多種方法進行，該組包括但不限于快速熱退火、固相結(jié)晶、準分子激光退火、金屬誘導(dǎo)結(jié)晶、金屬誘導(dǎo)橫向結(jié)晶和連續(xù)橫向固化。優(yōu)選地，在第一絕緣膜是氧化硅膜時，通過使用CF4氣體進行干法蝕刻來進行構(gòu)圖工藝，因為第一絕緣膜的氧化硅對非晶硅或多晶硅的蝕刻選擇率在存在CF4時幾乎為零，從而兩個薄膜層可以同時被蝕刻。
圖2C是圖示在襯底101上形成第二絕緣膜107的工藝的橫截面視圖。如圖2C所示，第二絕緣膜107形成于襯底101上，在襯底101上順序形成緩沖層102、多晶硅層圖案105以及第一絕緣膜圖案106。第二絕緣膜107可以是氧化硅膜、氮化硅膜或有機絕緣膜。優(yōu)選地，第二絕緣膜107以如此的方法形成，使得第二絕緣膜107和第一絕緣膜106的厚度(例如，柵極絕緣膜(或多層絕緣膜)的厚度)是約800到約1500。即，如果第一絕緣膜106的厚度是約400，那么第二絕緣膜107的厚度是約400到約1100，由于第一絕緣膜106和第二絕緣膜一起構(gòu)成了柵極絕緣膜。應(yīng)該如上所述附加地形成第二絕緣膜107，因為僅由第一絕緣膜106形成的柵極絕緣膜不能夠提供足以經(jīng)受所施加的電壓的絕緣性能。
圖2D是完成后的薄膜晶體管100的橫截面視圖，該薄膜晶體管100具有形成于第二絕緣膜107上的柵極電極108、形成于柵極電極108和第二絕緣膜107上的層間絕緣膜109、形成于通過層間絕緣膜109所構(gòu)圖的開口120中的源極/漏極電極110，以及第一絕緣膜106。如圖2D所示，柵極電極108形成于第二絕緣膜107上。優(yōu)選地，柵極電極108包括比如Al、AlNd、Cr、Mo或MoW的金屬或包括一種或多種金屬的化合物。此外，柵極電極108可以在雜質(zhì)離子注入工藝期間用作掩模來在多晶硅層圖案105上界定源極/漏極區(qū)域和溝道區(qū)域。
此后，層間絕緣膜109形成為單層的或雙層的氧化硅膜或氮化硅膜以覆蓋柵極電極108，通過蝕刻層間絕緣膜109、第二絕緣膜107和第一絕緣膜106的預(yù)定區(qū)域形成接觸孔120，顯露部分源極/漏極區(qū)域。
接下來，源極/漏極電極110可以通過在襯底的前表面上沉積和構(gòu)圖源極/漏極電極形成材料而形成。
因此，本發(fā)明提供了具有比如漏電流減少、電子遷移率增加的改進的工作特性的薄膜晶體管。這些優(yōu)點部分地產(chǎn)生于薄膜晶體管柵極絕緣膜(或多層柵極絕緣膜)106和107和多晶硅層圖案105之間由于匹配的晶粒取向而導(dǎo)致的好的界面特性、對非希望氧化物形成的防止、通過連續(xù)沉積第一絕緣膜對污染物形成的防止，第一絕緣膜是非晶硅層105上的柵極絕緣膜的一部分。而且，本發(fā)明提供了一種薄膜晶體管制備方法，其能夠通過減少用于去除非希望的氧化物和污染物的傳統(tǒng)清洗步驟而縮短了制備工藝。
盡管本發(fā)明已經(jīng)根據(jù)示范性實施例進行了說明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到，本發(fā)明可以通過在權(quán)利要求書的范圍和精神之內(nèi)的修改來實施。上面所給出的這些例子僅僅是說明性的，而非旨在窮舉本發(fā)明所有可能的設(shè)計、實施例、應(yīng)用或修改。
該申請要求于2004年6月29日遞交的韓國專利申請第2004-49826號的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容以全文引用方式結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管，包括絕緣襯底；多晶硅層圖案，由第一絕緣膜圖案連續(xù)覆蓋且形成于所述絕緣襯底上；第二絕緣膜，形成于所述第一絕緣膜圖案上；柵極電極，形成于所述第二絕緣膜上；以及層間絕緣層，形成于所述第二絕緣膜和所述柵極電極上。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中，所述第一絕緣膜圖案和所述第二絕緣膜是柵極絕緣膜。
3.如權(quán)利要求2的薄膜晶體管，其中，所述柵極絕緣膜總共具有約800到約1500的總厚度。
4.如權(quán)利要求1的薄膜晶體管，其中，所述第一絕緣膜圖案具有約50到約400的厚度。
5.如權(quán)利要求1的薄膜晶體管，其中，所述第一絕緣膜圖案具有約200的厚度。
6.如權(quán)利要求1的薄膜晶體管，其中，所述第一絕緣膜圖案是氧化物膜。
7.如權(quán)利要求1的薄膜晶體管，其中，所述第一絕緣膜圖案或所述第二絕緣膜每個都是氧化硅膜或氮化硅膜中的一種。
8.如權(quán)利要求1的薄膜晶體管，其中，所述第二絕緣膜是有機絕緣膜。
9.如權(quán)利要求1的薄膜晶體管，其中，所述多晶硅層圖案和所述第一絕緣膜圖案是通過首先對由連續(xù)形成的第一絕緣膜所覆蓋的非晶硅層結(jié)晶，然后對所述非晶硅層構(gòu)圖而形成的。
10.如權(quán)利要求1的薄膜晶體管，其中，所述多晶硅層圖案和所述第一絕緣膜圖案是通過首先對由連續(xù)形成的第一絕緣膜所覆蓋的非晶硅層構(gòu)圖，然后對所述非晶硅層結(jié)晶而形成的
11.如權(quán)利要求1的薄膜晶體管，其中，所述多晶硅層圖案和所述第一絕緣膜圖案由CF4氣體構(gòu)圖。
12.如權(quán)利要求1的薄膜晶體管，其中，所述柵極電極是由Al、AlNd、Cr、Mo、MoW或其化合物形成。
13.如權(quán)利要求1的薄膜晶體管，其中，所述層間絕緣層由單層或雙層的氧化硅膜或單層或雙層氮化硅膜形成。
14.一種制備薄膜晶體管的方法，包括在絕緣襯底上形成非晶硅層；在所述非晶硅層上連續(xù)地形成第一絕緣膜；利用所述第一絕緣膜圖案，將所述非晶硅層結(jié)晶來形成多晶硅層圖案；在所述襯底上形成第二絕緣膜；在所述第二絕緣膜上形成柵極電極；在所述柵極電極和所述第二絕緣膜上形成層間絕緣膜。
15.如權(quán)利要求14的方法，其中，形成所述非晶硅層和所述第一絕緣膜來作為由第一絕緣膜圖案所覆蓋的多晶硅層圖案的步驟包括，首先將所述非晶硅層結(jié)晶為多晶硅層，然后將所述多晶硅層和所述第一絕緣膜構(gòu)圖來分別形成所述多晶硅層圖案和所述第一絕緣膜圖案。
16.如權(quán)利要求15的方法，其中，所述構(gòu)圖工藝包括使用CF4氣體進行蝕刻。
17.如權(quán)利要求15的方法，其中，所述結(jié)晶工藝包括使用選自如下一組方法中的一種或多種方法進行結(jié)晶快速熱退火、固相結(jié)晶、準分子激光退火、金屬誘導(dǎo)結(jié)晶、金屬誘導(dǎo)橫向結(jié)晶和連續(xù)橫向固化。
18.如權(quán)利要求14的方法，其中，形成所述非晶硅層和所述第一絕緣膜來作為由第一絕緣膜圖案所覆蓋的多晶硅層圖案的步驟包括，首先構(gòu)圖所述非晶硅層和所述第一絕緣膜，然后對構(gòu)圖的非晶硅層和構(gòu)圖的第一絕緣膜結(jié)晶。
19.如權(quán)利要求18的方法，其中，所述構(gòu)圖工藝包括使用CF4氣體進行蝕刻。
20.如權(quán)利要求18的方法，其中，所述結(jié)晶工藝包括使用選自如下一組方法中的一種或多種方法進行結(jié)晶快速熱退火、固相結(jié)晶、準分子激光退火、金屬誘導(dǎo)結(jié)晶、金屬誘導(dǎo)橫向結(jié)晶和連續(xù)橫向固化。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種薄膜晶體管以及制備該薄膜晶體管的方法，在該薄膜晶體管中半導(dǎo)體層和柵極絕緣膜通過在多晶硅層圖案和第一絕緣膜圖案上沉積第二絕緣膜而形成，它們是通過對由連續(xù)形成的第一絕緣層所覆蓋的非晶硅層首先結(jié)晶然后構(gòu)圖形成，或是通過對由連續(xù)形成并作為柵極絕緣層一部分的第一絕緣層所覆蓋的預(yù)先形成的非晶硅層首先構(gòu)圖然后結(jié)晶形成。
文檔編號H01L21/336GK1716636SQ200510081330
公開日2006年1月4日 申請日期2005年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月29日
發(fā)明者黃義勛, 李根洙 申請人:三星Sdi株式會社