專利名稱：薄膜晶體管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及一種薄膜晶體管(Thin Film Transistor，TFT)的制造方法，且特別是涉及一種低溫多晶硅薄膜晶體管(Low TemperaturePolycrystalline Silicon TFT，LTPS-TFT)的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著光電技術(shù)之發(fā)展，數(shù)字化之視頻或影像裝置已經(jīng)成為在一般日常生活中常見(jiàn)的產(chǎn)品。在這些數(shù)字化之視頻或影像裝置中，顯示器是重要的人機(jī)溝通界面。使用者可經(jīng)由顯示器讀取信息進(jìn)而控制裝置的運(yùn)行。
而薄膜晶體管(TFT)是應(yīng)用于顯示器中之驅(qū)動(dòng)元件。其中，薄膜晶體管之通道層的材質(zhì)可以是非晶硅(amorphous silicon，α-Si)或多晶硅(polysilicon，ploy-Si)。由于非晶硅可于攝氏200-300度的低溫情況下形成，所以目前是被廣泛使用。但是，非晶硅之電子遷移率(electron mobility)低，其不超過(guò)1cm2/Vsec，換言之，非晶硅薄膜晶體管已不滿足目前高速元件應(yīng)用之需求。然而，多晶硅薄膜晶體管與非晶硅薄膜晶體管比較而言，其具有較高之遷移率(約比非晶硅高2～3個(gè)數(shù)量級(jí))及低溫敏感性(lowtemperature sensitivity)，使其更能適用于高速元件。
然而，公知形成多晶硅的溫度需達(dá)到攝氏600度以上，故一般是使用石英(quartz)作為基板。但是石英基板成本比玻璃基板貴許多，因此，目前為了降低成本則使用玻璃基板，故多晶硅之形成溫度必須降低到玻璃基板所能容忍之溫度以下(約攝氏500度)。因此，許多低溫多晶硅形成的方法紛紛被采用，其中以準(zhǔn)分子激光退火工藝(excimer laser annealing，ELA)及金屬誘導(dǎo)結(jié)晶工藝(metal induced crystallization，MIC)較受矚目。
但是，一般利用上述方法長(zhǎng)成的多晶硅層，其具有許多的晶格缺陷(defect)。所以如果直接進(jìn)行離子植入(ion implantation)工藝時(shí)，便容易造成植入之摻雜元素在多晶硅層中分布不均勻。另外，于離子植入工藝后再進(jìn)行離子活化工藝時(shí)，由于晶格缺陷的影響，也會(huì)使得活化后的載流子濃度分布不均，并使得低溫多晶硅薄膜晶體管的元件特性劣化。
在傳統(tǒng)工藝中，常于活化工藝后或薄膜晶體管完成后，進(jìn)行缺陷修補(bǔ)工藝，但若能在離子植入工藝之前先修補(bǔ)晶格缺陷，便可有效地提高摻雜元素分布的均勻性，進(jìn)而更進(jìn)一步提高薄膜晶體管的元件特性。在文獻(xiàn)Jpn.J.Appl.Phys.Vol.39(2000)pp.2492～2496，以及文獻(xiàn)Jpn.J.Appl.Phys.Vol.39(2000)pp.3883～3887中，已有學(xué)者提出一種減少低溫多晶硅之晶格缺陷的方法。此方法將經(jīng)由準(zhǔn)分子激光退火所生成之低溫多晶硅薄層，放置在不銹鋼室體中，并使低溫多晶硅層處于高壓與高溫的水氣環(huán)境下。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低溫多晶硅薄膜的電導(dǎo)率(electrical conductivity)能夠提高，且晶格缺陷也可以減少。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況，本發(fā)明的目的就是提供一種薄膜晶體管制造方法，以制造出具有較佳元件特性之薄膜晶體管。
基于上述目的或其它目的，本發(fā)明提出一種薄膜晶體管的制造方法，其包括下列步驟。首先，在基板上形成非晶硅層。接著，將非晶硅層轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч鑼印Ｆ浜?，?duì)于多晶硅層進(jìn)行熱工藝，以修補(bǔ)多晶硅層的晶格缺陷。之后，對(duì)多晶硅層進(jìn)行離子植入工藝。接著，在基板上形成柵絕緣層以覆蓋多晶硅層。其后，在柵絕緣層上形成柵極，其中柵極是位于多晶硅層上方。然后，于柵極兩側(cè)下方之多晶硅層內(nèi)形成源極/漏極，而該源極/漏極之間即是通道區(qū)。在基板上形成圖案化介電層，而圖案化介電層暴露出部分源極/漏極。在圖案化介電層上形成源極/漏極金屬，其中源極/漏極金屬分別與源極/漏極電連接。
依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例，上述之熱工藝可以是使用含有水氣之高溫氣體。此高溫氣體可以是選自于氧氣、氮?dú)饧捌浣M合中的一種。而高溫氣體之壓力可以是介于0.2MPa到1MPa之間，且高溫氣體的溫度可以是介于100℃至300℃之間。
依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例，上述之熱工藝可以是等離子體處理工藝。此等離子體處理工藝所使用之反應(yīng)氣體可以是氧氣或氮?dú)?。而等離子體處理工藝的溫度可以是高于300℃，且等離子體處理工藝的功率可以是高于2KW。
依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例，上述于基板上形成非晶硅層之前，還可以先于基板上形成緩沖層。
依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例，上述在進(jìn)行熱工藝之前，還可以對(duì)于多晶硅層進(jìn)行圖案化工藝，以形成多晶硅島狀物(poly-silicon island)。
依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例，上述在進(jìn)行熱工藝之后與在進(jìn)行離子植入工藝之前，還可以對(duì)于多晶硅層進(jìn)行圖案化工藝，以形成多晶硅島狀物。
依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例，上述在進(jìn)行離子植入工藝之后與形成柵絕緣層之前，還可以對(duì)于多晶硅層進(jìn)行圖案化工藝，以形成多晶硅島狀物。
依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例，上述之將非晶硅層轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч鑼拥姆椒梢允菧?zhǔn)分子激光退火工藝(excimer laser annealing，ELA)。
依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例，上述之在形成源極/漏極之后，還可以進(jìn)行淺摻雜離子植入(Light Doped Drain ion implantation，LDD ion implantation)步驟，以在源極/漏極與通道區(qū)之間形成淺摻雜漏極。
依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例，上述之在形成源極/漏極金屬之前，還可以進(jìn)行離子活化工藝。
依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例，上述之在形成源極/漏極之后，還可以進(jìn)行離子活化工藝。
基于上述，本發(fā)明在離子植入工藝之前，對(duì)于多晶硅層進(jìn)行采用熱工藝(使用含水氣之高溫氣體或等離子體處理工藝)，以修補(bǔ)其晶格缺陷。因此摻雜元素能夠均勻分布于經(jīng)過(guò)熱工藝處理后之多晶硅層中，以提高薄膜晶體管的元件特性。
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，下文特舉本發(fā)明之較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1A至1F為本發(fā)明一較佳實(shí)施例中之一種薄膜晶體管的制造方法的流程剖面示意圖。
主要元件標(biāo)記說(shuō)明110準(zhǔn)分子激光退火工藝120熱工藝130、140離子植入工藝210基板220緩沖層230非晶硅層240多晶硅層242多晶硅島狀物250柵絕緣層260柵極270源極/漏極272通道區(qū)280圖案化介電層290源極/漏極金屬具體實(shí)施方式
圖1A至1F為本發(fā)明一較佳實(shí)施例中之一種薄膜晶體管的制造方法的流程剖面示意圖。
請(qǐng)先參照?qǐng)D1A，首先在基板210上形成非晶硅層230，而形成非晶硅層230的方法可以是化學(xué)氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition，CVD)。此外，在基板210上形成非晶硅層230之前，還可以先于基板210上形成緩沖層220，而此緩沖層220可以是氮化硅層以及氧化硅層所組成的堆棧層。此緩沖層220之作用在于增加基板210與后續(xù)形成之多晶硅層240之間的附著性。另外，緩沖層220也用以避免基板210中之雜質(zhì)污染多晶硅層240。
請(qǐng)參照?qǐng)D1B，接著將非晶硅層230轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч鑼?40，而將非晶硅層230轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч鑼?40的方法可以是準(zhǔn)分子激光退火工藝110。更詳細(xì)而言，準(zhǔn)分子激光退火工藝110乃是利用準(zhǔn)分子激光束照射非晶硅層230以使其融熔而成為液態(tài)硅(未表示)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，液態(tài)硅會(huì)慢慢降溫而再結(jié)晶為多晶硅層240。但是，多晶硅層240中仍存在有不連續(xù)的晶粒邊界，而此晶粒邊界會(huì)使得后續(xù)的摻雜元素?zé)o法均勻分布在多晶硅層240內(nèi)。
因此，請(qǐng)參照?qǐng)D1C，對(duì)于多晶硅層240進(jìn)行熱工藝120，以修補(bǔ)多晶硅層240的晶格缺陷，因此后續(xù)的摻雜元素可以在多晶硅層240中較容易地進(jìn)行擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。舉例而言，熱工藝120可以是使用含有水氣之高溫氣體。此高溫氣體還可以含有氧氣、氮?dú)饣蚱浠旌蠚怏w。此外，高溫氣體之壓力可以是介于0.2MPa到1MPa之間。另外，高溫氣體的溫度可以是介于100℃至300℃之間。與公知技術(shù)相比較，本發(fā)明除了可以僅利用水氣以外，還可以配合氧氣與氮?dú)庖哉{(diào)整高溫氣體的組成，進(jìn)而更佳地修補(bǔ)多晶硅層240中的晶格缺陷。
另外，熱工藝120也可以是等離子體處理工藝。此等離子體處理工藝所使用之反應(yīng)氣體可以是氧氣或是氮?dú)?。而等離子體處理工藝的溫度可以是高于300℃，且等離子體處理工藝的功率可以是高于2KW。同樣地，等離子體處理工藝也可以減少多晶硅層240中的晶格缺陷。
請(qǐng)參照?qǐng)D1D，對(duì)于多晶硅層240進(jìn)行離子植入工藝130。此外，離子植入工藝130主要是先將摻雜元素離子化后，再將摻雜元素離子加速而植入多晶硅層240中。換言之，離子植入工藝130也就是通道摻雜(channeldoping)工藝。此時(shí)，由于多晶硅層240已經(jīng)過(guò)上述之熱工藝120，因此摻雜元素在多晶硅層240內(nèi)較容易均勻擴(kuò)散。特別地，在本實(shí)施例中，在熱工藝120之后，對(duì)于多晶硅層240進(jìn)行圖案化工藝，以形成多晶硅島狀物242。
值得注意的是，在另一實(shí)施例中，在進(jìn)行熱工藝120之前，便可以對(duì)于多晶硅層240進(jìn)行圖案化工藝，以形成多晶硅島狀物242?；蛘?，在又一實(shí)施例中，在進(jìn)行熱工藝120之后與在進(jìn)行離子植入工藝130之前，便可對(duì)于多晶硅層240進(jìn)行圖案化工藝，以形成多晶硅島狀物242。簡(jiǎn)單而言，本實(shí)施例只限定熱工藝120必須在離子植入工藝130之前進(jìn)行，至于形成多晶硅島狀物242之圖案化工藝則不限定與熱工藝130或離子植入工藝130之間的先后順序。
請(qǐng)參照?qǐng)D1E，在基板210上形成柵絕緣層250，以覆蓋多晶硅島狀物242。此外，形成柵絕緣層250的方法可以是化學(xué)氣相沉積法。然后，在柵絕緣層250上形成柵極260，其中柵極260是位于多晶硅島狀物242上方。另外，柵極260之形成方法可以是公知的光刻蝕刻工藝，在此將不再贅述。
請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D1E，于柵極260兩側(cè)下方之多晶硅島狀物242內(nèi)形成源極/漏極270，而源極/漏極270之間即是通道區(qū)272。更詳細(xì)而言，形成源極/漏極270之方法可以是利用離子植入工藝140，并以柵極260為掩模，以在柵極260兩側(cè)下方之多晶硅島狀物242中形成源極/漏極270。值得一提的是，若要改善熱載流子效應(yīng)(hot carrier effect)，則在形成源極/漏極270之后，進(jìn)行淺摻雜離子植入步驟，以在源極/漏極270與通道區(qū)272之間形成淺摻雜漏極(未表示)。
請(qǐng)參照?qǐng)D1F，在形成源極/漏極270之后，于基板210上形成圖案化介電層280，其中圖案化介電層280暴露出部分源極/漏極270。此外，形成圖案化介電層280的方式可以是公知的薄膜沉積工藝配合光刻蝕刻工藝，在此即不予以贅述。然后，在圖案化介電層280上形成源極/漏極金屬290，其中源極/漏極金屬290分別與源極/漏極270電連接。至此完成薄膜晶體管的初步制造。此外，此源極/漏極金屬290可作為后續(xù)電連接像素電極(未表示)或是電連接周邊線路(未表示)之用的接點(diǎn)。
值得一提的是，在形成源極/漏極金屬290之前，亦可以進(jìn)行離子活化工藝，以使得上述工藝所摻雜的離子能夠均勻分布。此外，此熱工藝?yán)缡强焖偌訜嵬嘶鸱?rapid thermal annealing，RTA)、高溫?zé)釥t內(nèi)退火法(furnace annealing，F(xiàn)A)或其它熱工藝。
由于多晶硅島狀物242經(jīng)過(guò)熱處理120，因此在離子活化工藝后，上述工藝所摻雜的離子更能均勻分布。此外，在另一實(shí)施例中，在形成源極/漏極270后，也可以進(jìn)行離子活化工藝。
綜上所述，本發(fā)明在離子植入工藝之前，先對(duì)于多晶硅層進(jìn)行熱工藝(使用含有水氣的高溫氣體或是等離子體)，以便于對(duì)于多晶硅層之晶格缺陷的進(jìn)行修補(bǔ)，因此摻雜元素在多晶硅層中更容易擴(kuò)散。換言之，在離子活化工藝之后，摻雜元素更可均勻地分布于多晶硅層中。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與改進(jìn)，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管的制造方法，其特征是包括在基板上形成非晶硅層；將該非晶硅層轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч鑼?；?duì)于該多晶硅層進(jìn)行熱工藝，以修補(bǔ)該多晶硅層的晶格缺陷；對(duì)該多晶硅層進(jìn)行離子植入工藝；在該基板上形成柵絕緣層，以覆蓋該多晶硅層；在該柵絕緣層上形成柵極，其中該柵極是位于該多晶硅層上方；在該柵極兩側(cè)下方之該多晶硅層內(nèi)形成源極/漏極，而該源極/漏極之間即是通道區(qū)；在該基板上形成圖案化介電層，其中該圖案化介電層暴露出部分該源極/漏極；以及在該圖案化介電層上形成源極/漏極金屬，其中該源極/漏極金屬分別與該源極/漏極電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是該熱工藝包括使用含有水氣之高溫氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是該高溫氣體選自于氧氣、氮?dú)饧捌浣M合中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是該高溫氣體之壓力介于0.2MPa到1MPa之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是該高溫氣體的溫度介于100℃至300℃之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是該熱工藝包括等離子體處理工藝。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是該等離子體處理工藝所使用之反應(yīng)氣體包括氧氣或氮?dú)狻?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求6所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是該等離子體處理工藝的溫度高于300℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是該等離子體處理工藝的功率高于2KW。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是于該基板上形成該非晶硅層之前，還包括于該基板上形成緩沖層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是在進(jìn)行該熱工藝之前，還包括對(duì)于該多晶硅層進(jìn)行圖案化工藝，以形成多晶硅島狀物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是在進(jìn)行該熱工藝之后與在進(jìn)行該離子植入工藝之前，還包括對(duì)于該多晶硅層進(jìn)行圖案化工藝，以形成多晶硅島狀物。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是在進(jìn)行該離子植入工藝之后與形成該柵絕緣層之前，還包括對(duì)于該多晶硅層進(jìn)行圖案化工藝，以形成多晶硅島狀物。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是將該非晶硅層轉(zhuǎn)變?yōu)樵摱嗑Ч鑼拥姆椒ò?zhǔn)分子激光退火工藝(excimer laserannealing，ELA)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是在形成該源極/漏極之后，還包括進(jìn)行淺摻雜離子植入步驟，以在該源極/漏極與該通道區(qū)之間形成淺摻雜漏極。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是在形成該源極/漏極金屬之前，還包括進(jìn)行離子活化工藝。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是在形成該源極/漏極之后，還包括進(jìn)行離子活化工藝。
全文摘要
一種薄膜晶體管的制造方法，其先在基板上形成非晶硅層。接著，將非晶硅層轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч鑼?。然后，?duì)于多晶硅層進(jìn)行熱工藝，以修補(bǔ)多晶硅層的晶格缺陷。之后，對(duì)多晶硅層進(jìn)行離子植入工藝。接著，在基板上形成柵絕緣層，以覆蓋多晶硅層。然后，在柵絕緣層上形成柵極，其中柵極是位于多晶硅層上方。接著，于柵極兩側(cè)下方之多晶硅層內(nèi)形成源極/漏極，而該源極/漏極之間即是通道區(qū)。在基板上形成圖案化介電層，而圖案化介電層暴露出部分源極/漏極。在圖案化介電層上形成源極/漏極金屬，其中源極/漏極金屬分別與源極/漏極電連接。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1913110SQ200510090098
公開(kāi)日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2005年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月12日
發(fā)明者鄧德華, 方俊雄 申請(qǐng)人:中華映管股份有限公司