專利名稱：薄膜晶體管及低溫多晶硅薄膜晶體管之多晶硅層的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種薄膜晶體管之多晶硅層的制造方法，且特別是涉及一種薄膜晶體管及低溫多晶硅薄膜晶體管之多晶硅層的制造方法。
背景技術：
薄膜晶體管可依通道區的材質分為非晶硅(amorphous silicon，簡稱a-Si)薄膜晶體管以及多晶硅(poly-silicon)薄膜晶體管，由于多晶硅薄膜晶體管相較于非晶硅薄膜晶體管其消耗功率小且電子遷移率大，因此逐漸受到市場的重視。
圖1A至圖1D所示為公知低溫多晶硅(Low Temperature Poly-Si，LTPS)薄膜晶體管之制造工藝剖面示意圖。首先，請參照圖1A所示，提供基板100，并于基板100上形成非晶硅層102。之后，進行激光退火(laserannealing)或高溫退火工藝，以將非晶硅層102熔融(melting)，使非晶硅層102內之硅分子再結晶(re-crystallization)，以成為圖1B中所示之多晶硅層102a，并于多晶硅層102a上依次形成柵絕緣層104與柵極106。之后，再如圖1C所示，利用柵極106為掩膜對多晶硅層102a進行摻雜，以便于多晶硅層102a中對應于柵極106左右兩側之處分別形成如圖1D中所示之源極區108與漏極區110，如此一來，便完成低溫薄膜晶體管120之制造工藝。其中，位于柵極106下方之多晶硅層102a為通道區112。
在上述低溫多晶硅薄膜晶體管的制造工藝中，多晶硅層與柵絕緣層為決定此薄膜晶體管元件特性的關鍵工藝。更進一步而言，多晶硅層與柵絕緣層間界(Boundary)的致密性(trap density)將會影響薄膜晶體管元件在工作時之漏電流(Current Leakage)。因此，如何改善多晶硅層與柵絕緣層間界的致密性，以降低多晶硅薄膜晶體管的漏電流，實為亟待解決之問題。
發明內容
本發明的目的就是在提供一種薄膜晶體管的制造方法，它是利用退火工藝使薄膜晶體管之多晶硅層與柵絕緣層間界的致密性變得更為緊密，以減少薄膜晶體管元件在工作時的漏電流。
本發明的再一目的是提供一種低溫多晶硅薄膜晶體管之多晶硅層的制造方法，應用于頂柵極型低溫多晶硅薄膜晶體管之制造，以降低利用此工藝制成之薄膜晶體管元件的漏電流。
本發明提出一種薄膜晶體管的制造方法，其包括下列步驟首先，于基板上形成非晶硅層。接著，于此非晶硅層上形成第一柵絕緣層。之后，進行退火工藝，以使上述非晶硅層熔融后再結晶而成為多晶硅層。然后，圖案化此第一柵絕緣層與多晶硅層，以定義出島狀圖案。之后，再于此島狀圖案上形成柵極。最后，于此島狀圖案的多晶硅層中形成源極區與漏極區。
在本發明之一較佳實施例中，在島狀圖案上形成柵極之前，可先于基板上形成第二柵絕緣層，以覆蓋此島狀圖案。
在本發明之一較佳實施例中，在進行退火工藝以使非晶硅層熔融后再結晶而成為多晶硅層之后，可先移除位于此多晶硅層上之第一柵絕緣層一特定厚度。之后，同樣是圖案化此多晶硅層與第一柵絕緣層。最后，再于基板上形成第二柵絕緣層，此第二柵絕緣層覆蓋上述島狀圖案。
在本發明之一較佳實施例中，此退火工藝為激光退火工藝。
在本發明之一較佳實施例中，此退火工藝為準分子激光退火工藝。
在本發明之一較佳實施例中，此激光退火工藝所使用之激光的能量介于100mJ/cm2至1000mJ/cm2之間。
在本發明之一較佳實施例中，在形成此非晶硅層之前，可先于基板上形成緩沖層。而此緩沖層之材質是選自氧化硅、氮化硅及其組合。
在本發明之一較佳實施例中，在形成源極區與漏極區之后，還包括于基板上形成介電層，其中此介電層覆蓋住柵極，且其具有多個貫穿該柵絕緣層之接觸窗，以暴露出源極區與漏極區。之后，于此介電層上形成源極金屬層與漏極金屬層，且源極金屬層與漏極金屬層是通過介電層中之接觸窗而分別與源極區與漏極區電連接。
本發明另提出一種低溫多晶硅薄膜晶體管之多晶硅層的制造方法，其包括下列步驟首先，于基板上形成非晶硅層。接著，于此非晶硅層上形成絕緣層。最后，進行退火工藝，以使非晶硅層熔融后再結晶而成為多晶硅層。
在本發明之一較佳實施例中，在形成此非晶硅層之前，可先于基板上形成緩沖層。而此緩沖層之材質是選自氧化硅、氮化硅及其組合。
在本發明之一較佳實施例中，此退火工藝為激光退火工藝。
在本發明之一較佳實施例中，此退火工藝為準分子激光退火工藝。
在本發明之一較佳實施例中，此激光退火工藝所使用之激光的能量介于100mJ/cm2至1000mJ/cm2之間。
本發明之薄膜晶體管及低溫多晶硅薄膜晶體管之多晶硅層的制造方法，是先于基板上依次沉積非晶硅層及絕緣層。之后，再進行退火工藝使非晶硅層轉化為多晶硅層，而此多晶硅層與絕緣層之間的間界致密性也會因退火工藝而變得更為緊密。如此一來，即有助于減少薄膜晶體管元件在工作時的漏電流。
為讓本發明之上述和其它目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。
圖1A至圖1D為公知多晶硅薄膜晶體管之制造工藝剖面示意圖。
圖2A至2H為本發明之薄膜晶體管的制造工藝剖面示意圖。
圖3A及3B為于形成薄膜晶體管的柵極之前，先在基板上形成第二柵絕緣層之制造工藝剖面示意圖。
圖4A至4D為先移除位于多晶硅層上之第一柵絕緣層一特定厚度，再于基板上形成第二柵絕緣層之制造工藝剖面示意圖。
圖5A至5C為本發明之薄膜晶體管的制造工藝剖面示意圖。
主要元件標記說明100基板102非晶硅層102a多晶硅層104柵絕緣層106柵極108源極區110漏極區112通道區200基板202緩沖層202a氮化硅層202b氧化硅層204非硅層206第一柵絕緣層206a第二柵絕緣層206b第二柵絕緣層208多晶硅層208a源極區
208b漏極區208c通道區210準分子激光束212島狀圖案212a島狀圖案214柵極216介電層216a接觸窗216b接觸窗218a源極金屬層218b漏極金屬層300基板302非晶硅層304絕緣層306多晶硅層308準分子激光束具體實施方式
圖2A至2H為本發明之薄膜晶體管的制造工藝剖面示意圖。首先，請參照圖2A所示，于基板200上形成緩沖層202。此緩沖層202可依據實際需求而選擇性地形成于基板200上，以避免基板200中的雜質在工藝中擴散至之后形成的薄膜中。在此實施例中，此基板200為玻璃基板，而此緩沖層202包括氮化硅層202a及氧化硅層202b。當然，此緩沖層202可例如是由氮化硅或是氧化硅所組成之單層或是多層薄膜結構，本發明對于緩沖層202所選用之材料及其薄膜堆棧之層數不作任何的限制。
接著，如圖2B所示，于緩沖層202上依次形成非晶硅層204與第一柵絕緣層206，此第一柵絕緣層206之材料例如是氧化硅。之后，請參考圖2C所示，進行退火工藝，使圖2B中所示之非晶硅層204熔融后再結晶而成為圖2C中所示之多晶硅層208。值得一提的是，本發明利用激光退火工藝，例如準分子激光束210，來進行退火工藝，也就是所謂的準分子激光退火工藝(Excimer Laser Annealing，ELA)，而激光退火工藝中所使用之激光的能量范圍約介于100mJ/cm2至1000mJ/cm2之間。
在經過退火工藝的處理后，緩沖層202與多晶硅層208及多晶硅層208與第一柵絕緣層206之間的間界致密性將會變得更為緊密，此舉將有助于減少利用此工藝制造而成之薄膜晶體管元件在工作時的漏電流。
之后，請參考圖2D所示，圖案化此第一柵絕緣層206與多晶硅層208，以定義出島狀圖案212，此步驟可利用光刻及蝕刻工藝加以完成。接著，如圖2E所示，于島狀圖案212上形成柵極214。而形成此柵極214之方式，可例如先在第一柵絕緣層206上全面性地形成金屬層(圖中未示)，之后，再進行光刻與蝕刻工藝圖案化此金屬層，即可形成柵極214。
接著，如圖2F所示，進行摻雜工藝，以使島狀圖案212之多晶硅層208中形成源極區208a與漏極區208b，而通道區208c即位于源極區208a與漏極區208b之間。此摻雜工藝例如是利用柵極214為掩膜進行離子植入法(Ion Implantation)，而將摻質植入多晶硅層208中對應于柵極214左右兩側之處。在此，所屬領域的技術人員可以依據實際工藝而自行決定是否在形成源極區208a與漏極區208b之前，先進行一次輕摻雜工藝，以于通道區208c兩側形成輕摻雜漏極區(light doped drain，LDD)(圖中未示出)。
圖2F所示之結構大致上已可稱為薄膜晶體管，但一般來說還會再形成與源極區208a與漏極區208b電連接之金屬導線層，以使源極區208a與漏極區208b便于通過金屬導線層而與其它元件電連接。以下將搭配圖示說明與源極區208a及漏極區208b電連接之金屬導線層的制造方法。
請參照圖2G所示，于基板200上形成介電層216，此介電層216覆蓋住柵極214，且介電層216與第一柵絕緣層206具有多個接觸窗216a與216b，以分別暴露出源極區208a與漏極區208b。最后，如圖2H所示，于介電層216上形成源極金屬層218a與漏極金屬層218b，而此源極金屬層218a與漏極金屬層218b是分別通過接觸窗216a與216b與源極區208a與漏極區208b電連接，如此一來，即完成整個薄膜晶體管之制造工藝。
在本發明之另一實施例中，可先利用如圖2A至圖2D所示之步驟，于基板200上依次形成緩沖層202及島狀圖案212，之后，請參照圖3A所示，于緩沖層202上形成第二柵絕緣層206a，以覆蓋住島狀圖案212，之后，可再利用如圖2E至圖2H所示之步驟，于第二柵絕緣層206a上依次形成柵極214、介電層216、接觸窗216a與216b、源極金屬層218a與漏極金屬層218b，即可形成如圖3B中所示之薄膜晶體管。由于此薄膜晶體管于緩沖層202上額外形成第二柵絕緣層206a，以覆蓋住島狀圖案212，因此，可加強多晶硅層208與柵極214之間的絕緣效果，以確保多晶硅層208與柵極214之間不會構成電連接。
此外，由于在退火工藝中，激光束先穿過第一柵絕緣層206之后才抵達非晶硅層204，如此一來，第一柵絕緣層206之晶格結構可能會被激光束破壞。因此，在本發明之再一實施例中，可先利用如圖2A至圖2C所示之步驟，于基板200上依次形成緩沖層202、多晶硅層208與第一柵絕緣層206，之后，請參考圖4A所示，移除掉位于多晶硅層208上之第一柵絕緣層206一特定厚度。之后，如圖4B所示，再圖案化此第一柵絕緣層206及多晶硅層208，以定義出島狀圖案212a。接著，請參考圖4C所示，于基板200上形成第二柵絕緣層206b，此第二柵絕緣層206b覆蓋住島狀圖案212a，且并沒有受到激光束之穿透，如此一來，即可加強多晶硅層208與柵極214之間的絕緣效果。之后，可再利用如圖2E至圖2H所示之步驟，于第二柵絕緣層206b上依次形成柵極214、介電層216、接觸窗216a與216b、源極金屬層218a與漏極金屬層218b，即可形成如圖4D中所示之薄膜晶體管。
本發明另提出一種低溫多晶硅薄膜晶體管之多晶硅層的制造方法，為應用于頂柵極型低溫多晶硅薄膜晶體管之制造。此方法同樣是先將非晶硅層與柵絕緣層依次沉積于基板上。之后，再進行退火工藝，使非晶硅層轉化為多晶硅層，此時，多晶硅層與柵絕緣層之間的間界致密性也會因退火工藝而變得更為緊密，如此一來，即有助于改善利用此工藝制成之薄膜晶體管元件在工作中的漏電流。
圖5A至5C為本發明之薄膜晶體管的制造工藝剖面示意圖。首先，請參考圖5A所示，于基板300上形成非晶硅層302。同樣地，在形成此非晶硅層302之前，使用者亦可選擇性地于基板300上形成緩沖層(圖中未示出)，以避免基板300中的雜質在工藝中擴散至之后形成的薄膜中。
接著，如圖5B所示，于非晶硅層302上形成絕緣層304，此絕緣層304即可作為薄膜晶體管中之柵絕緣層使用。之后，如圖5C所示，進行退火工藝，以使非晶硅層302熔融后再結晶而成為多晶硅層306。值得一提的是，本發明系利用激光退火工藝，例如準分子激光束308，來進行退火工藝，也就是所謂的準分子激光退火工藝(Excimer Laser Annealing，ELA)，而激光退火工藝中所使用之激光的能量范圍約介于100mJ/cm2至1000mJ/cm2之間。
綜上所述，本發明之薄膜晶體管及低溫多晶硅薄膜晶體管之多晶硅層的制造方法，是先于基板上依次沉積非晶硅層及絕緣層，之后，再進行退火工藝使非晶硅層轉化為多晶硅層，而此多晶硅層與絕緣層之間的間界致密性也會因退火工藝而變得更為緊密，如此一來，即有助于改善利用此工藝制成之薄膜晶體管元件在工作中的漏電流。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發明之精神和范圍內，當可作些許之改動與改進，因此本發明之保護范圍當視權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于包括于基板上形成非晶硅層；于該非晶硅層上形成第一柵絕緣層；進行退火工藝，以使該非晶硅層熔融后再結晶而成為多晶硅層；圖案化該第一柵絕緣層與該多晶硅層，以定義出島狀圖案；于該島狀圖案上形成柵極；以及于該島狀圖案的該多晶硅層中形成源極區與漏極區。
2.根據權利要求1所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于該島狀圖案上形成該柵極之前，還包括于該基板上形成第二柵絕緣層，覆蓋該島狀圖案。
3.根據權利要求1所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于其中使該非晶硅層熔融后再結晶而成為多晶硅層之后，還包括移除位于該多晶硅層上的第一柵絕緣層一特定厚度。
4.根據權利要求3所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于移除該第一柵絕緣層一特定厚度之后，還包括于該基板上形成第二柵絕緣層，覆蓋該島狀圖案。
5.根據權利要求1所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于該退火工藝為激光退火工藝。
6.根據權利要求5所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于該激光退火工藝為準分子激光退火工藝。
7.根據權利要求5所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于該激光退火工藝所使用之激光的能量介于100mJ/cm2至1000mJ/cm2之間。
8.根據權利要求1所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于在形成該非晶硅層之前，還包括于該基板上形成緩沖層。
9.根據權利要求8所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于該緩沖層之材質是選自氧化硅、氮化硅及其組合。
10.根據權利要求1所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于在形成該源極區與該漏極區之后，還包括于該基板上形成介電層，其中該介電層覆蓋該柵極，且該介電層與第一柵絕緣層具有多個接觸窗，以分別暴露出該源極區與該漏極區；以及于該介電層上形成源極金屬層與漏極金屬層，且該源極金屬層與該漏極金屬層是通過上述接觸窗而分別與該源極區與該漏極區電連接。
11.一種低溫多晶硅薄膜晶體管之多晶硅層的制造方法，其特征在于包括于基板上形成非晶硅層；于該非晶硅層上形成絕緣層；以及進行退火工藝，以使該非晶硅層熔融后再結晶而成為多晶硅層。
12.根據權利要求11所述的低溫多晶硅薄膜晶體管之多晶硅層的制造方法，其特征在于在形成該非晶硅層之前，還包括于該基板上形成緩沖層。
13.根據權利要求12所述的低溫多晶硅薄膜晶體管之多晶硅層的制造方法，其特征在于該緩沖層之材質是選自氧化硅、氮化硅及其組合。
14.根據權利要求11所述的低溫多晶硅薄膜晶體管之多晶硅層的制造方法，其特征在于該退火工藝為激光退火工藝。
15.根據權利要求14所述的低溫多晶硅薄膜晶體管之多晶硅層的制造方法，其特征在于，其中該激光退火工藝為準分子激光退火工藝。
16.根據權利要求14所述的低溫多晶硅薄膜晶體管之多晶硅層的制造方法，其特征在于該激光退火工藝所使用之激光的能量系介于100mJ/cm2至1000mJ/cm2之間。
全文摘要
一種薄膜晶體管的制造方法，其包括下列步驟首先，于基板上形成非晶硅層。接著，于此非晶硅層上形成第一柵絕緣層。之后，進行退火工藝，以使上述非晶硅層熔融后再結晶而成為多晶硅層。然后，圖案化此第一柵絕緣層與多晶硅層，以定義出島狀圖案。之后，再于此島狀圖案上形成柵極。最后，于此島狀圖案的多晶硅層中形成源極區與漏極區。在進行退火工藝之后，多晶硅層與柵絕緣層之間的間界致密性將會變得更為緊密，此即有助于減少薄膜晶體管元件在工作時產生的漏電流。
文檔編號H01L21/20GK1929099SQ20051009848
公開日2007年3月14日 申請日期2005年9月8日 優先權日2005年9月8日
發明者何明徹, 楊蕓佩, 劉博智, 呂佳謙 申請人:中華映管股份有限公司