专利名称：低温直接沉积多晶硅薄膜晶体管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及薄膜晶体管(“TFT”)，更特定言之，涉及一种低温多晶硅(“LTPS”)TFT结构及其制造方法。
背景技术：
在平板显示装置(例如，液晶显示(“LCD”)装置、有机电致发光显示装置及无机电致发光显示装置)中，一般将薄膜晶体管(“TFT”)用作一切换装置用于控制像素运作或用作驱动装置用于驱动上述这些像素。
通常将TFT分类为非晶硅(a-Si)类型或多晶硅(poly-Si)类型。与a-SiTFT相比，poly-Si TFT之迁移率高得多，此导致获得更好的晶体特征、更少的晶体缺陷及更小的光泄漏电流增加。因此，由poly-Si TFT所制造的显示器具有高分辨率、高响应速度及集成驱动电路之优点。然而，poly-SiTFT亦具有某些缺点，例如，低产品产量、复杂的处理及高处理成本。制造poly-Si薄膜之公知方法是准分子激光退火(“ELA”)，其具有激光成本高、处理不稳定及差的晶体均匀度之缺点。相比之下，可使用发达的技术制造a-Si TFT，其具有较低处理成本，但图像质量较低。
随着半导体制造技术的发展，平板显示装置之面板尺寸一直在快速增加。为了获得至少大约450cd/m2(或尼特)之亮度位准，一般需要大尺寸、高分辨率a-Si LCD电视，其进而需要光源提供更大的照明位准。然而，更大的照明位准会引发更大的泄漏电流，其会负面影响电视的显示质量。因此，需要提供一种以较低制造成本制造具有较低光泄漏电流之TFT装置、但不影响任何显示质量之方法。
发明内容
本发明涉及一种用于制造薄膜晶体管(“TFT”)装置之方法，上述这些装置包括双多晶硅层，其可消除由先前技术之限制与缺点引起之一个或多个问题。
依据本发明之一具体实施例，提供一种用于制造薄膜晶体管(“TFT”)装置之方法，其包含提供基板；在该基板上形成图案化第一金属层；在该图案化第一金属层上方形成绝缘层；在该绝缘层上方形成非晶硅层；在该非晶硅层上方形成第一多晶硅层；在该第一多晶硅层上方形成第二多晶硅层；对该第二多晶硅层加以掺杂以形成掺杂多晶硅层；图案化上述这些非晶硅层、第一多晶硅层及掺杂多晶硅层以形成该TFT装置之作用区域层；及在该作用区域层上方形成图案化第二金属层。
此外，依据本发明，提供一种用于制造TFT装置之方法，其包含提供基板；在该基板上形成图案化第一金属层；在该图案化第一金属层上方形成绝缘层；在该绝缘层上方形成非晶硅层；在该非晶硅层上方形成多晶硅层；在该多晶硅层上方形成掺杂多晶硅层；在该掺杂多晶硅层上方形成图案化第二金属层；使该掺杂多晶硅层之一部分曝光；及图案化上述这些非晶硅层、多晶硅层及掺杂多晶硅层。
进一步依据本发明，提供一种半导体装置，其包含基板；形成于该基板上的图案化第一金属层；形成于该图案化第一金属层上方的绝缘层；形成于该绝缘层上方的图案化非晶硅层；形成于该图案化非晶硅层上方的图案化多晶硅层；形成于该图案化多晶硅层上方的掺杂、图案化多晶硅层；及形成于该掺杂、图案化多晶硅层上方的图案化第二金属层。
于下文的说明中将部分提出本发明的其它特点与优点，而且从该说明中将了解本发明其中一部分，或者通过实施本发明亦可知晓。通过权利要求中特别列出的元件与组合将可了解且达成本发明的特点与优点。
应该了解的是，上文的概要说明以及下文的详细说明都仅供作例示与解释，其并未限制本文所主张之发明。
参阅附图即可更佳了解本发明之前文所述以及下文具体实施方式
。为达本发明之说明目的，各附图用于表示较佳之具体实施例。然应了解本发明并不限于图中之精确排置方式及设备装置。
在各附图中图1A至1E是说明依据本发明之第一具体实施例之制造薄膜晶体管(“TFT”)之方法之示意图；图2A至2D是说明依据本发明之第二具体实施例之制造TFT之方法之示意图；及图3A与3B是说明实验结果之绘图。
主要元件标记说明11 基板12 图案化第一金属层13 绝缘层14 非晶硅层15 多晶硅层16 掺杂多晶硅层17 接触孔18 图案化第二金属层19 开口20 作用区域24 图案化非晶硅层25 图案化多晶硅层26 图案化、掺杂多晶硅层31 基板
32 图案化第一金属层33 绝缘层34 非晶硅层35 多晶硅层36 掺杂多晶硅层37 接触孔38 第二金属层39 开口40 作用区域44 图案化非晶硅层45 图案化多晶硅层46 图案化、掺杂多晶硅层48 图案化第二金属层具体实施方式
现将详细参照于本发明具体实施例，其实施例图解于附图之中。尽其可能，所有附图中将依相同元件标记以代表相同或类似的部件。
图1A至1E是说明依据本发明之第一具体实施例之制造薄膜晶体管(“TFT”)之方法之示意图。参照图1A(正在制造的TFT之示意性断面图)，提供基板11，其由(例如)玻璃或树脂制成。较佳地，基板11之厚度范围为大约0.3至0.7mm(毫米)，但亦可更薄或更厚。接着，通过采用公知物理气相沉积(“PVD”)处理、喷溅法或某一其它适当处理在基板11上形成第一金属层、随后通过公知图案化处理(例如，光刻与蚀刻)来图案化该第一金属层而在基板11上形成图案化第一金属层12。该第一金属是具有良好导电率的材料，例如，铜(Cu)、铬(Cr)、钼(Mo)、钼钨(MoW)、TiAlTi、MoAlMo及CrAlCr。较佳地，该图案化第一金属层12之厚度范围为大约2000至3000(埃)，但亦可为某一其它厚度。该图案化第一金属层12作为正在制造的TFT之闸极电极。
接着，通过，例如，公知化学气相沉积(“CVD”)处理(例如，等离子体辅助CVD(“PECVD”)处理)或某一其它适当处理在该图案化第一金属层12上形成一绝缘层13。适合用于该绝缘层13之材料包括氮化硅、氧化硅及氮氧化硅。较佳地，绝缘层13之厚度范围为大约3000至4500。
接着，通过，例如，公知CVD处理(例如，PECVD处理)或某一其它适当处理在该绝缘层13上方形成非晶硅层14。在依据本发明之该第一具体实施例中，在PECVD处理期间，在相同处理室中(即，原地)连续形成绝缘层13与非晶硅层14。较佳地，非晶硅层14之厚度范围为大约300至500。
参照图1B，在非晶硅层14上方形成多晶硅层15与掺杂多晶硅层16。通过(例如)公知高密度等离子体CVD(“HDPCVD”)处理(例如，电子回旋共振(“ECR”)CVD或感应耦合等离子体(“ICP”)CVD)在该非晶硅层14上方沉积第一多晶硅层而形成该多晶硅层15。通过(例如)公知HDPCVD处理在该多晶硅层15上方沉积第二多晶硅层，同时于沉积期间提供气体掺杂物(例如，磷化氢(PH3)气体)来掺杂该第二多晶硅层而形成该掺杂多晶硅层16，其可包括本质掺杂多晶硅。在依据本发明之该第一具体实施例中，在HDPCVD处理期间，在相同处理室中(即，原地)连续形成多晶硅层15与掺杂多晶硅层16。较佳地，掺杂多晶硅层16之浓度范围为大约1020至1021cm-3。
参照图1C，多晶硅层15与掺杂多晶硅层16沉积之后，通过(例如)公知图案化处理(例如，光刻与蚀刻)来定义正在制造的TFT之作用区域20。作用区域20包括图案化非晶硅层24、图案化多晶硅层25及图案化、掺杂多晶硅层26。较佳地，图案化非晶硅层24之厚度范围为大约300至500，但亦可为某一其它厚度。图案化多晶硅层25之厚度范围为大约1000至1500，但亦可为某一其它厚度。图案化、掺杂多晶硅层26之厚度范围为大约300至500，但亦可为某一其它厚度。
下面参照图1D，显示图1C所示正在制造的TFT之示意性俯视平面图。通过(例如)公知图案化处理(例如，光刻与蚀刻)形成多个接触孔17，从而使该图案化第一金属层12之部分曝光。该图案化第一金属层12之曝光部分透过该多个接触孔17与随后形成的第二金属层连通。较佳地，该多个接触孔17中的每一个之直径为大约5μm(微米)，但亦可为某一其它尺寸。
下面参照图1E，通过公知PVD处理、喷溅法或某一其它适当处理在该作用区域20上方形成第二金属层且接着通过公知图案化处理(例如，光刻与蚀刻)图案化该第二金属层18而形成图案化第二金属层18，从而透过开口19使图案化、掺杂多晶硅层26之一部分曝光。接着使用该图案化第二金属层18作为光刻掩膜、通过公知蚀刻处理而将图案化、掺杂多晶硅层26之曝光部分移除，此使图案化多晶硅层25之一部分曝光。开口19中图案化多晶硅层25之曝光部分定义正在制造的TFT之通道区域。该第二金属是具有良好导电率之材料，其包括但不限于Cu、Cr、Mo、MoW、TiAlTi、MoAlMo及CrAlCr。较佳地，图案化第二金属层18之厚度为大约3000，但亦可为某一其它厚度。该图案化第二金属层18作为正在制造的TFT之源极/漏极对。
图2A至2D是说明依据本发明之第二具体实施例之制造TFT之方法之示意图。参照图2A(正在制造的TFT之示意性断面图)，提供基板31，其由玻璃或树脂制成。接着，在基板31上方依次形成图案化第一金属层32、绝缘层33及非晶硅层34。在依据本发明之该第二具体实施例中，在PECVD处理期间，在相同处理室中(即，原地)连续形成绝缘层33与非晶硅层34。接着，在非晶硅层34上方依次形成多晶硅层35、掺杂多晶硅层36及第二金属层38。用于形成该图案化第一金属层32、绝缘层33、非晶硅层34、多晶硅层35、掺杂多晶硅层36及第二金属层38之处理类似于参照图1A、1B及1E所述处理，因此不再加以论述。
参照图2B，通过公知图案化处理(例如，光刻与蚀刻)图案化该第二金属层38而形成图案化第二金属层48，从而透过开口39使掺杂多晶硅层36之一部分曝光。
下面参照图2C，使用该图案化第二金属层48作为光刻掩膜、通过(例如)公知图案化处理(例如，光刻与蚀刻)来定义正在制造的TFT之作用区域40。作用区域40包括图案化非晶硅层44、图案化多晶硅层45及图案化、掺杂多晶硅层46。透过开口39使图案化多晶硅层45之一部分曝光。
下面参照图2D，显示图2C所示正在制造的TFT之示意性俯视平面图。通过(例如)公知图案化处理(例如，光刻与蚀刻)形成多个接触孔37，从而使该图案化第一金属层32之部分曝光。该图案化第一金属层32之曝光部分透过上述多个接触孔37与该图案化第二金属层48连通。
图3A与3B是说明实验结果之绘图。图3A显示公知TFT装置之实验结果。该公知TFT装置之结构类似于(例如)图1E所示依据本发明之TFT，不同之处在于(1)该公知TFT之非晶硅层为大约2000，而本发明之TFT之非晶硅层为300至500；及(2)本发明具有图案化、掺杂多晶硅层26，而公知TFT缺少该图案化掺杂多晶硅层2。参照图3A，曲线51与52分别表示前侧照明之前与之后之泄漏电流IOFF位准。一般而言，与背侧照明(其中光自TFT之闸极朝源极-漏极侧传导)相比，前侧照明(其中光自TFT之源极/漏极朝闸极侧传导)会于TFT中引发更大的泄漏电流。假设前侧照明为大约3300尼特且该公知TFT保持处于断开状态(VG＝0)，在VG等于或小于零时，曲线52之泄漏电流IOFF比曲线51之泄漏电流IOFF大大约4个等级。
图3B显示依据本发明之该第一具体实施例之TFT装置之实验结果。参照图3B，曲线61与62分别表示前侧照明之前与之后之泄漏电流IOFF位准。假设来自钨灯的前侧照明为大约3300尼特且该TFT保持处于断开状态(VG＝0)，在VG等于或小于零时，曲线62之泄漏电流IOFF比曲线61之泄漏电流IOFF增加不足一个等级。即，通过比较图3A与3B所示结果发现，在前侧照明之后，依据本发明之TFT装置之光泄漏电流低于公知TFT装置之光泄漏电流。
所属技术领域的技术人员应即了解可对上述各项具体实施例进行变化，而不致悖离其广义之发明性概念。因此，应了解本发明并不限于本揭之特定具体实施例，而为涵盖归属如权利要求所定义之本发明精神及范围内的改进。
另外，在说明本发明之代表性具体实施例时，本说明书可将本发明之方法及/或工艺表示为特定之步骤次序；不过，由于该方法或工艺的范围并不限于本文所提出之特定的步骤次序，故该方法或工艺不应受限于所述之特定步骤次序。身为所属技术领域的技术人员当会了解其它步骤次序也是可行的。所以，不应将本说明书所提出的特定步骤次序视为对申请专利范围的限制。此外，亦不应将有关本发明之方法及/或工艺的权利要求仅限制在以书面记述之步骤次序之实施，所属技术领域的技术人员易于了解，上述这些次序亦可加以改变，并且仍涵盖于本发明之精神与范畴之内。
权利要求
1.一种用于制造薄膜晶体管装置之方法，其特征是包含提供基板；在该基板上形成图案化第一金属层；在该图案化第一金属层上方形成绝缘层；在该绝缘层上方形成非晶硅层；在该非晶硅层上方形成第一多晶硅层；在该第一多晶硅层上方形成第二多晶硅层；对该第二多晶硅层加以掺杂以形成掺杂多晶硅层；图案化上述这些非晶硅层、第一多晶硅层及掺杂多晶硅层以形成该薄膜晶体管装置之作用区域层；及在该作用区域层上方形成图案化第二金属层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是进一步包含在于该作用区域层上方形成该图案化第二金属层时，使该掺杂多晶硅层之一部分曝光。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是进一步包含使该第一多晶硅层之一部分曝光。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是进一步包含在形成该作用区域层之后，于该图案化第一金属层中形成多个接触孔。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是进一步包含原地形成该绝缘层与该非晶硅层。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是进一步包含原地形成该第一多晶硅层与该第二多晶硅层。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是进一步包含原地形成该第一多晶硅层与该掺杂多晶硅层。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征是进一步包含通过高密度等离子体化学气相沉积处理形成该第一多晶硅层与该第二多晶硅层。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征是该高密度等离子体化学气相沉积处理包括电子回旋共振CVD与感应耦合等离子体CVD中的一个。
10.一种用于制造薄膜晶体管装置之方法，其特征是包含提供基板；在该基板上形成图案化第一金属层；在该图案化第一金属层上方形成绝缘层；在该绝缘层上方形成非晶硅层；在该非晶硅层上方形成多晶硅层；在该多晶硅层上方形成掺杂多晶硅层；在该掺杂多晶硅层上方形成图案化第二金属层；使该掺杂多晶硅层之一部分曝光；及图案化上述这些非晶硅层、多晶硅层及掺杂多晶硅层。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征是进一步包含在图案化上述这些非晶硅层、多晶硅层及掺杂多晶硅层时，使该多晶硅层之一部分曝光。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征是进一步包含于该图案化第一金属层中形成多个接触孔。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征是进一步包含原地形成该绝缘层与该非晶硅层。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征是进一步包含原地形成该多晶硅层与该掺杂多晶硅层。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征是进一步包含于高密度等离子体化学气相沉积处理中形成该多晶硅层与该掺杂多晶硅层。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征是该高密度等离子体化学气相沉积处理包括电子回旋共振CVD与感应耦合等离子体CVD中的一个。
17.一种半导体装置，其特征是包含基板；形成于该基板上的图案化第一金属层；形成于该图案化第一金属层上方的绝缘层；形成于该绝缘层上方的图案化非晶硅层；形成于该图案化非晶硅层上方的图案化多晶硅层；形成于该图案化多晶硅层上方的掺杂、图案化多晶硅层；及形成于该掺杂、图案化多晶硅层上方的图案化第二金属层。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征是使该图案化多晶硅层之一部分曝光。
19.根据权利要求17所述的装置，其特征是上述这些图案化非晶硅层、图案化多晶硅层及掺杂、图案化多晶硅层定义该半导体装置之作用区域层。
20.根据权利要求17所述的装置，其特征是进一步包含在该图案化第一金属层与该图案化第二金属层之间延伸的多个接触孔。
全文摘要
本发明揭示一种用于制造薄膜晶体管(“TFT”)装置之方法，其包括提供基板；在该基板上形成图案化第一金属层；在该图案化第一金属层上方形成绝缘层；在该绝缘层上方形成非晶硅层；在该非晶硅层上方形成第一多晶硅层；在该第一多晶硅层上方形成第二多晶硅层；对该第二多晶硅层加以掺杂以形成掺杂多晶硅层；图案化上述这些非晶硅层、第一多晶硅层及掺杂多晶硅层以形成该TFT装置之作用区域层；及在该作用区域层上方形成图案化第二金属层。
文档编号H01L29/786GK101064256SQ20061009871
公开日2007年10月31日 申请日期2006年7月6日 优先权日2006年4月27日
发明者王敏全, 彭逸轩, 翁得期, 王亮棠, 黄志仁 申请人:财团法人工业技术研究院