下栅极式薄膜晶体管及其制作方法

专利名称：：下栅极式薄膜晶体管及其制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种薄膜晶体管与其制造方法，且特别涉及一种下栅极式薄膜晶体管与其制造方法。
背景技术：
：现有技术在制作下栅极式薄膜晶体管的过程中，会在栅极绝缘层(通常由氮化硅材料制作而成)上形成一层微结晶硅薄膜，借以解决因栅极的临界(threshold)电压飘移而造成显示面板亮度不均的问题。然而，由于上述微结晶硅薄膜与栅极绝缘层之间的特性差异较大，使得两者之间接口的薄膜质量较差，反而易形成多孔性或非晶硅的薄膜。具体地来说，当使用等离子辅助式化学气相沉积(PECVD)的方式来形成微结晶硅薄膜时，由于微结晶硅薄膜与氮化硅薄膜之间的附着性差，以致于微结晶硅薄膜较容易剥落；此外，由于两者间接口的结晶率不高，使得整体微结晶硅薄膜的结晶率也因此降低，间接影响了薄膜晶体管的组件特性。
发明内容本发明所要解决的技术问题再也提供一种下栅极式薄膜晶体管，借以改善其中微结晶硅薄膜较容易剥落且结晶率不高的问题。本发明的另一目的在于提供一种制作下栅极式薄膜晶体管的方法，借以提升其中微结晶硅薄膜的结晶率。为实现上述目的，本发明提供一种下栅极式薄膜晶体管，其包含一栅极、一栅极绝缘层以及一微结晶硅层。栅极配置于一基板上，而栅极绝缘层由氮化硅材料制成，并配置于栅极与基板上。微结晶硅层则是配置于栅极绝缘层上，且对应于栅极。其中，栅极绝缘层与微结晶硅层接触的界面具有多数个氧原子，且这些氧原子的浓度范围介于102()个原子/立方公分与1025个原子/立方公分之间。而且，为实现上述目的，本发明本发明还提供了一种制作下栅极式薄膜晶体管的方法，其包含形成一栅极于一基板上；形成一氮化硅层于栅极与基板上；对氮化硅层的表面进行一氧化表面改质处理；以及形成一微结晶硅层于氮化硅层上，其中对氮化硅层的表面进行氧化表面改质处理的步骤使得氮化硅层与微结晶硅层接触的接口的氧原子的浓度范围介于102G个原子/立方公分与1025个原子/立方公分之间。根据本发明的技术内容，应用前述下栅极式薄膜晶体管及其制作方法，不仅可使其中微结晶硅薄膜的结晶率提升，有助于微结晶硅薄膜的形成，更可因此改善微结晶硅薄膜的质量，进而加强整个薄膜晶体管的组件特性。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。图1A至图1G为本发明下栅极式薄膜晶体管的一实施例的制作流程图；图2为本发明经表面改质的一实施例与现有技术未经表面改质的拉曼光谱比较图；以及图3为本发明经表面改质的一实施例与现有技术未经表面改质处理的电性量测比较示意图。其中，附图标记:102:基板106:氮化硅层110:非晶硅层112b:源极区域114b:源极104:栅极108:微结晶硅层112a:漏极区域114a:漏极120:间隙具体实施方式图1A至图1G为本发明下栅极式薄膜晶体管的一实施例的制作流程图。首先，在基板102上形成一栅极104，如图1A所示。接着，于栅极104和基板102上形成一栅极绝缘层，其较佳者可为一由氮化硅材料(SiNJ所制成的氮化硅层106，如图1B所示。然后，先对氮化硅层106的表面进行一氧化表面改质处理，如图1C所示；接着再于氮化硅层106上形成一微结晶硅层108，如图1D所示，以作为通道层使用。其中，上述形成氮化硅层106的步骤可通过一等离子辅助式化学气相沉积(PECVD)的方式来形成，而形成微结晶硅层108的步骤，则可在引入一含有氢气与硅垸的比例(H2/SiH4)范围介于80与200之间，特别是介于120与140之间的气体后，通过等离子辅助式化学气相沉积的方式来形成。上述进行氧化表面改质处理的步骤，可通过一含氧气体或一含氧等离子对氮化硅层106的表面进行表面改质处理，使得氮化硅层106与微结晶硅层108两者间接触的界面具有多数个氧原子，且这些氧原子在经由二次离子质量分析法(SecondaryIonMassSpectrometry,SIMS)量测之后，其浓度范围可介于102°个原子/立方公分与1025个原子/立方公分之间。此外，在表面改质处理后所形成的微结晶硅层108，可能另包括有硅、硼、磷和氢等原子。当氮化硅层106的表面通过含氧气体来进行表面改质处理时，所使用的含氧气体可选自由一氧化氮、一氧化二氮、二氧化氮、过氧化氢、氧气和臭氧所组成的群组，含氧气体也可通过加热或分解含氧化合物等方式产生，在此并不限定其来源或取得方式，且表面改质处理的时间范围可介于9秒与5.5小时之间。另一方面，当氮化硅层106的表面通过含氧等离子来进行表面改质处理时，则所使用的含氧等离子可选自由一氧化氮等离子、一氧化二氮等离子、二氧化氮等离子、过氧化氢等离子、氧气等离子和臭氧等离子所组成的群组，含氧等离子也可通过加热或分解含氧化合物等方式产生，在此并不限定其来源或取得方式，且表面改质处理的时间范围可介于9秒与132秒之间。其中，上述表面改质处理的时间长短仅与含氧的浓度有关，而与所使用的含氧气体或含氧等离子类型无直接关系，且所使用的含氧气体或含氧等离子类型也不影响结晶率。此外，上述形成微结晶硅层108的步骤，可以一同位(insitu)方式于氮化硅层106上完成，也即在不改变成长环境的情形下，以连续成膜的方式进行，或是以一非同位(exsitu)方式于氮化硅层106上完成，例如在氮化硅层形成后，将样品自成长环境中取出置于空气，接着再进行薄膜沉积。而且，在形成微结晶硅层108时，其成膜温度范围可控制在介于200。C与380。C之间，特别是252。C与308。C之间，使得微结晶硅层108的结晶率范围介于20%与60%之间(甚至更高)，其厚度范围可介于50埃(A)与1500埃(A)之间，且其中的硅原子在经由SIMS量测之后，其浓度范围可介于1021个原子/立方公分与1025个原子/立方公分之间。在氮化硅层106上形成微结晶硅层108之后，接着再于微结晶硅层108上形成一非晶硅层IIO，如图1E所示。然后，在非晶硅层110上形成由n型非晶硅材料或n型微结晶硅材料所制成的一漏极区域112a以及一源极区域112b，其中漏极区域112a和源极区域112b之间存在一间隙120，且此间隙120对应于栅极104，如图1E所示。之后，再分别于漏极区域112a和源极区域112b上形成一漏极114a以及一源极114b，完成下栅极式薄膜晶体管的制作，如图1G所示。下列将以实际的例子来具体地说明沉积微结晶硅薄膜时所使用的制程条件，以及其成长后与氮化硅薄膜间界面的氧原子浓度和结晶率。下列表(一)绘示在制作下栅极式薄膜晶体管时成长不同薄膜以及进行不同表面改质处理的的不同例子。表(一)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>对照组1是利用含有氢气与硅烷的比例(H2/SiH4)约为4的气体，搭配成膜温度在约28(TC的情形下，以射频等离子辅助式化学气相沉积(RFPECVD)的方式连续成长氮化硅薄膜和非晶硅薄膜。由表(一)可知，非晶硅薄膜与氮化硅薄膜间界面的氧原子浓度为5.00X1018，而其结晶率为0。对照组2是利用含有氢气与硅烷的比例(H2/SiH4)约为130的气体，搭配成膜温度在约28(TC的情形下，以射频等离子辅助式化学气相沉积的方式连续成长氮化硅薄膜和微结晶硅薄膜。在此例中，于氮化硅薄膜形成后，并未接续利用含氧气体或等离子对其表面进行表面改质处理，而是直接成长微结晶硅薄膜。由表(一)可知，微结晶硅薄膜与氮化硅薄膜间界面的氧原子浓度为4.00X1019，而其结晶率为16%。实施例1是利用含有氢气与硅垸的比例(H2/SiH4)约为130的气体，搭配成膜温度在约28(TC的情形下，以射频等离子辅助式化学气相沉积的方式连续成长氮化硅薄膜和微结晶硅薄膜。其中，在氮化硅薄膜形成后，更接续利用含氧等离子对其表面进行IO秒的表面改质处理，之后，再成长微结晶硅薄膜。由表(一)可知，微结晶硅薄膜与氮化硅薄膜间界面氧原子浓度为4.00X1021，而其结晶率为53%。实施例2是利用含有氢气与硅垸的比例(H2/SiH4)约为130的气体，搭配成膜温度在约28(TC的情形下，以射频等离子辅助式化学气相沉积的方式连续成长氮化硅薄膜和微结晶硅薄膜。其中，在氮化硅薄膜形成后，更接续利用含氧等离子对其表面进行120秒的表面改质处理，之后，再成长微结晶硅薄膜。由表(一)可知，微结晶硅薄膜与氮化硅薄膜间界面的氧原子浓度为1.00X1022，而其结晶率为53%。实施例3是利用含有氢气与硅烷的比例(H2/SfflU)约为130的气体，搭配成膜温度在约28(TC的情形下，以射频等离子辅助式化学气相沉积的方式连续成长氮化硅薄膜和微结晶硅薄膜。其中，在氮化硅薄膜形成后，更接续利用含氧气体对其表面进行10秒的表面改质处理，之后，再成长微结晶硅薄膜。由表(一)可知，微结晶硅薄膜与氮化硅薄膜间界面的氧原子浓度为1.00X1021，而其结晶率为52%。实施例4是利用含有氢气与硅烷的比例(H2/SiH4)约为130的气体，搭配成膜温度在约28(TC的情形下，以射频等离子辅助式化学气相沉积的方式成长氮化硅薄膜和微结晶硅薄膜。在此例中，于氮化硅薄膜形成后，则是直接将样品取出置放于空气中5小时，之后再成长微结晶硅薄膜。由表(一)可知，微结晶硅薄膜与氮化硅薄膜间界面的氧原子浓度为4.00X1021，而其结晶率为53%。由于一般空气中的含氧浓度为20%，低于成膜环境中的含氧浓度，其范围可介于30%与95%之间，可知上述表面改质处理的时间长短仅与含氧的浓度有关，而与所使用的含氧气体或含氧等离子类型无直接关系，且所使用的含氧气体或含氧等离子类型也不影响结晶率。由上述对照组1与对照组2以及实施例1至实施例4的结果可知，微结晶硅薄膜与氮化硅薄膜间界面的氧原子浓度和结晶率，均较非晶硅薄膜与氮化硅薄膜间界面的氧原子浓度和结晶率来得高。此外，当氮化硅薄膜形成后，利用含氧气体或等离子对其表面进行表面改质处理，使得其中含氧浓度提高的话，可借此大幅地提升微结晶硅薄膜与氮化硅薄膜间界面的结晶率。图2为本发明经表面改质的一实施例与现有技术未经表面改质的拉曼光谱比较图，其横轴为波数(cm—"，即频率/光速或波长的倒数，纵轴则为无因次的拉曼强度。其中，——表示以N20改质的实施例的拉曼光谱图；------表示现有技术未经N20表面改质的拉曼光谱图。一般而言，在特定的波数范围内，拉曼强度的曲线斜率变化愈大，其所围成区域的宽度愈窄，表示结晶率愈高，但结晶率的确切数字需另以公式计算，不在本发明所讨论的范围之内。因此，由图2可明显地看出，当氮化硅薄膜表面经由一氧化二氮(N20)进行表面改质后，其波数在510cm—1附近时的结晶率由16.9%明显地提升至60.1%。如此一来，也有助于微结晶硅薄膜的形成，并因此改善微结晶硅薄膜的质量。图3为本发明经表面改质的一实施例与现有技术未经表面改质处理的电性量测比较示意图，其横轴为应力时间(sec)，或称为量测时间，纵轴则为临界电压(VH)的飘移量(V)。O符号所连接而成的曲线表示下栅极式薄膜晶体管含微结晶硅薄膜，且未经表面改质处理的临界电压飘移曲线；國符号所连接而成的曲线表示下栅极式薄膜晶体管含非晶硅薄膜，且未经表面改质处理的临界电压飘移曲线；A符号所连接而成的曲线表示下栅极式薄膜晶体管含微结晶硅薄膜，且经表面改质处理的临界电压飘移曲线。其中，W/L-47.4/5.5;Vds=5V;温度为80°C。故由图3可知，含微结晶硅薄膜并经表面改质处理的下栅极式薄膜晶体管，相较于仅含非晶硅薄膜之下栅极式薄膜晶体管，或是相较于含微结晶硅薄膜但未经表面改质处理的下栅极式薄膜晶体管，其临界(threshold)电压的飘移量明显较低，其范围介于0V与-2V之间。如此一来，可使得组件的稳定性增加，其组件特性也因此而获得大幅度地改善。由上述本发明的实施例可知，应用本案的下栅极式薄膜晶体管及其制作方法，不仅可使其中微结晶硅薄膜的结晶率提升，有助于微结晶硅薄膜的形成，更可因此改善微结晶硅薄膜的质量，进而加强整个薄膜晶体管的组件特性。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。权利要求1.一种下栅极式薄膜晶体管，其特征在于，包含一栅极，配置于一基板上；一栅极绝缘层，由氮化硅材料制成，并配置于该栅极与该基板上；以及一微结晶硅层，配置于该栅极绝缘层上，且对应于该栅极；其中，该栅极绝缘层与该微结晶硅层接触的界面具有多数个氧原子，且该些氧原子的浓度范围介于1020个原子/立方公分与1025个原子/立方公分之间。2.根据权利要求1所述的下栅极式薄膜晶体管，其特征在于，还包含一非晶硅层，配置于该微结晶硅层上。3.根据权利要求2所述的下栅极式薄膜晶体管，其特征在于，还包含一源极区域与一漏极区域，由n型非晶硅材料或n型微结晶硅材料制成，并配置于该非晶硅层上，该源极区域与该漏极区域之间存在一间隙，该间隙对应于该栅极。4.根据权利要求3所述的下栅极式薄膜晶体管，其特征在于，还包含一源极与一漏极，分别配置于该源极区域与该漏极区域上。5.根据权利要求1所述的下栅极式薄膜晶体管，其特征在于，该微结晶硅层的厚度范围介于50埃与1500埃之间。6.根据权利要求1所述的下栅极式薄膜晶体管，其特征在于，该微结晶硅层的硅原子浓度范围介于1021个原子/立方公分与1025个原子/立方公分之间。7.根据权利要求1所述的下栅极式薄膜晶体管，其特征在于，该微结晶硅层的结晶率范围介于20%与60%之间。8.—种制作下栅极式薄膜晶体管的方法，其特征在于，包含形成一栅极于一基板上；形成一氮化硅层于该栅极与该基板上；对该氮化硅层的表面进行一氧化表面改质处理；以及形成一微结晶硅层于该氮化硅层上，其中对该氮化硅层的表面进行该氧化表面改质处理的步骤使得该氮化硅层与该微结晶硅层接触的界面的氧原子的浓度范围介于102()个原子/立方公分与1025个原子/立方公分之间。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该氧化表面改质处理是通过一含氧气体对该氮化硅层的表面进行表面改质处理。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该含氧气体选自由一氧化氮、一氧化二氮、二氧化氮、过氧化氢、氧气和臭氧所组成的群组。11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该氮化硅层的表面进行表面改质处理的时间范围介于9秒与5.5小时之间。12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该氧化表面改质处理通过一含氧等离子对该氮化硅层的表面进行表面改质。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，该含氧等离子选自由一氧化氮等离子、一氧化二氮等离子、二氧化氮等离子、过氧化氢等离子、氧气等离子和臭氧等离子所组成的群组。14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，该含氧等离子的表面改质处理的时间范围介于9秒与132秒之间。15.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，形成该微结晶硅层的步骤是以一同位方式于该氮化硅层上完成。16.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，形成该微结晶硅层的步骤是以一非同位方式于该氮化硅层上完成。17.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，形成该微结晶硅层的步骤另包含引入一含有氢气与硅垸的气体，且氢气与硅烷的比例范围介于80与200之间。18.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该氮化硅层是以一等离子辅助式化学气相沉积方式形成。19.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该微结晶硅层是以一等离子辅助式化学气相沉积方式形成。20.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该微结晶硅层的成膜温度范围介于200。C与380。C之间。全文摘要本发明公开了一种下栅极式薄膜晶体管，包含栅极、栅极绝缘层以及微结晶硅层。栅极配置于基板上，而栅极绝缘层由氮化硅材料制成，并配置于栅极与基板上。微结晶硅层则是配置于栅极绝缘层上，且对应于栅极。其中，栅极绝缘层与微结晶硅层接触的界面具有数个氧原子，且这些氧原子的浓度范围介于10²⁰个原子/立方公分与10²⁵个原子/立方公分之间。此外，一种制作下栅极式薄膜晶体管的方法也在此揭露。文档编号H01L29/40GK101393936SQ200810175280公开日2009年3月25日申请日期2008年11月10日优先权日2008年11月10日发明者彭雅慧,曾以亚,林汉涂,陈志轩,黄坤富申请人:友达光电股份有限公司