薄膜晶体管结构及其制作方法与流程

本发明涉及一种薄膜晶体管结构及其制作方法，特别是涉及一种提高底栅极上方结晶性的薄膜晶体管结构及其制作方法。

背景技术：

目前人们对多晶硅(p-si)薄膜技术的研究主要集中在固相晶化法(spc)，激光退火(ela)和金属诱导横向结晶(milc)等方法。其中ela工艺由于使用温度低、晶化度及迁移率高等特性受到欢迎。但是在ela工艺中，需要去烧炼让基板融化，但仍有一些硅(si)未能溶化，然后依靠这些硅长成多晶硅，但由于长晶的速度快慢不一，造成其表面的凹凸不平，此缺陷过多时将导致在进行压力测试时，薄膜晶体管(tft)器件的稳定性较差。

如上所述，顶栅极(topgate)结构的有源层和栅极绝缘层之间存在凹凸不平的突出将导致电性的恶化，但若是采取底栅极(bottomgate)结构之后，多晶硅的缺陷便不会存在于栅极绝缘层与多晶硅之间，这解决了晶化之后凹凸不平的突出对于薄膜晶体管电性的影响。然而，由于栅极采用金属材料，在ela工艺过程中，栅极相对与栅极绝缘层的散热较快，因此造成栅极上方硅的结晶性较差，特别是非晶硅(a-si)较厚的区域，这导致结晶性更差。

因此，有必要提供一种改良的薄膜晶体管结构及其制作方法，以解决上述技术问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种薄膜晶体管结构及其制作方法，利用底栅极(bottomgate)结构的多晶硅(p-si)薄膜晶体管(tft)，避免了多晶硅和栅极绝缘层界面之间激光退火(ela)造成的突起缺陷，且利用光阻灰阶掩膜技术(prashing)缩短光阻(pr)长度后，在多晶硅层的两端通过乙硼烷(b2h6)处理形成一源极区及一漏极区，因此使得沟道避开结晶不完全区域，改善了所述栅极上方硅的结晶性较差的技术问题。

为达上述目的，本发明提供一种薄膜晶体管结构的制作方法，其包含以下步骤：

提供一基板，及形成一栅极在所述基板上；

形成一栅极绝缘层在所述栅极及所述基板上，及形成一非晶硅层在所述栅极绝缘层上；

对所述非晶硅层进行晶化，以形成一多晶硅层；

涂布一光阻于所述多晶硅层上，曝光以图案化所述光阻，及对所述多晶硅层进行刻蚀；

移除所述光阻的两端使其分别内缩一距离，并对所述光阻的两端所述多晶硅层暴露的部分进行一乙硼烷处理，使得所述多晶硅层的两端分别形成一源极区与一漏极区，使得沟道避开了结晶不完全区域；；及

移除所述光阻，沉积一层间介电层于所述多晶硅层及所述栅极绝缘层上，并在所述源极区的上方形成一源极穿孔、在所述漏极区上方形成一漏极穿孔、沉积一源极于所述源极穿孔内及所述层间介电层上以及沉积一漏极于所述漏极穿孔内及所述层间介电层上。

在本发明的一实施例中，所述栅极是通过一物理气相沉积工艺，沉积钼/铝材质所形成。

在本发明的一实施例中，所述栅极绝缘层是通过一化学气相沉积工艺，沉积一氮化硅所形成。

在本发明的一实施例中，所述对所述非晶硅层进行晶化的步骤是通过一激光退火工艺来进行。

在本发明的一实施例中，所述移除所述光阻的两端的步骤是通过一灰阶掩膜工艺来进行。

在本发明的一实施例中，在所述移除所述光阻的两端的步骤中，所述光阻内缩1-5微米。

为达上述目的，本发明提供一种薄膜晶体管结构，其包含：

一基板；

一栅极，设于所述基板上；

一栅极绝缘层，设于所述栅极及所述基板上；

一多晶硅层，设于所述栅极绝缘层上，其中所述多晶硅层的两端分别设有一源极区与一漏极区；及

一层间介电层，设于所述多晶硅层及所述栅极绝缘层上，所述层间介电层包含位在所述源极区上方的一源极穿孔、位于所述漏极区上方的一漏极穿孔、位于所述源极穿孔内及所述层间介电层上的一源极以及位于所述漏极穿孔内及所述层间介电层上的一漏极。

在本发明的一实施例中，所述栅极、所述源极及所述漏极采用钼/铝结构。

在本发明的一实施例中，所述源极区与所述漏极区的宽度在1-5微米之间。

在本发明的一实施例中，所述层间介电层的材质是一氮化硅。

综上所述，在本发明避免了多晶硅和栅极绝缘层界面之间激光退火造成的突起缺陷，使得沟道避开结晶不完全区域，改善了所述栅极上方硅的结晶性较差的技术问题

附图说明

图1：本发明的薄膜晶体管结构的制作方法的第一步骤示意图。

图2：本发明的薄膜晶体管结构的制作方法的第二步骤示意图。

图3：本发明的薄膜晶体管结构的制作方法的第三步骤示意图。

图4：本发明的薄膜晶体管结构的制作方法的第四步骤示意图。

图5：本发明的薄膜晶体管结构的制作方法的第五步骤示意图。

图6：本发明的薄膜晶体管结构的制作方法的第六步骤及本发明的薄膜晶体管结构的示意图。

具体实施方式

为让本发明上述目的、特征及优点更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合附图，作详细说明。再者，本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参照附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

请参照图1-6所示，图1-6是本发明的薄膜晶体管结构的制作方法的步骤示意图，其中图6包含本发明的薄膜晶体管结构的示意图。

如图1-6所示，本发明的一种薄膜晶体管结构100的制作方法包含以下步骤：

第一步骤：提供一基板10，及形成一栅极20在所述基板10上。

在本步骤中，所述栅极20例如是通过一物理气相沉积(pvd)工艺在所述基板10上沉积钼/铝(mo/al)材质所形成。

第二步骤：形成一栅极绝缘层30在所述栅极20及所述基板10上，及形成一非晶硅层40在所述栅极绝缘层30上。

在本步骤中，所述栅极绝缘层30例如是通过一化学气相沉积(cvd)工艺，沉积一氮化硅(sin)所形成。

第三步骤：对所述非晶硅(a-si)层40进行晶化，以形成一多晶硅(p-si)层50。

在本步骤中，对所述非晶硅40层进行晶化的步骤是通过一激光退火(ela)工艺来进行，其中，ela的能量例如为500毫焦耳/平方厘米(mj/cm2)，使用者可以根据实际使用状况来进行调节。

第四步骤：涂布一光阻60于所述多晶硅层50上，曝光以图案化所述光阻60，及对所述多晶硅层50进行刻蚀。

第五步骤：移除所述光阻60的两端使其分别内缩一距离，并对所述光阻60的两端所述多晶硅层50暴露的部分进行一乙硼烷(b2h6)处理，使得所述多晶硅层50的两端分别形成一源极区51与一漏极区52。

在本步骤中，所述移除所述光阻60的两端的步骤是通过一灰阶掩膜(ashing)工艺来进行。经过ashing处理后，所述光阻60例如内缩1-5微米(μm)，使得所述源极区51与所述漏极区52的宽度对应地形成在1-5微米之间。另外，由于所述光阻60向内缩短，所述多晶硅层50只有所述光阻60下方覆盖区域，也就是所述源极区51与所述漏极区52之间作为通道层。

第六步骤：移除所述光阻60，沉积一层间介电层70于所述多晶硅层50及所述栅极绝缘层30上，并在所述源极区51的上方形成一源极穿孔71、在所述漏极区上方形成一漏极穿孔72、沉积一源极81于所述源极穿孔71内及所述层间介电层70上以及沉积一漏极82于所述漏极穿孔72内及所述层间介电层70上。

在本步骤中，所述层间介电层70的材质是一氮化硅。

在本发明中，所述栅极、所述源极及所述漏极可采用钼/铝结构。

在本发明中，所述薄膜晶体管结构100及其制造方法适用于诸如晶圆制造、液晶显示器、有机el显示器以及电子纸的平板显示器等领域，其主要应用在上述领域的金属氧化物薄膜晶体管的结构器件上。

如上所述，通过上述制作方法的步骤，制作完成所述薄膜晶体管结构100。本发明的一种薄膜晶体管结构100主要包含一基板10、一栅极20、一栅极绝缘层30、一多晶硅层50及一层间介电层70，其中所述栅极20设于所述基板10上；所述栅极绝缘层30设于所述栅极20及所述基板10上；所述多晶硅层50设于所述栅极绝缘层30上，其中所述多晶硅层50的两端分别设有一源极区51与一漏极区52；所述层间介电层70设于所述多晶硅层50及所述栅极绝缘层30上，所述层间介电层70包含位在所述源极区51上方的一源极穿孔71、位于所述漏极区52上方的一漏极穿孔72、位于所述源极穿孔71内及所述层间介电层70上的一源极81以及位于所述漏极穿孔72内及所述层间介电层70上的一漏极82。

综上所述，在一底栅极(bottomgate)结构的薄膜晶体管(tft)器件中，由于栅极采用金属材料，在激光退火(ela)工艺过程中，栅极上方硅的结晶性较差，特别是在所述多晶硅层50(非晶硅层40通过晶化所形成)较厚的区域，也就是在靠近所述多晶硅层50两端的阶梯状转折位置上，所述多晶硅层50在垂直方向上的厚度较大，这导致结晶性更差。在本发明中，ela工艺所产生产生的结晶不均匀区域由于通过光阻灰阶掩膜技术(prashing)以及乙硼烷(b2h6)进行处理，使得所述多晶硅层50的两端结晶不均匀性区域形成的所述源极区51与所述漏极区52的电阻降低形成源漏极接触区域，而多晶硅层50缩短至结晶均匀区域作为沟道层，从而改善了栅极上方沟道区域硅的结晶性较差的技术问题。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已公开的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包含于权利要求书的精神及范围的修改及均等设置均包含于本发明的范围内。