專利名稱：低溫多晶硅薄膜晶體管及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于一種低溫多晶硅(low temperature poly-Si，簡稱LTPS)薄膜晶體管(thin film transistor，簡稱TFT)及其制作方法，且特別是關于一種工藝彈性高的低溫多晶硅薄膜晶體管的制作方法。
背景技術：
隨著高科技的發(fā)展，數(shù)字化的視訊或影像裝置已經(jīng)成為在一般日常生活中所常見的產(chǎn)品。這些數(shù)字化的視訊或影像裝置中，顯示器是一個重要組件。使用者可由顯示器讀取信息，或進而控制裝置的運作。
而薄膜晶體管(TFT)可應用在液晶顯示器(liquid crystal display，簡稱LCD)的驅動組件，使得此項產(chǎn)品成為桌上直式型平面顯示器的主流，在個人計算機、游戲機、監(jiān)視器等市場成為未來主導性產(chǎn)品。目前，在薄膜晶體管液晶顯示器中有一種利用多晶硅技術所制得的薄膜晶體管，其電子遷移率較一般傳統(tǒng)的非晶硅(amorphous silicon，簡稱a-Si)薄膜晶體管技術所得的電子遷移率大得多，因此可使薄膜晶體管組件做得更小，開口率增加(aperture ratio)進而增加顯示器亮度，減少功率消耗的功能。另外，由于電子遷移率的增加可以將部份驅動電路隨同薄膜晶體管工藝同時制造在玻璃基板上，大幅提升液晶顯示面板的特性及可靠度，使得面板制造成本大幅降低，因此制造成本較非晶硅薄膜晶體管液晶顯示器低出許多。再加上多晶硅具有厚度薄、重量輕、分辨率佳等特點，特別適合應用在要求輕巧省電的移動終端產(chǎn)品上。然而，以傳統(tǒng)方式退火非晶硅形成多晶硅時，其形成溫度需攝氏600度以上，故一般使用石英(quartz)作為基板。但是，石英基板成本比玻璃基板貴很多，且在基板尺寸的限制下，面板大約僅有2至3時，因此過去只能發(fā)展小型面板。
目前為了降低成本必須使用玻璃基板，故須使多晶硅的形成溫度降低至攝氏500度以下。因此，許多降低多晶硅的形成溫度的方法紛紛被采用，其中以雷射熱退火工藝較受矚目，因為前述工藝均可生長高品質、無污染及低缺陷密度(low defect density)的多晶硅，以前述低溫工藝制作的多晶硅薄膜晶體管又稱為「低溫多晶硅薄膜晶體管」。
另外，目前使用在低溫多晶硅薄膜晶體管的激活電壓(thresholdvoltage)的調整方式為離子植入工藝(ion implantation)或是離子射叢工藝(ion shower)。然而，前述工藝都必須使用離子植入工藝用機臺，因而限定了它的工藝彈性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種低溫多晶硅薄膜晶體管及其制造方法，以在調整低溫多晶硅薄膜晶體管的激活電壓時可選擇采用電漿化學氣相沉積機臺，進而增加工藝彈性。
根據(jù)上述與其它目的，本發(fā)明提出一種低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，且此低溫多晶硅薄膜晶體管包括一個信道區(qū)，其特征在于對信道區(qū)進行一個電漿處理工藝，以調整低溫多晶硅薄膜晶體管的激活電壓。
本發(fā)明又提出一種低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，包括先在基板上形成一個非晶硅層。隨后，進行電漿處理(plasma treatment)工藝，以調整激活電壓。之后，進行雷射熱退火工藝，以使非晶硅層成為多晶硅層。接著，圖案化多晶硅層，以形成數(shù)個島狀多晶硅層，再在每一島狀多晶硅層中分別形成一個信道區(qū)與位于信道區(qū)兩側的一個源極/漏極摻雜區(qū)。然后，在信道區(qū)上形成一個閘極。
依照本發(fā)明的實施方法所述，上述進行電漿處理工藝的步驟，是使用含氧的電漿如一氧化二氮電漿(N2O plasma)，以使薄膜晶體管的激活電壓往負的方向調整，或者使用含氫的電漿如氨電漿(NH3plasma)或氫電漿(H2plasma)，以使薄膜晶體管的激活電壓往正的方向調整。另外，電漿處理工藝更可以通過調整射頻電源(RF Power)或工藝時間(process time)，以決定激活電壓的改變量(shift)大小。
本發(fā)明另外提出一種低溫多晶硅薄膜晶體管，包括一個多晶硅層、一個閘極以及一個閘極絕緣層。閘極絕緣層位于閘極與上述多晶硅層之間，其中多晶硅層具有一個信道區(qū)，其特征在于信道區(qū)的氧濃度在1E19-1E23 atoms/cc之間以及氮濃度在5E16-1E19 atoms/cc之間。
由于本發(fā)明利用既有的設備如電漿化學氣相沉積(PECVD)機臺去進行電漿處理工藝，以使薄膜晶體管的激活電壓往正或負的方向調整，所以不需要像熟知那樣必需采用離子植入工藝機臺，故本發(fā)明可增進工藝彈性。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下


圖1A至圖1J是依照本發(fā)明之一的較佳實施例的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造工藝剖面圖。
圖式標示說明100基板102氮化硅層
104氧化硅層106非晶硅層108電漿處理工藝110雷射112掃描方向114a、114b島狀多晶硅層116、124、132圖案化光阻層118、126、134摻雜工藝120、136源極/漏極摻雜區(qū)122閘極絕緣層128淺摻雜漏極區(qū)域130、138信道區(qū)140a、140b閘極142層間介電層144、150開口146源極/漏極接觸金屬148保護層152畫素電極具體實施方式
圖1A至圖1J是依照本發(fā)明之一較佳實施例的低溫多晶硅(lowtemperature poly-Si，簡稱LTPS)薄膜晶體管(thin film transistor，簡稱TFT)的制造工藝剖面圖。
請參照圖1A，在基板100上先選擇性地形成一個緩沖層(bufferlayer)，其中緩沖層例如是一氮化硅層102以及一氧化硅層104所組成的堆棧層，其作用在于增進基板100與后續(xù)形成的多晶硅層的附著性以及當基板100中有鈉等金屬離子時，用以防止基板100中的金屬離子污染多晶硅層。然后，在氧化硅層104上形成一個非晶硅(amorphous silicon，又稱a-Si)層1 06。
隨后，請參照圖1B，進行一個電漿處理(plasma treatment)工藝108，以調整低溫多晶硅薄膜晶體管的激活電壓(threshold voltage)，其中電漿處理工藝是利用既有的設備如電漿化學氣相沉積(PECVD)機臺來進行的工藝，而它例如是使用含氧的電漿如一氧化二氮電漿(N2O plasma)，以使激活電壓往負的方向調整，或者使用含氫的電漿如氨電漿(NH3plasma)或氫電漿(H2plasma)，以使激活電壓往正的方向調整。另外，電漿處理工藝108更可以通過調整射頻電源(RFPower)或工藝時間(process time)，以決定激活電壓的改變量(shift)大小。
接著，請參照圖1C，進行一個雷射熱退火工藝，例如是準分子雷射退火工藝(excimer laser annealing，簡稱ELA)，且如圖中代表雷射110的空白箭頭符號及其掃描方向112，以使熔融的非晶硅層106再結晶成為多晶硅層114。
然后，請參照圖1D，圖案化多晶硅層114，以形成數(shù)個島狀多晶硅層114a、114b。由于多晶硅本身的電子遷移率高，所以通常在進行薄膜晶體管數(shù)組的工藝時，可以在顯示區(qū)外圍的周邊電路區(qū)制作周邊電路，如互補式金氧半導體(CMOS)，所以之后描述同時形成P型與N型薄膜晶體管的CMOS工藝，其中島狀多晶硅層114a例如是預定形成P型薄膜晶體管的一部份，而島狀多晶硅層114b例如是預定形成N型薄膜晶體管的一部份。但是，本發(fā)明并非局限在同時制作P型與N型薄膜晶體管的制造工藝，而僅是以本實施例當作說明本發(fā)明特征的一個例子。
之后，請參照圖1E，在基板100上形成一個圖案化光阻層116，以覆蓋島狀多晶硅層114a以及部分島狀多晶硅層114b，并暴露出島狀多晶硅層114b兩側上表面。之后，進行一個n+摻雜工藝118，以在島狀多晶硅層114b兩側形成N型薄膜晶體管的源極/漏極摻雜區(qū)120。
接著，請參照圖1F，去除圖案化光阻層116，再在島狀多晶硅層114a、114b及氧化硅層104上覆蓋一個閘極絕緣層122。然后，在閘極絕緣層122上形成另一個圖案化光阻層124，以覆蓋島狀多晶硅層114a以及部分島狀多晶硅層114b，并暴露出島狀多晶硅層114b中鄰近源極/漏極摻雜區(qū)120的部位。隨后，進行一個n-摻雜工藝126，以形成N型薄膜晶體管的淺摻雜漏極區(qū)域128，同時定義出位于淺摻雜漏極區(qū)域128之間的信道區(qū)130。
然后，請參照圖1G，去除圖案化光阻層124，再在閘極絕緣層122上形成另一個圖案化光阻層132，以覆蓋島狀多晶硅層114b以及部分島狀多晶硅層114a，并暴露出島狀多晶硅層114b兩側上表面的部位。隨后，進行一個p+摻雜工藝134，以形成P型薄膜晶體管的源極/漏極摻雜區(qū)136，同時定義出位于源極/漏極摻雜區(qū)136之間的信道區(qū)138。
之后，請參照圖1H，去除圖案化光阻層132。隨后，可在形成閘極前進行一個活化工藝(activation)。接著，在信道區(qū)138與130上形成閘極140a與140b。然后，在基板100上形成一個層間介電層(inter-layer dielectric，簡稱ILD)142，以覆蓋島狀多晶硅層114a、114b與閘極140a、140b。
接著，請參照圖1I，在層間介電層142與閘極絕緣層122中形成數(shù)個開口144，以暴露出源極/漏極摻雜區(qū)136與120，再形成數(shù)個源極/漏極接觸金屬146，源極/漏極接觸金屬146是通過開口144而與源極/漏極摻雜區(qū)136與120電性連接。
之后，請參照圖1J，在基板100上形成一個保護層148，再在保護層148中形成另一個開口150，以暴露出部分源極/漏極接觸金屬146，其中保護層146例如氮化硅層。最后，形成一個畫素電極152，畫素電極152是通過開口150而與源極/漏極接觸金屬146電性連接，其中畫素電極152的材質例如銦錫氧化物(ITO)。由于本實施方式是利用既有的設備，去進行能夠調整激活電壓的電漿處理工藝，以使薄膜晶體管的激活電壓往正或負的方向調整，所以可增加工藝的彈性。
另外，從圖1J可觀察出本發(fā)明的低溫多晶硅薄膜晶體管，是至少由島狀多晶硅層114a與114b、閘極140a與140b以及一個閘極絕緣層122所構成。而閘極140a與140b是位于基板100上、島狀多晶硅層114a與114b則位于閘極140a與140b與基板100之間、閘極絕緣層122則配置在閘極140a與140b和島狀多晶硅層114a與114b之間。而且，島狀多晶硅層114a與114b包括一個信道區(qū)138、130以及源/漏極摻雜區(qū)域136、120，其中信道區(qū)138、130是位于閘極140a與140b下、源/漏極摻雜區(qū)域136、120則位于信道區(qū)138、130兩側。
此外，以一氧化二氮(N2O)電漿為例，信道區(qū)138、130中所含的氧(O)濃度(concentration)約在1E19-1E23 atoms/cc之間，而氮(N)濃度則約在5E16-1E19 atoms/cc之間。而且，本發(fā)明的低溫多晶硅薄膜晶體管除了實施方式所描述的結構外，亦可應用于其它低溫多晶硅薄膜晶體管中，例如是下閘極(bottom gate)型的低溫多晶硅薄膜晶體管。
本發(fā)明的特點在于利用既有的設備如電漿化學氣相沉積機臺，在進行雷射熱退火工藝之前，對非晶硅層進行電漿處理工藝，以使薄膜晶體管的激活電壓往正或負的方向調整，所以可增進工藝彈性，而不需像習知一定得使用離子植入工藝機臺。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然其并非用來限定本發(fā)明，任何熟悉此技術者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，應該可以作出各種改變與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應該視后附的權利要求所界定的為準。
權利要求
1.一種低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，適于形成低溫多晶硅薄膜晶體管，上述低溫多晶硅薄膜晶體管包括一個信道區(qū)，其特征在于對上述信道區(qū)進行一個電漿處理工藝，以調整上述低溫多晶硅薄膜晶體管的激活電壓。
2.如權利要求1所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，其中對上述信道區(qū)進行上述電漿處理工藝的步驟包括使用含氧電漿，以使上述激活電壓往負的方向調整。
3.如權利要求2所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，其中上述含氧電漿包括一氧化二氮電漿。
4.如權利要求1所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，其中對上述信道區(qū)進行上述電漿處理工藝的步驟包括使用含氫電漿，以使上述激活電壓往正的方向調整。
5.如權利要求4所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，其中上述含氫電漿包括氨電漿。
6.如權利要求4所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，其中上述含氧電漿包括氫電漿。
7.如權利要求1所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，其中對上述信道區(qū)進行上述電漿處理工藝的步驟更包括通過調整射頻電源(RF Power)，以決定上述激活電壓的改變量大小。
8.如權利要求1所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，其中對上述信道區(qū)進行上述電漿處理工藝的步驟更包括通過調整上述電漿處理工藝的工藝時間，以決定上述激活電壓的改變量大小。
9.一種低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，包括在基板上形成非晶硅層；進行電漿處理工藝；進行雷射熱退火工藝，以使上述非晶硅層成為多晶硅層；圖案化上述多晶硅層，以形成若干個島狀多晶硅層；在上述這些島狀多晶硅層上覆蓋閘極絕緣層；在這些島狀多晶硅層的每層中分別形成一個信道區(qū)與一個位于上述信道區(qū)兩側的源極/漏極摻雜區(qū)；以及在上述信道區(qū)上形成一個閘極。
10.如權利要求9所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，其中進行上述電漿處理工藝的步驟包括使用含氧電漿，以使上述激活電壓往負的方向調整。
11.如權利要求10所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，其中上述含氧電漿包括一氧化二氮電漿。
12.如權利要求9所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，其中進行上述電漿處理工藝的步驟包括使用含氫電漿，以使上述激活電壓往正的方向調整。
13.如權利要求12所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，其中上述含氫電漿包括氨電漿。
14.如權利要求12所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，其中上述含氧電漿包括氫電漿。
15.如權利要求9所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，其中進行上述電漿處理工藝的步驟更包括通過調整射頻電源(RF Power)，以決定上述激活電壓的改變量大小。
16.如權利要求9所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，其中進行上述電漿處理工藝的步驟更包括通過調整上述電漿處理工藝的工藝時間，以決定上述激活電壓的改變量大小。
17.如權利要求9所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，其中上述雷射熱退火工藝包括準分子雷射退火工藝。
18.如權利要求9所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，其中在上述基板上形成上述非晶硅層之前，更包括在上述基板上形成一氮化硅層；以及在上述氮化硅層上形成一氧化硅層。
19.如權利要求9所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，其中在這些島狀多晶硅層的每層中分別形成上述信道區(qū)與上述位于上述信道區(qū)兩側的源極/漏極摻雜區(qū)的步驟，包括在上述閘極絕緣層上形成第一圖案化光阻層，以暴露出各上述島狀多晶硅層兩側上表面的部位；以及進行一個p+摻雜工藝。
20.如權利要求19所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，其中進行上述p+摻雜工藝之后，更包括去除上述第一圖案化光阻層。
21.如權利要求9所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，其中在這些島狀多晶硅層的每層中分別形成上述信道區(qū)與上述位于上述信道區(qū)兩側的源極/漏極摻雜區(qū)的步驟，包括在上述基板上形成一第二圖案化光阻層，以覆蓋部分各上述島狀多晶硅層，并暴露出各上述島狀多晶硅層兩側上表面；以及進行一n+摻雜工藝。
22.如權利要求21所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，其中進行上述n+摻雜工藝之后，更包括去除上述第二圖案化光阻層。
23.如權利要求22所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，其中去除上述第二圖案化光阻層之后，更包括在上述閘極絕緣層上形成一第三圖案化光阻層，以暴露出各上述島狀多晶硅層中鄰近上述這些源極/漏極摻雜區(qū)的部位；以及進行一n-摻雜工藝，以形成一淺摻雜漏極區(qū)。
24.如權利要求23所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，其中進行上述n-摻雜工藝之后，更包括去除上述第三圖案化光阻層。
25.如權利要求9所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，其中在上述信道區(qū)上形成上述閘極之前，更包括進行一個活化工藝。
26.如權利要求9所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，更包括在上述基板上形成層間介電層；在上述層間介電層與上述閘極絕緣層中形成若干個第一開口，以暴露出上述這些源極/漏極摻雜區(qū)；以及形成若干個源極/漏極接觸金屬，上述這些源極/漏極接觸金屬是通過這些第一開口而與這些源極/漏極摻雜區(qū)電性相連。
27.如權利要求26所述的低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，更包括在上述基板上形成保護層；在上述保護層中形成第二開口，以暴露出部分這些源極/漏極接觸金屬；以及形成畫素電極，上述畫素電極是通過上述第二開口而與部分這些源極/漏極接觸金屬電性相連。
28.一種低溫多晶硅薄膜晶體管，包括一個多晶硅層、一個閘極以及一個閘極絕緣層，上述閘極絕緣層位于上述閘極與上述多晶硅層之間，其中上述多晶硅層具有一個信道區(qū)，其特征在于上述信道區(qū)的氧濃度在1E19-1E23 atoms/cc之間以及氮濃度在5E16-1E19atoms/cc之間。
29.如權利要求28所述的低溫多晶硅薄膜晶體管，更包括若干個源/漏極摻雜區(qū)域，位于上述多晶硅層中，且在上述信道區(qū)兩側。
30.如權利要求29所述的低溫多晶硅薄膜晶體管，其中這些源/漏極摻雜區(qū)域包括p型摻雜區(qū)。
31.如權利要求29所述的低溫多晶硅薄膜晶體管，其中這些源/漏極摻雜區(qū)域包括n型摻雜區(qū)。
32.如權利要求31所述的低溫多晶硅薄膜晶體管，更包括一淺摻雜漏極區(qū)域，配置在這些源/漏極摻雜區(qū)域與上述信道區(qū)之間。
33.如權利要求29所述的低溫多晶硅薄膜晶體管，更包括一層間介電層，配置在上述閘極絕緣層上，其中上述層間介電層具有若干個第一開口，以暴露出這些源極/漏極摻雜區(qū)。
34.如權利要求33所述的低溫多晶硅薄膜晶體管，更包括若干個源極/漏極接觸金屬，通過這些第一開口而與這些源/漏極摻雜區(qū)域電性相連。
35.如權利要求34所述的低溫多晶硅薄膜晶體管，更包括一保護層，覆蓋上述層間介電層以及這些源極/漏極接觸金屬，其中上述保護層具有第二開口，以暴露出部分這些源極/漏極接觸金屬。
36.如申請專利范圍第35所述的低溫多晶硅薄膜晶體管，其中上述保護層包括氮化硅層。
37.如權利要求35所述的低溫多晶硅薄膜晶體管，更包括一個畫素電極，通過上述第二開口而與部分這些源極/漏極接觸金屬電性相連。
38.如權利要求37所述的低溫多晶硅薄膜晶體管，其中上述畫素電極的材質包括銦錫氧化物。
全文摘要
一種低溫多晶硅薄膜晶體管及其制造方法，此低溫多晶硅薄膜晶體管包括一個信道區(qū)，其制造方法的特征在于對信道區(qū)進行電漿處理工藝，以調整低溫多晶硅薄膜晶體管的激活電壓。由于進行電漿處理即可調整低溫多晶硅薄膜晶體管的激活電壓，所以可增加工藝彈性。
文檔編號H01L29/786GK1540729SQ03122318
公開日2004年10月27日 申請日期2003年4月25日 優(yōu)先權日2003年4月25日
發(fā)明者彭佳添, 孫銘瑋 申請人:友達光電股份有限公司