CN101414564B - 低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法 - Google Patents

低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法,该制造方法利用灰阶光罩形成低温多晶硅薄膜晶体管的源极和漏极。本发明提供的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法,与现有非晶硅薄膜晶体管生产工艺相兼容,无需注入工艺,而且不需要购入额外的设备完成整个工艺过程。

Description

低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法
技术领域
本发明涉及一种薄膜晶体管的制造方法,特别是涉及一种低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法。
背景技术
在现有的平面显示器技术中,薄膜晶体管液晶显示器(thin film transistorliquid crystal display,TFT-LCD)是目前最被广泛使用的一种平面显示器,它具有低功率、薄形质轻、以及低电压驱动等优点。然而随着人们对于显示器视觉感受要求的提高,加上新技术应用领域不断扩展,更高像质、高清晰度、高亮度且具低价位的平面显示器已成为未来显示技术发展的趋势,也是新的显示技术发展的原动力。在平面显示器中的低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS TFT)除了具有符合有源驱动潮流的特性外,其技术也正是一个可以达到上述目标的重要技术突破。
TFT LCD根据有源层的特性可分为多晶硅(Poly-Si TFT)与非晶硅(a-Si TFT),两者的差异在于电晶体特性不同。多晶硅的分子结构在一颗晶粒(Grain)中的排列状态是整齐而有方向性的,因此电子移动率比排列杂乱的非晶硅快了200-300倍;一般所称的TFT-LCD是指非晶硅,目前技术成熟,为LCD的主流产品。而多晶硅产品则主要包含高温多晶硅(HTPS)与低温多晶硅(LTPS)二种产品。
低温多晶硅(Low Temperature Poly-Silicon;简称LTPS)薄膜晶体管液晶显示器是在封装过程中,利用准分子镭射作为热源,镭射光经过投射系统后,会产生能量均匀分布的镭射光束,投射于非晶硅结构的玻璃基板上,当非晶硅结构玻璃基板吸收准分子镭射的能量后,会转变成为多晶硅结构,因整个处理过程都是在600℃以下完成,故一般玻璃基板皆可适用。
LTPS-TFT LCD具有高分辨率、反应速度快、高亮度、高开口率等优点,加上由于LTPS-TFT LCD的硅结晶排列较a-Si有次序,使得电子移动率相对高100倍以上,可以将外围驱动电路同时制作在玻璃基板上,达到系统整合的目标、节省空间及驱动IC的成本。
请参考图1至图4,图1至图4为现有的制造低温多晶硅薄膜晶体管的方法示意图。现有的低温多晶硅薄膜晶体管制造在一绝缘基板10上,通常为一玻璃基板或一石英基板。如图1所示,首先在绝缘基板10的表面上沉积一非晶硅薄膜(未示出),接着进行一准分子激光退火工序,使非晶硅薄膜再结晶(recrystallize)成为一多晶硅层12,而多晶硅层12的表面包含有一源极区域13、一漏极区域14以及一通道区域15。
如图2所示,然后利用一等离子增强化学气相沉积(plasma enhanced chemicalvapor depositon,PECVD)工序,于多晶硅层12表面上形成一约为几千埃的绝缘层,如氧化硅层16。随后再进行一第一溅射工序,以便在氧化硅层16的表面形成一金属层18,该金属层18可以是一钨层、一铬层、一铝层或其他金属导电层。
接着如图3所示,在绝缘基板10的表面涂布一层光刻胶(未示出),并利用一光刻工序在光刻胶中限定出一栅极图案22,该栅极图案22位于通道区域15的上方。然后对金属层18进行一蚀刻工序,以便在氧化硅层16之上形成栅极24,而氧化硅层16用来作为低温多晶硅薄膜晶体管的栅极绝缘层。
在去除栅极图案22之后,如图4所示,随后进行一离子注入(ion implantation)工序,利用栅极24作为掩膜,于多晶硅层12之内的源极区域13及漏极区域14中分别形成低温多晶硅薄膜晶体管的源极28以及漏极32。完成低温多晶硅薄膜晶体管的制造之后,再沉积一介电层34。最后利用一黄光暨蚀刻工序在源极区域13以及漏极区域14的上方的介电层34以及氧化硅层16之内分别形成一直达源极28以及漏极32的接触孔36,以便随后将接触孔36内填满导电材料,从而依照电路设计将源极28以及漏极32分别电连接至像素电极以及信号线上。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法,与现有非晶硅薄膜晶体管生产工艺相兼容,无需注入工艺,而且不需要购入额外的设备完成整个工艺过程。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法,包括以下步骤:
提供一基板,并在该基板上依次沉积一非晶硅薄膜、一欧姆接触层;
利用一第一光罩在所述欧姆接触层之上形成一源极欧姆接触层和一漏极欧姆接触层,在所述非晶硅薄膜上形成非晶硅图案;
采用一准分子激光退火工序,使所述非晶硅图案再结晶成为一多晶硅层图案,所述多晶硅层图案为薄膜晶体管的通道区域;
在基板上继续沉积一栅极绝缘层和一第一金属层;
利用一第二光罩在所述第一金属层上形成一栅极,所述栅极位于所述通道区域的上方;
在基板上沉积一介电层,在介电层和栅极绝缘层上形成直达源极欧姆接触层和漏极欧姆接触层的接触孔;
在基板上沉积一第二金属层,在第二金属层上形成一源极和一漏极,所述源极通过接触孔和源极欧姆接触层电连接,所述漏极通过接触孔和漏极欧姆接触层电连接。
上述低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法中,先沉积一缓冲层,然后依次沉积一非晶硅薄膜和一欧姆接触层。
上述低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法中,所述第一光罩为一多灰阶光罩。
上述低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法中,形成接触孔的方法包括黄光暨刻蚀工序。
本发明对比现有技术有如下的有益效果:本发明提供的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法,与现有非晶硅薄膜晶体管生产工艺相兼容,无需注入工艺,而且不需要购入额外的设备完成整个工艺过程。
附图说明
图1至图4为现有低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法示意图。
图5至图11为本发明的低温多晶硅薄膜晶体管的制造流程剖视图。
图中:
10 绝缘基板            12 多晶硅层         13 源极区域
14 漏极区域            15 通道区域         16 氧化硅层
18 金属层              22 栅极图案         24 栅极
28 源极                32 漏极             34 介电层
36  接触孔           100  绝缘基板             110   缓冲层
111 氮化层           112  介电层               210   非晶硅薄膜
211 非晶硅图案       212  通道区域             220   欧姆接触层
221 欧姆接触层图案   222  源极欧姆接触区域     223   漏极欧姆接触区域
230 光刻胶图案       231  光刻胶图案           232   光刻胶图案
310 栅极             410  接触孔               420   接触孔
510 漏极             520  源极
具体实施方式
下面结合附图及典型实施例对本发明作进一步说明。
图5至图11为本发明的低温多晶硅薄膜晶体管的制造流程剖视图。
请参考图5,首先在绝缘基板100的表面上沉积一缓冲层110,材料可为氮化硅或氧化硅,接着沉积一非晶硅薄膜210和欧姆接触层220,然后在绝缘基板表面上涂覆一层光刻胶(未示出),利用GTM(Gray Tone Mask)或HTM(half Tone Mask)光掩膜版进行曝光、显影后,形成具有不同高度的光刻胶图案230,最后采用干法刻蚀工序,得到如图6所示的非晶硅图案211和欧姆接触层图案221。利用灰化反应,刻蚀部分光刻胶图案230,得到光刻胶图案231和232。最后,利用光刻胶图案231和232作为掩膜,采用干法刻蚀工序,刻蚀部分欧姆接触层221,形成源极欧姆接触区域222和漏极欧姆接触区域223,去除光刻胶掩膜后,得到如图7所示的图案。
如图8所示,采用一准分子激光退火工序,使非晶硅薄膜211再结晶成为一多晶硅层,作为薄膜晶体管的通道区域212。
如图9所示,利用一等离子增强化学气相沉积(plasma enhanced chemicalvapor depositon,PECVD)工序,在绝缘基板100的图案表面上形成一约为几千埃的绝缘层,如氮化硅层111。随后再进行一第一溅射工序,以便在氮化硅层111的表面形成一金属层(未示出),该金属层可以是一铝层、一钨层、一铬层或其他金属导电层。接着,在绝缘基板100的表面涂布一层光刻胶(未示出),并利用一光刻工序在光刻胶中限定出一栅极图案(未示出),该栅极图案位于通道区域212的上方。然后对金属层进行一蚀刻工序,以便在氮化硅层111之上形成栅极310,而氮化硅层111用来作为低温多晶硅薄膜晶体管的栅极绝缘层。
如图10所示,在绝缘基板100表面上,再沉积一介电层112,接着利用一黄光暨蚀刻工序在源极欧姆接触区域222以及漏极欧姆区域223的上方的介电层112以及氮化硅层110之内分别形成一直达源极的接触孔420以及漏极的接触孔410。因为在曝光时,为了减少其它光源对光刻胶的影响,在曝光过程中,外界的照明光源都是黄光,所以就称为黄光制程。
如图11所示,最后在绝缘基板100表面上沉积一导电材料,如一铝层、一钨层、一铬层或其他金属导电层(未示出)。接着利用一黄光暨刻蚀工序,形成源极520和漏极510,这样就可以把信号从源极520电连接至漏极510,完成整个低温多晶硅薄膜晶体管的制造过程。
其中缓冲层110是为了增加非晶硅薄膜210的附着力,当然也可以直接在绝缘基板100上沉积一非晶硅薄膜210和欧姆接触层220。
非晶硅的工艺一般采用Bottom结构(底栅结构),即栅电极在有源层的下面;而多晶硅一般采用的工艺是Top结构(顶栅结构),即栅电极在有源层的上面。上述实施例中的低温多晶硅薄膜晶体管采用了Top结构工艺,当然本发明的低温多晶硅薄膜晶体管也可以采用Bottom结构。不管是Bottom结构,还是Top结构,两者只是在制造工序上有一定差别,不需要对生产线的基台进行改造,因此本发明提供的制造方法可以利用非晶硅的生产线制造多晶硅。
综上所述,本发明提供的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法,与现有非晶硅薄膜晶体管生产工艺相兼容,无需注入工艺,而且不需要购入额外的设备完成整个工艺过程。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上,然其并非用以限定本发明,任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作些许的修改和完善,因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (4)

1.一种低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法,包括以下步骤:
提供一基板,并在该基板上依次沉积一非晶硅薄膜、一欧姆接触层;
利用一第一光罩在所述欧姆接触层之上形成一源极欧姆接触层和一漏极欧姆接触层,在所述非晶硅薄膜上形成非晶硅图案;
采用一准分子激光退火工序,使所述非晶硅图案再结晶成为一多晶硅层图案,所述多晶硅层图案为薄膜晶体管的通道区域;
在基板上继续沉积一栅极绝缘层和一第一金属层;
利用一第二光罩在所述第一金属层上形成一栅极,所述栅极位于所述通道区域的上方;
在基板上沉积一介电层,在介电层和栅极绝缘层上形成直达源极欧姆接触层和漏极欧姆接触层的接触孔;
在基板上沉积一第二金属层,在第二金属层上形成一源极和一漏极,所述源极通过接触孔和源极欧姆接触层电连接,所述漏极通过接触孔和漏极欧姆接触层电连接。
2.根据权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法,其特征在于,所述基板上先沉积一缓冲层,然后依次沉积一非晶硅薄膜和一欧姆接触层。
3.根据权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法,其特征在于,所述第一光罩为一多灰阶光罩。
4.根据权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法,其特征在于,形成接触孔的方法包括黄光暨刻蚀工序。
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