CN104576753B - 一种低温多晶硅薄膜晶体管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低温多晶硅薄膜晶体管及其制造方法,该方法包括:在基板上制作缓冲层;在缓冲层上制作非晶硅层;在非晶硅层上覆盖金属诱导层,进行金属诱导晶化使非晶硅层转变为多晶硅层;图形化所述多晶硅层形成沟道区和源漏区;刻蚀掉所述沟道区因金属诱导晶化残留有金属粒子的表层;在源漏区和经刻蚀的沟道区上依次形成栅极绝缘层、栅极、层间绝缘层和源漏极。本发明实现了沟道区和源漏区金属粒子浓度的分别控制,不但使得沟道区金属粒子浓度较低,减小漏电流;而且使得源漏区金属粒子浓度较高,且金属粒子可作为掺杂物减少重掺杂工艺,同时减小接触电阻,最终消除残留在有源区的金属粒子对器件性能的影响。

Description

一种低温多晶硅薄膜晶体管及其制造方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域,具体涉及一种低温多晶硅薄膜晶体管及其制造方法。
背景技术
多晶硅材料(poly-silicon, p-Si)与非晶硅材料(amorphous silicon, a-Si)比较起来具有更高的迁移率,因此,采用多晶硅制备薄膜晶体管可以得到响应更快的器件。一般来说,薄膜晶体管至少具有栅极、源极、漏极以及有源层等构件,其中可通过控制栅极的电压来改变有源层的导电性,以使源极与漏极之间形成导通(开)或绝缘(关)的状态,此外,通常还会在有源层上形成一具有N型掺杂或P型掺杂的欧姆接触层,以减少有源层与源极、或通道层与漏极间的接触电阻。
现有技术中,通常在非晶硅沉积完成后沉积一层金属扩散阻挡层,如二氧化硅,之后再溅镀一层金属诱导层,实现晶化同时控制到达多晶硅表面金属粒子的浓度,其缺点是:虽能控制到达多晶硅表面的金属粒子浓度,但不能分区域控制。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供一种低温多晶硅薄膜晶体管及其制造方法,其在金属诱导晶化完成后通过刻蚀去掉沟道区因金属诱导晶化残留有金属粒子的表层,消除残留在沟道区的金属粒子对TFT器件性能的影响,减小沟道区漏电流;同时残留在源漏区的金属粒子可以作为掺杂,形成欧姆接触,减小接触电阻。
为达到上述目的,本发明提供一种低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法,该方法包括:
步骤一,在基板上制作缓冲层;
步骤二,在缓冲层上制作非晶硅层;
步骤三,在非晶硅层上覆盖金属诱导层,进行金属诱导晶化使非晶硅层转变为多晶硅层;
步骤四,图形化所述多晶硅层形成沟道区和源漏区;
步骤五,刻蚀掉所述沟道区因金属诱导晶化残留有金属粒子的表层;
步骤六,在源漏区和经刻蚀的沟道区上依次形成栅极绝缘层、栅极、层间绝缘层和源漏极。
进一步地,所述步骤一包括:在基板上依次沉积第一缓冲层和第二缓冲层。
进一步地,所述第一缓冲层的材料为硅的氧化物。
进一步地,所述第二缓冲层的材料为硅的氮化物。
进一步地,在所述步骤三之前还包括在所述非晶硅层上沉积金属扩散阻挡层。
进一步地,步骤五中,所述沟道区因金属诱导晶化残留有金属粒子的表层包括一金属粒子浓度最大的峰值层,所述被刻蚀掉的沟道区表层厚度至少超过所述峰值层。
进一步地,在所述步骤五之后,还包括刻蚀所述源漏区因金属诱导晶化残留有金属粒子的表层。
进一步地,所述源漏区因金属诱导晶化残留有金属粒子的表层包括一金属粒子浓度最大的峰值层,所述被刻蚀掉的沟道区表层厚度不超过所述峰值层。
进一步地,步骤五采用半曝光刻蚀掉所述沟道区表层。
本发明还提供一种由上述方法制造的低温多晶硅薄膜晶体管。
本发明相对于现有技术具有以下实质性特点和进步:
在金属诱导晶化完成后通过刻蚀去掉沟道区因金属诱导晶化残留有金属粒子的表层,降低了沟道区的金属粒子浓度,减小漏电流;同时由于金属诱导晶化残留在源漏区表层的金属粒子可作为掺杂物,减少了源漏区的重掺杂工艺,并减小了源漏区的接触电阻,最终优化了薄膜晶体管性能。
附图说明
图1A至图1D为本发明实施例的低温多晶硅的制造流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1A至1D所示的一种低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法,该方法包括:
步骤一,在基板100上制作缓冲层110。所述的基板100的材质可为玻璃、石英、有机聚合物、或是不透光/反射材料,例如:导电材料、晶圆、陶瓷,或其它可适用的材料。所述的缓冲层110可采用低压化学气相淀积工艺或离子增长型化学气相淀积工艺。在具体的实施例中,缓冲层110可以是单层或双层。单层缓冲层110可以为氧化硅或氮化硅。双层缓冲层110包括第一缓冲层和第二缓冲层,第一缓冲层的材料为硅的氧化物,例如SiO2;第二缓冲层的材料也可为硅的氮化物,例如Si3N4
步骤二,在缓冲层110上制作非晶硅层120。缓冲层110可阻挡基板100所含的杂质向非晶硅层120迁移。形成非晶硅层120的方式可以是化学气相淀积工艺(CVD)或离子增长型化学气相淀积工艺(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)。
步骤三,在非晶硅层120上覆盖金属诱导层140,进行金属诱导晶化使非晶硅层120转变为多晶硅层121。在金属诱导晶化后有金属粒子残留在多晶硅层121表层,会造成较大的漏电流,进而影响TFT器件性能。在覆盖金属诱导层140之前还可在非晶硅层120上沉积金属扩散阻挡层,然后覆盖金属诱导层140。在非晶硅层120上沉积金属扩散阻挡层可在金属诱导晶化时控制到达Si表面金属粒子的浓度。金属扩散阻挡层的材料包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅,或其它可适用的材料,优选SiO2,而较佳的厚度是0~500 Å。
步骤四,图形化多晶硅层121形成沟道区122和源漏区123。所述的沟道区122的材质是N型掺杂非晶硅或P型掺杂非晶硅,如掺杂有磷原子,且所掺杂磷原子浓度为介于1×1017~1×1019atom/cm3之间,或者,掺杂有硼原子,且所掺杂硼原子的浓度为介于1×1016~5×1017atom/cm3之间。
步骤五,采用半曝光工艺刻蚀掉沟道区122因金属诱导晶化残留有金属粒子的表层,消除金属粒子残留在多晶硅层121表层造成较大的漏电流的影响。沟道区122的表层中包含一层金属粒子浓度最大的峰值层,该刻蚀工艺至少要刻蚀到所述峰值层的下层,才能消除金属粒子对沟道区122的影响。同时,可选择进一步刻蚀源漏区123因金属诱导晶化残留有金属粒子的表层。源漏区123的表层中也包含一层金属粒子浓度最大的峰值层,该刻蚀工艺优选地要刻蚀到露出所述峰值层,使得残留在源漏区123的金属粒子可以作为掺杂,形成欧姆接触,减小接触电阻。因此,减少了常规工艺中金属诱导晶化后剥离金属诱导层及金属扩散阻挡层的工艺步骤,以及之后对源漏区进行离子掺杂的步骤;同时实现了对沟道区和源漏区实现了分区的离子掺杂控制,减小了沟道区的漏电流及源漏区的接触电阻。
步骤六,在经刻蚀的沟道区及源漏区上依次形成栅极绝缘层150、栅极160、层间绝缘层170和源漏极180。其中栅极绝缘层150的材质可以是氧化硅或其它绝缘材料;形成栅极绝缘层150的方式可是采用PECVD工艺,并配合SiH4/N2O或TEOS/O2等反应气体。形成栅极160的方法是先沉积一层导电材料,之后图案化所述导电材料以形成栅极金属层。基于导电性的考虑,栅极一般是使用金属材料。根据其它实施例,栅极也可以是使用其它导电材料,例如合金、金属材料的氮化物、金属材料的氧化物、金属材料的氮氧化物、或是金属材料与其它导电材料的堆栈层。作为具体的实施例,形成栅极160的方式先在栅极绝缘层150上以溅镀(sputtering)工艺或物理气相淀积(physics vapor deposition, PVD)工艺形成栅极材料层,其中,栅极材料层的材质例如是铬或其它金属材质,接着,再对此栅极材料层进行光刻工艺或蚀刻工艺,以形成栅极160。层间绝缘层170隔绝栅极160和源漏极180,但源漏极180通过层间绝缘层170和栅极绝缘层150上的过孔与源漏区123电连接。
至此,形成一个低温多晶硅薄膜晶体管,该低温多晶硅薄膜晶体管包括依次层叠于基板上的缓冲层、多晶硅沟道、栅绝缘层、栅极和源漏极,其中,多晶硅沟道为金属诱导晶化产生,并经刻蚀去掉了掺杂有金属粒子的表层 ,降低了沟道区的金属粒子浓度,减小了漏电流;同时保留源漏区的金属粒子的掺杂,不但省略了重掺杂的工艺步骤,并减小了接触电阻。实现了对沟道区和源漏区掺杂程度的分别控制。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例,本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换,均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法,其特征在于,该方法包括:
步骤一,在基板上制作缓冲层;
步骤二,在缓冲层上制作非晶硅层;
步骤三,在非晶硅层上覆盖金属诱导层,进行金属诱导晶化使非晶硅层转变为多晶硅层;
步骤四,图形化所述多晶硅层形成沟道区和源漏区;
步骤五,刻蚀掉所述沟道区因金属诱导晶化残留有金属粒子的表层,所述沟道区因金属诱导晶化残留有金属粒子的表层包括一金属粒子浓度最大的峰值层,所述被刻蚀掉的沟道区表层厚度至少超过所述峰值层;
步骤六,在源漏区和经刻蚀的沟道区上依次形成栅极绝缘层、栅极、层间绝缘层和源漏极;
在所述步骤五之后,还包括刻蚀所述源漏区因金属诱导晶化残留有金属粒子的表层;
所述源漏区因金属诱导晶化残留有金属粒子的表层包括一金属粒子浓度最大的峰值层,所述被刻蚀掉的源漏区表层厚度不超过所述峰值层。
2.如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法,其特征在于,所述步骤一包括:在基板上依次沉积第一缓冲层和第二缓冲层。
3.如权利要求2所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法,其特征在于,所述第一缓冲层的材料为硅的氧化物。
4.如权利要求3所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法,其特征在于,所述第二缓冲层的材料为硅的氮化物。
5.如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法,其特征在于,在所述步骤三之前还包括在所述非晶硅层上沉积金属扩散阻挡层。
6.如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法,其特征在于,步骤五采用半曝光刻蚀掉所述沟道区表层。
7.一种采用如权利要求1-6任一项所述的方法制造的低温多晶硅薄膜晶体管。
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