CN1146028C - 薄膜晶体管的轻掺杂漏极/偏置结构的制造方法 - Google Patents
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Abstract
薄膜晶体管的制造方法。首先在衬底上形成有源层，之后，在有源层上形成第一绝缘层。之后，在第一绝缘层上形成栅极图形，并用栅极图形作掩模给有源层进行离子轻掺杂而形成轻掺杂漏极区。用电化学聚合工艺在栅极图形表面上形成聚合物层，用淀积有聚合物层的栅极图形给有源层进行离子重掺杂而形成源级和漏极接触层。之后，第一绝缘层表面上形成覆盖栅极图形的第二绝缘层。通过绝缘层形成接触孔、并在接触孔中溅射金属材料，形成源极和漏极电极。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜晶体管的制造方法，具体涉及薄膜晶体管(以下称作TFT)中偏置/轻掺杂漏极(LDD)结构的制造方法。
背景技术
通常，由于薄膜晶体管可包含CMOS，它已广泛用作诸如有源矩阵液晶显示器之类的平板显示器中的象素On/off(通/断)转换元件。这种薄膜晶体管应设计成有电压-电阻和高On/off电流比。
薄膜晶体管可分成两类：非晶硅晶体管和多晶硅晶体管。尽管多晶硅晶体管在电子移动速度和可靠性方面优于非晶硅晶体管，但是，由于多晶硅晶体管的一个层必须在高温环境中构成。因此，非晶硅晶体管得到了更广泛的应用。
然而，近年来，随着用诸如准分子(eximer)激光设备这样的设备在低温环境中能形成多晶硅晶体管的这个层，而使多晶硅晶体管的使用和开发越来越广泛。
通常在衬底上淀积非晶硅，之后，用准分子激光辐照非晶硅使非晶硅生成多晶硅，由此构成多晶硅晶体管。当多晶硅晶体管导通时，它会出现大电流。但是，由于多晶硅在各个部分有典型的俘获能级，因此，晶体管在截止状态下会产生大的漏电流。
为克服上述缺陷，在源极电极与漏极电极之间形成无离子掺杂的偏置区来抑制漏电流。而且，为稳定偏置区，还形成轻掺杂漏极(LDD)区。
按常规方法，是用复杂的光刻工艺来形成偏置区和LDD区。但是，现在已开发出不用光刻工艺形成偏置区的技术。
即，在重掺杂的源极和漏极接触区形成之后，对栅极阳极化处理，用阳极化层侵蚀其截面区域，由此在有源层中自然地形成偏置区。
但是，用该技术对于用阳极化工艺来减小栅极是有限的。而且，由于棚极所减小的厚度只是阳极化层的厚度，因此，影响了电流流动。此外，随着阳极化层的生长，在源级和漏极电极之间会出现短路。
按另一种方法，用湿腐蚀被光刻胶层保护的栅极侧壁来形成偏置区。但是，由于在离子掺杂工艺中光刻胶层变硬，因此，偏置区形成工艺之后很难去除光刻胶层。此外，如果不能精确地对准，也就不能获得所需的偏置区。
发明内容
为克服常规技术中的上述缺陷，本发明做了很多努力。
本发明的目的是提供通过电化学聚合工艺很容易地形成TFT中的偏置和LDD区的TFT的制造方法。
为达到上述目的，本发明提供一种在薄膜晶体管的LDD结构形成中用的聚合层的形成方法，包括以下步骤：制备其上顺序形成有有源层、覆盖有源层的绝缘层和栅极的衬底；衬底浸入含有单体的电解液中；用具有与栅极耦联的第一端和与金属电极耦联的第二端的电源产生电场，以形状包围在栅极周围有预定厚度的聚合物。
金属电极最好包含在衬底上形成的一个公共电极，并且用选自Cr、M、Ag、Au、Zn、Sn、Cu、Fe、Al、Pt、V和C构成的金属组件中的金属材料或其合金制成。
单体选自乙烯单体和烯丙基单体。单体最好溶于选自CH2Cl2、THF、CH3CN、DMF、DMSO、丙酮和水组成的溶剂组中的一种溶剂。
按本发明的另一方面，本发明提供一种形成薄膜晶体管的偏置/LDD结构的方法，包括以下步骤：衬底上形成有源层；衬底上淀积覆盖有源层的绝缘层；绝缘层上构成栅极图形；用电化学聚合工艺形成聚合物层，聚合物层按预定厚度包围栅极；用聚合物层给有源层进行离子重掺杂；去除聚合物层。
该方法还可以包括在聚合物层形成之前，或在除去聚合物层之后，用栅极作掩膜给有源层进行离子轻掺杂的步骤。
附图说明
包含在说明书中并构成说明书的一部分的多个附图展示出了本发明的实施例，它们与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1a至1f是按本发明的第一实施例的各个顺序工艺步骤的TFT的部分截面图；
图2a至2d是按本发明的第二实施例的各个顺序工艺步骤的TFT的部分截面图；
图3是进行本发明的电镀工艺所用的设备示意图。
具体实施方式
以下将参见附图详细说明图示的本发明的优选实施例。所有的图中相同或相似的部分用同一数字标示。
图1a至1f示出按本发明的第一实施例的薄膜晶体管的顺序工艺步骤。
如图1a所示，TFT衬底20上首先形成缓冲层22，之后，在缓冲层22上形成有源层24。随后，如图1b所示，缓冲层22上形成覆盖有源层24的第一绝缘层26，用光刻工艺在第一绝缘层26上构成栅极28的图形。
之后，如图1c所示，用栅极图形28作掩模给有源层24进行离子轻掺杂。结果，有源层24上除了被棚极图形28遮盖的部分之外形成LDD区30。
上述结构中可省去缓冲层22。
为了形成有源层24，首先在缓冲层22上淀积非晶硅，之后，按预定图形腐蚀非晶硅。之后，用准分子激光辐照非晶硅图形，使非晶硅图形生长成多晶硅图形，由此获得有源层24。
最好用四乙基原硅酸盐法，化学汽相淀积(CVD)法，或溅射法，用SiO2制成厚度约100nm的第一绝缘层26。
用诸如掺有n或p离子的Ta、Al、Nb、硅之类的金属材料或ITO形成栅极图形28。栅极的厚度最好小于200nm。
之后，除去形成棚极图形28用的光刻胶层之后，在栅极图形28上淀积聚合物层32，之后，给有源层24进行离子重掺杂。
按本发明的一个特征，用电化学聚合工艺形成聚合物层32。即，在其上形成有栅极图形28的衬底20浸入含有溶在溶剂中的单体的电解液的状态下，通过金属电极给电解液加上电能时，栅极28上就镀上了聚合物层32。
图3示出了可用于本发明的电镀设备。
电镀设备包括其中装有含在露出的栅极28上镀覆聚合物层用的单体的电解液42的电镀槽44以及具有与栅极28耦联的第一端和与金属电极46耦联的第二端的电源48。
通过改变电流大小和处理时间可调节镀覆聚合物的厚度。电极、电解液、单体和溶剂的材料也会影响镀覆聚合物的厚度。
金属电极可用选自Cr、Ni、Ag、Au、Zn、Sn、Cu、Fe、Al、Pt、V和Carbon构成的组中的材料或其合金构成。或者，把薄膜晶体管的储能电容器用的一个电极用作金属电极。为此，可用衬底上形成的公共电极作为储能电容器的电极。最好用与棚极材料相同的材料形成公共电极。
金属电极最好安装在电解槽44上。为此，金属电极最好设置在与栅极相同的平面上，以便能在栅极的一边上形成电场，由此，能容易地在栅极此边上镀覆聚合物。
本实施例中，如图3所示，是以在衬底上形成的储能电容器的公共电极为例。即，聚合物镀覆工艺是在电源48的第一端(即，阳极)耦联到栅极28和第二端(即，阴极)耦联到公共电极46的状态下进行的。
此外，溶剂选自由CH2Cl2，四氧呋喃(THF)、CH3CN、N，N-二甲基甲醛(DMF)，二甲亚砜(DMSO)、丙酮和水组成的溶剂组。
电解液选自由Bu4NPF6、Bu4NClO4、HCl、H2SO4、HNO3和HClO4组成的材料组。
聚合工艺所用的单体选自乙烯基单体和丙烯基单体。乙烯基单体最好选自由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯睛和苯乙烯组成的材料组中的材料。丙烯基苯可用作丙烯基单体。
或者，通过用己内酰胺或苯乙烯硫化物的环形开口聚合工艺也能镀覆聚合物层。
用上述的电镀设备，如图1d所示，在栅极28上镀覆聚合物层32。
之后，如图1e所示，用覆盖有聚合物层32的栅极图形28作掩模进行离子重掺杂时，有源层24的相对端变成了确定源极和漏极用的接触层34a和34b。之后，除去聚合物层32。
之后，在去除聚合物层32之后，进行制造TFT的工艺。即，如图1f所示，在第一绝缘层26的表面上淀积覆盖栅极图形28的第二绝缘层36，之后，形成连接到接触层34a和34b的接触孔。接触孔中填入金属，形成源极和漏极38和40。
图2a至2d示出了按本发明第二实施例的顺序工艺步骤的TFT的部分横截面图。
如图2a所示，形成如第一实施例中的第一栅极28之后，用与第一实施例相同的方式形成覆盖栅极28的聚合物层32，之后，如图2b所示，用聚合物层32作掩模进行离子重掺杂。
之后，如图2c所示，除去聚合物层32之后，如图2d所示，进行离子轻掺杂，以形成LDD区30。没进行离子轻掺杂处将形成偏置区。
已展示并说明了本发明的具体实施例，对本技术领域的技术人员而言，在不超出本发明的情况下还会在更宽的范围内做出很多变化和改进，但是，这些变化和改进均在本发明的精神和范围内。
Claims (12)
1.形成薄膜晶体管的轻掺杂漏极结构所用的聚合物层的制造方法，包括以下步骤：
制备其上顺序形成有有源层、覆盖有源层的绝缘层和栅极的衬底；
衬底浸入含单体的电解液中；和
用具有耦联到栅极的第一端和耦联到金属电极的第二端的电源产生电场，以形成包围棚极的有预定厚度的聚合物。
2.按权利要求1的方法，其中，金属电极包括衬底上形成的公共电极。
3.按权利要求1的方法，其中，用选自由Cr、Ni、Ag、Au、Zn、Sn、Cu、Fe、Al、Pt、V和C组成的组中的材料或其合金制造的金属电极。
4.按权利要求1的方法，其中，单体溶于选自由CH2Cl2、四氧呋喃、CH3CN、二甲基甲醛、二甲亚砜、丙酮和水组成的溶剂组中的溶剂中。
5.按权利要求1的方法，其中，单体选自乙烯基单体和丙烯基单体。
6.按权利要求5的方法，其中，乙烯基单体是选自由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸酰胺、丙烯酸、丙烯睛和苯乙烯组成的材料组中的材料。
7.按权利要求5的方法，其中，丙烯基单体是丙烯基苯。
8.按权利要求1的方法，其中，聚合物是通过用己内酰胺或苯乙烯硫化物的环形开口聚合工艺形成的。
9.形成薄膜晶体管的偏置/轻掺杂漏极结构的方法，包括以下步骤：
衬底上形成有源层；
衬底上淀积覆盖有源层的绝缘层；
绝缘层上形成栅极图形；
形成聚合物层，使聚合物层按预定厚度包围棚极；
用聚合物层作掩模对有源层进行离子重掺杂，和
除去聚合物层；
其中，形成聚合物层的步骤还包括把衬底浸入含单体的电解液中的步骤，以及用具有耦联到栅极的第一端和耦联到金属电极的第二端的电源产生电场而形成按预定厚度包围栅极的聚合物的步骤。
10.按权利要求9的方法，还包括在形成聚合物层的步骤之前，用栅极作掩模给有源层进行离子轻掺杂的步骤。
11.按权利要求9的方法，还包括在除去聚合物层的步骤之后，用栅极作掩模给有源层进行离子轻掺杂的步骤。
12.按权利要求9的方法，其中，金属电极包括衬底上形成的公共电极。
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