CN1301550C

CN1301550C - 制作互补式薄膜晶体管的方法

Info

Publication number: CN1301550C
Application number: CNB031603424A
Authority: CN
Inventors: 蔡耀铭; 张世昌; 邓德华; 王士宾
Original assignee: Toppoly Optoelectronics Corp
Current assignee: TPO Displays Corp
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2023-09-26
Also published as: CN1601724A

Abstract

本发明提供一种制作互补式薄膜晶体管的方法，首先于一基板表面形成未完成源极与漏极掺杂的一第一薄膜晶体管与一第二薄膜晶体管，接着将一第一导电型式的掺杂剂掺杂于该第一薄膜晶体管内，以形成该第一薄膜晶体管的源极与漏极，然后进行一高压回火工艺，以修补该第一薄膜晶体管与该第二薄膜晶体管的晶格缺陷，最后将一第二导电型式的掺杂剂掺杂于该第二薄膜晶体管内，以形成该第二薄膜晶体管的源极与漏极。

Description

制作互补式薄膜晶体管的方法

技术领域

本发明关于一种制作薄膜晶体管的方法，特别是一种制作互补式薄膜晶体管(complementary metal-oxide semiconductor thin film transistor，CMOSTFT)的方法。

背景技术

由于薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)具有外型轻薄、耗电量少以及无辐射污染等特性，故已被广泛地应用在笔记本电脑、个人数字助理(PDA)等便携式资讯产品上。而现行的TFT-LCD多是利用互补式薄膜晶体管(CMOS TFT)的工艺技术，以整合标准的驱动集成电路(IC)于液晶显示面板之上，因而能够减少显示器的尺寸、降低生产成本并缩短模块处理时间。

请参考图1至图3，图1至图3是现有制作互补式薄膜晶体管10的方法示意图。如图1所示，首先于一玻璃基板12上形成一非晶硅层(未显示于图1中)，然后对该非晶硅层进行一回火工艺，例如一准分子激光退火(excimer laser annealing，ELA)工艺，使得该非晶硅层再结晶成为一多晶硅层(未显示于图1中)。随后，对该多晶硅层进行一光刻暨蚀刻工艺，而于玻璃基板12上形成多个图案化多晶硅(pattemed polysilicon)层14与16。此外，该回火工艺也可以实施于该光刻暨蚀刻工艺之后，并且玻璃基板12与该非晶硅层之间可另形成一缓冲层(未显示于图1中)，以保护回火后的多晶硅层不受玻璃基板的杂质污染，并避免玻璃基板12受到回火工艺与蚀刻工艺的损伤。

紧接着，如图1所示，进行一低温沉积工艺，以形成一栅极绝缘(gateinsulating，GI)层18覆盖于图案化多晶硅层14与16之上，而栅极绝缘层18的材料可以是二氧化硅或氮化硅。之后，再于栅极绝缘层18上形成一导电层(未显示于图1中)，然后对该导电层进行一光刻暨蚀刻工艺，以于图案化多晶硅层14与16之上分别形成栅极导电层20与22。

随后，如图2所示，依序进行多道离子掺杂工艺，以于栅极导电层20两侧的图案化多晶硅层14内形成一P型源极14s与一P型漏极14d，并于栅极导电层22两侧的图案化多晶硅层16内形成一N型源极16s、一N型漏极16d、以及两个N型轻掺杂漏极17，如此一来，便完成P型薄膜晶体管10a与N型薄膜晶体管10b的制作，而P型薄膜晶体管10a与N型薄膜晶体管10b组成现有的互补式薄膜晶体管10。

此外，由于图案化的多晶硅层14与16本身便包含有许多的晶格缺陷(crystal defect)，并且在上述的离子掺杂工艺中，图案化多晶硅层14、16以及栅极绝缘层18更会因为离子的轰击而产生晶体缺陷，进而会导致电子陷于晶格缺陷内，影响互补式薄膜晶体管10的正常运作。因此，如图3所示，为了修补前述的晶格缺陷，现有的方法是于完成上述所有的离子掺杂工艺之后，再对P型薄膜晶体管10a与N型薄膜晶体管10b同时进行一高压回火(high pressure anneal，HPA)工艺，以修补图案化多晶硅层14、16以及栅极绝缘层18内的晶格缺陷。一般而言，该高温高压回火工艺是于高温与高压下通入适当的气体30，而气体30的气体分子在高温高压下会产生键结裂解，并且高温高压会驱使断键后的气体粒子扩散入图案化多晶硅层14、16与栅极绝缘层18内，以填补晶格内的悬空键(dangling bond)，进而达到修补晶格缺陷的功效。

然而，由于P型薄膜晶体管10a与N型薄膜晶体管10b掺杂有不同种类的掺杂离子，不同的掺杂离子对于高压回火工艺所提供的高温、高压气体有不同的反应机制。通常而言，在高压回火工艺中，若选取对P型薄膜晶体管10a有利的气体与工艺条件，往往会降低对N型薄膜晶体管10b的修补功效，反之，若选取对N型薄膜晶体管10b有利的气体与工艺条件，则会降低对P型薄膜晶体管10a的修补功效，因而降低了高压回火工艺的修补效能。

发明内容

本发明的目的是提供一种制作互补式薄膜晶体管的方法，以解决前述问题。

依据本发明的目的，在本发明的优选实施例之中，首先于一基板表面形成未完成源极与漏极掺杂的一第一薄膜晶体管与一第二薄膜晶体管，接着将一第一导电型式的掺杂剂掺杂于该第一薄膜晶体管内，以形成该第一薄膜晶体管的源极与漏极，然后进行一高压回火工艺，以修补该第一薄膜晶体管与该第二薄膜晶体管的晶格缺陷，最后将一第二导电型式的掺杂剂掺杂于该第二薄膜晶体管内，以形成该第二薄膜晶体管的源极与漏极。

由于本发明在完成该第一薄膜晶体管的源极与漏极的制作后，便进行该高压回火工艺，最后再完成该第二薄膜晶体管的源极与漏极的制作。因此，本发明可依据第一导电型式的掺杂离子的特性，调整该高压回火工艺的压力、温度以及工艺所使用的气体，因而可提升该高压回火工艺的效能。

附图说明

图1至图3是现有制作互补式薄膜晶体管10的方法示意图；以及

图4至图10是本发明的制作互补式薄膜晶体管40的方法示意图。

附图中的附图标记说明如下：

10 互补式薄膜晶体管 10a P型薄膜晶体管

10b N型薄膜晶体管 12 玻璃基板

14 图案化多晶硅层 14s P型源极

14d P型漏极 16 图案化多晶硅层

16s N型源极 16d N型漏极

17 N型轻掺杂漏极 18 栅极绝缘层

20 栅极导电层 22 栅极导电层

30 气体 40 互补式薄膜晶体管

40a P型薄膜晶体管 40b N型薄膜晶体管

42 基板 42a P型薄膜晶体管区

42b N型薄膜晶体管区 44 图案化多晶硅层

44s P型源极 44d P型漏极

46 图案化多晶硅层 46s N型源极

46d N型漏极 47 N型轻掺杂漏极

48 栅极绝缘层 50 栅极导电层

52 栅极导电层 54 图案化光致抗蚀剂层

56 图案化光致抗蚀剂层 58 层间介电层

60 气体 62 接触孔

64 导线

具体实施方式

请参考图4至图10，图4至图10为本发明的制作互补式薄膜晶体管40的方法示意图。如图4所示，首先提供一基板42，其可以是一玻璃基板或一石英基板，并且基板42包含有一P型薄膜晶体管区42a与一N型薄膜晶体管区42b。接着，于基板42上形成一非晶硅层(未显示于图4中)，然后对该非晶硅层进行一回火工艺，例如准分子激光退火工艺，使得该非晶硅层再结晶成为一多晶硅层(未显示于图1中)。随后，对该多晶硅层进行一光刻暨蚀刻工艺，以形成多个图案化多晶硅层44与46于基板42之上。此外，基板42与该非晶硅层之间另可形成一缓冲层(未显示于图4中)，用以保护回火后的多晶硅不受玻璃基板的杂质污染，并避免基板42受到回火工艺与蚀刻工艺的损伤。另一方面，该回火工艺也可以实施于该光刻暨蚀刻工艺之后。

如图4所示，进行一低温沉积工艺，以形成一二氧化硅层或一氮化硅层覆盖于图案化多晶硅层44、46与基板42之上，用来作为一栅极绝缘层48。随后，于栅极绝缘层48上方形成一导电层(未显示于图4中)，并对该导电层进行一光刻暨蚀刻工艺，以于图案化多晶硅层44与46之上分别形成栅极导电层50与52，而该导电层可以由铝、钛、钼(Mo)、钨、铊(Ta)、与掺杂多晶硅等构成。

如图5所示，进行一光刻工艺，以形成一图案化光致抗蚀剂层54覆盖于P型薄膜晶体管区42a之上。之后，依序进行多次离子注入工艺，以于栅极导电层52两侧的图案化多晶硅层46内形成一N型源极46s、一N型漏极46d、以及两个N型轻掺杂漏极47，最后再利用溶剂将图案化光致抗蚀剂层54去除，便完成N型薄膜晶体管40b的制作。此外，形成N型源极46s、N型漏极46d、以及N型轻掺杂漏极47的方法有很多种，其中之一可先利用栅极导电层52作为掩模，并进行一离子注入工艺，而于栅极导电层52两侧的多晶硅46内形成两个N型轻掺杂漏极47，然后再利用一图案化光致抗蚀剂层(未显示于图5中)覆盖于N型轻掺杂漏极47与栅极导电层52之上，随后再进行一离子注入工艺，以形成N型源极46s与N型漏极46d，最后，再进行一活化(activation)工艺，以将掺杂离子移至正确的晶格位置。

如图6所示，进行一高压回火工艺，以于高温高压下通入气体60，以修补图案化多晶硅层44、46以及栅极绝缘层48内的晶格缺陷。在本发明的高压回火工艺中，操作压力介于5至20大气压之间，操作温度则是介于300℃到600℃之间，通入的气体60可以是水气(H₂O)、氮气(N₂)、或氨气(NH₃)等，而工艺处理时间(processing time)则是介于30分钟到2小时之间。值得注意的是，本发明于N型薄膜晶体管40b制作完成之后，便进行高压回火工艺以修补晶格缺陷，因此，本发明可依据N型掺杂离子的特性，调整高压回火工艺的压力、温度以及工艺所使用的气体，以更有效地修补图案化多晶硅层44、46以及栅极绝缘层48内的晶格缺陷。此外，在进行该高压回火工艺之前，可选择性地形成一薄氧化层(未显示于图6之中)覆盖于基板42之上，以保护栅极导电层50、52与栅极绝缘层58。

接着，如图7所示，利用一光刻工艺形成一图案化光致抗蚀剂层56覆盖于N型薄膜晶体管40b之上。随后，再进行一离子注入工艺，以于栅极导电层50两侧的图案化多晶硅层44内形成一P型源极44s与一P型漏极44d，最后再利用溶剂将图案化光致抗蚀剂层56去除，并进行一活化工艺，以将掺杂离子移至正确的晶格位置，如此一来，便完成P型薄膜晶体管40a的制作。

如图8所示，利用一化学气相沉积工艺，于基板42之上形成一层间介电层(interlayer dielectric，ILD)58，而层间介电层58可以是一氮化硅层、或者是由一二氧化硅层与一氮化硅层上下堆叠而成。接着，可再进行一热处理工艺，以驱使层间介电层58内的氮化硅层中的氢离子，扩散入图案化多晶硅层44内，并填满因离子注入工艺所产生的晶格缺陷。此外，在本发明的其他实施例中，亦可先进行一等离子体处理工艺，利用等离子体来填补P型薄膜晶体管40a中的晶格缺陷，随后再利用一化学气相沉积工艺，以形成一层间介电层58于基板42之上。

随后，如图9所示，于玻璃基板42上形成一图案化光致抗蚀剂层(未显示于图9中)，并进行一各向异性干蚀刻工艺，例如利用四氟化碳(CF₄)等离子体进行干蚀刻工艺，去除未被该图案化光致抗蚀剂层所覆盖的层间介电层58，以形成多个通达源极44s、46s与漏极44d、46d表面的接触孔62，随后并利用溶剂去除该图案化光致抗蚀剂层。然后，如图10所示，于层间介电层58之上形成一导电层(未显示于图10中)，并使得各接触孔62中填入该导电层，最后进行一光刻暨蚀刻工艺，以各接触孔62内形成一导线64，而各导线64是用来电连接P型薄膜晶体管40a、N型薄膜晶体管40b与其他电子元件。

一般而言，由于N型薄膜晶体管40b的传递载子为电子，而电子对于晶格缺陷的敏感度高，所以N型薄膜晶体管40b通常会具有较差的电性表现。因此，在本发明的制作互补式薄膜晶体管的方法中，本发明是先完成N型薄膜晶体管40b的制作，然后进行一高压回火工艺以修补图案化多晶硅层44、46以及栅极绝缘层48内的晶格缺陷，最后才完成P型薄膜晶体管40a的制作。如此一来，本发明的方法不仅可提升该高压回火工艺的修补效能，更可使N型薄膜晶体管的电迁移速率提升至100cm²/V-s以上，并使P型薄膜晶体管与N型薄膜晶体管的起始电压的电压差缩小至2V以内。

必须注意的是，本发明亦可先完成P型薄膜晶体管40a的制作，然后进行一高压回火工艺，以修补图案化多晶硅层44、46以及栅极绝缘层48内的晶格缺陷，最后才完成N型薄膜晶体管40b的制作。

相较于现有技术，本发明于第一导电型式的薄膜晶体管的源极与漏极制作完成后，便进行一高压回火工艺以修补晶格缺陷，最后才制作第二导电型式的薄膜晶体管的源极与漏极。因此，本发明可依据第一导电型式的掺杂离子的特性，调整该高压回火工艺的压力、温度以及工艺所使用的气体，以更有效地修补图案化多晶硅层以及栅极绝缘层内的晶格缺陷，因而可提升该高压回火工艺的效能。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims

1.一种制作互补式薄膜晶体管的方法，该方法包含有下列步骤：

于一基板表面形成未完成源极与漏极掺杂的一第一薄膜晶体管与一第二薄膜晶体管；

将一第一导电型式的掺杂剂掺杂于该第一薄膜晶体管内，以形成该第一薄膜晶体管的源极与漏极；

在形成该第一薄膜晶体管的源极与漏极之后，且在形成该第二薄膜晶体管的源极与漏极之前，进行一高压回火工艺，以修补该第一薄膜晶体管与该第二薄膜晶体管的晶格缺陷；以及

将一第二导电型式的掺杂剂掺杂于该第二薄膜晶体管内，以形成该第二薄膜晶体管的源极与漏极。

2.如权利要求1所述的方法，其中于形成该第二薄膜晶体管的源极与漏极之后，该方法另包含有：

于该基板上形成一层间介电层，并覆盖该第一薄膜晶体管与该第二薄膜晶体管；

于该层间介电层中形成多个接触孔，该些接触孔分别通达该第一、与该第二薄膜晶体管的源极与漏极；以及

于该些接触孔中分别填入一导电层。

3.如权利要求2所述的方法，其中该层间介电层包含有一氮化硅层。

4.如权利要求3所述的方法，其中该层间介电层另包含有一二氧化硅层，覆盖于该氮化硅层之上。

5.如权利要求4所述的方法，其中方法还包含有：

进行一热处理工艺，以驱使该氮化硅层中的氢离子填满该第二薄膜晶体管中的晶格缺陷。

6.如权利要求2所述的方法，其中方法还包含有：

进行一等离子体处理工艺，以修补该第二薄膜晶体管中的晶格缺陷。

7.如权利要求1所述的方法，其中形成未完成源极与漏极掺杂的该第

与该第二薄膜晶体管的方法包含有下列步骤：

于该基板上形成一第一图案化多晶硅层与一第二图案化多晶硅层；

于该基板上形成一栅极绝缘层，并覆盖于该第一图案化多晶硅层与该第二图案化多晶硅层之上；以及

于该第一、与该第二图案化多晶硅层上方的该栅极绝缘层表面分别形成一第一栅极导电层、与一第二栅极导电层。

8.如权利要求1所述的方法，其中于进行该高压回火工艺之前，该方法还包含有：

形成一保护层于该第一薄膜晶体管与该第二薄膜晶体管之上，以保护该第一薄膜晶体管与该第二薄膜晶体管。

9.如权利要求7所述的方法，其中该栅极导电层是一金属层。

10.如权利要求7所述的方法，其中该栅极导电层由掺杂多晶硅所构成。

11.如权利要求1所述的方法，其中该高压回火工艺所使用的气体包含有水气、氮气、或氨气。

12.如权利要求11所述的方法，其中该高压回火工艺的操作压力介于5至20大气压之间，操作温度介于300℃到600℃之间，而工艺处理时间则介于30分钟到2小时之间。

13.如权利要求1所述的方法，其中该基板为一玻璃基板或一石英基板。

14.如权利要求1所述的方法，其中该第一导电型式为一N型导电型式，而该第二导电型式为一P型导电型式。

15.如权利要求1所述的方法，其中该第一导电型式为一P型导电型式，而该第二导电型式为一N型导电型式。