CN1632932A - 一种薄膜晶体管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种薄膜晶体管的制造方法，此方法利用激光回火进行热处理，使上述岛状非晶硅图案转变成为一复晶硅岛状图案，并同时活性化上述离子掺杂区域的离子，再在上述复晶硅岛状图案上形成一钝化层，接着，选择性刻蚀上述钝化层，以形成一露出上述离子掺杂区域的开口。然后，形成一填入上述开口的金属层，以形成源极/漏极电极。最后，本发明形成源极/漏极电极之后才进行氢离子处理，以减少复晶硅之中的悬键。
Description
技术领域
本发明是有关于一种薄膜晶体管(thin film transistor)及显示器(display)的制造方法，特别是一种有关于复晶硅薄膜晶体管及显示器的制造方法。
背景技术
复晶硅薄膜晶体管具有高载子移动率(high carrier mobility)、低温感度(low temperature sensitivity)及较佳的驱动能力而适用于高速组件(high speed elements)。复晶硅薄膜晶体管显示器则是具有快速显示、高亮度的特性，且可将驱动及控制电路形成在基板上，因此，复晶硅薄膜晶体管显示器已成为面板市场新的主流。
为了得到品质良好的复晶硅，非晶硅结晶化成为复晶硅的过程最好在600℃以上的温度，甚至更高的温度进行回火，然而高温回火必须搭配熔点极高的石英基板，如此导致基板的成本过高。为了降低基板的成本，本行业采用价格较低的玻璃基板取代上述石英基板，因而发展出低温复晶硅薄膜晶体管(low temperature polysilicon；LTPS)的制造技术，如何减少热工序对于玻璃基板的损害，成为重要的课题。
美国公开专利编号2004/0023446 A1揭示一种薄膜晶体管及面板的制造方法，此公开专利利用旋转涂布法形成平坦的层间介电层(inter-layerdielectric layer；ILD)以覆盖栅极电极，来防止断线的问题，由于旋转涂布(spin coating)的层间介电层的材料特性，必须加一道热处理以烘烤层间介电层，此公开专利之中揭示利用同一热处理步骤，同时活化掺杂离子与烘烤旋转涂层间介电层，以避免伤害玻璃基板。
第1图显示以上述现有技术制造薄膜晶体管的流程图，此流程图包括S30-S41等步骤，首先，在基板上形成非晶硅层步骤S30，然后，进行热处理，以降低上述非晶硅层的氢原子浓度步骤S31，接着，进行准分子激光回火使非晶硅层结晶化成为复晶硅层步骤S32，其次，图案化上述复晶硅层，以形成一岛状复晶硅图案步骤S33，之后，在上述岛状复晶硅图案上覆盖一绝缘层步骤S34，接下来，在上述绝缘层上形成一栅极电极步骤S35，紧接着，在上述岛状复晶硅图案内形成离子掺杂区域步骤S36，然后进行氢离子处理以消除悬键步骤S37，接着，在上述栅极电极上形成一层间介电层步骤S38，再以热处理活性化离子掺杂区域同时烘烤上述层间介电层步骤S39，其次，选择性刻蚀上述层间介电层，以形成一露出上述离子掺杂区域的开口步骤S40，再形成一填入上述开口的金属层，以形成源极/漏极电极步骤S41。
然而，此公开专利是在热处理以活化离子掺杂区域之前即进行氢离子以消除复晶硅岛状图案的晶界处的悬键(dangling bond)，很容易在热处理活化离子的步骤再度于沟道区形成悬键。
并且，此公开专利分别以两道热处理步骤进行降低非晶硅层之中的氢原子浓度以及使非晶硅层结晶化成为复晶硅层，仍有可能对玻璃基板产生热冲击。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种薄膜晶体管及显示器的制造方法，此方法能够避免在氢离子处理之后，再度形成悬键。
本发明另一目的在于提供一种薄膜晶体管及显示器的制造方法，此方法能够减少热处理的步骤，以降低对玻璃基板的热冲击。
根据上述的目的，本发明提供一种薄膜晶体管的制造方法，首先，在一基板上方形成一非晶硅层，上述非晶硅层之中含有第一浓度的氢原子，接着，进行第一次热处理，使上述非晶硅层之中含有第二浓度的氢原子，上述第二浓度小于上述第一浓度，然后，图案化上述非晶硅层，以形成一岛状非晶硅图案，其次在上述岛状非晶硅图案上覆盖一绝缘层。然后，在上述绝缘层上形成一栅极电极，之后，以上述栅极电极为光掩膜，且植入离子于上述岛状非晶硅图案，以在上述岛状非晶硅图案内形成离子掺杂区域。然后，利用激光回火进行第二次热处理，使上述岛状非晶硅图案转变成为一复晶硅岛状图案，并同时活性化上述离子掺杂区域的离子，再在上述复晶硅岛状图案上形成一钝化层，接着，选择性刻蚀上述钝化层，以形成一露出上述离子掺杂区域的开口。然后，形成一填入上述开口的金属层，以形成源极/漏极电极。
又根据上述之目的，本发明提供一种薄膜晶体管的制造方法，其中在形成上述金属层之后，可以还包括：进行第三次热处理，以同时烘烤上述钝化层并烧结上述金属层，之后，进行氢离子处理，以减少上述复晶硅岛状图案之中的悬键。
根据上述制造方法，在形成上述非晶硅层之前，最好利用形成化学气相沉积法在上述基板上形成氮化硅或二氧化硅层构成的底部涂覆层。
根据上述目的，本发明亦提供一种薄膜晶体管显示器的制造方法，采用上述的薄膜晶体管的制造方法，再在后续步骤形成像素电极等显示器所需的组件。
附图说明
第1图是显示现有薄膜晶体管制造方法的流程图；
第2a图至第2h图是本发明实施例的薄膜晶体管的工序剖面图；
第3图是显示本发明实施例的薄膜晶体管制造方法的流程图。
符号说明：
基板100 底部涂覆层102
非晶硅层104 岛状非晶硅图案104a
复晶硅岛状图案104b 光刻胶图案106、112
绝缘层108 导电层110
栅极电极110a 离子掺杂区域114a、114b
沟道CH 钝化层116
开口118a、118b 源极/漏极电极120a、120b
具体实施方式
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
请参照第2a图，利用例如离子增强型化学气相沉积法(plasma enhancedchemical vapor deposition；PECVD)在基板100上方形成厚度大约500埃至2000埃的非晶硅层(amorphous silicon)104，用来当作前驱物质(precursor)薄膜，其较佳厚度大约为50nm，此非晶硅层104之中可能含有大约10-12mol％的氢原子，上述基板100可以为耐热型无碱硅酸铝玻璃(Alumino silicateglass)或者石英材料(quartz material)。
为了防止后续工序植入的掺杂离子往基板100扩散，或者防止基板100之中的不纯物离子往后续形成的沟道区扩散，本实施例可以在形成上述非晶硅层104之前，利用化学气相沉积法在上述基板100形成底部涂覆层102，此底部涂覆层102可以为二氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)或者二氧化硅与氮化硅的复合层(composite layer)。
接着，进行第一次热处理以完成脱氢步骤(de-hydrogenation)，使上述非晶硅层104之中含有小于4mol％的氢原子，此第一次热处理可以采用热炉管进行，其处理时间大约介于半小时至2小时之间，较佳约1小时，处理的温度大约为350-500℃。
接着，请参照第2b图，图案化上述非晶硅层104，以形成岛状非晶硅图案104a。上述图案化步骤例如利用光刻工序(photolithography)在非晶硅层104形成光刻胶图案(photoresist pattern)106，然后利用此光刻胶图案106为刻蚀光掩膜(etching mask)，再施以干刻蚀步骤以形成上述岛状非晶硅图案104a。
然后，请参照第2c图，剥除上述光刻胶图案106，其次，在上述岛状非晶硅图案104a上覆盖绝缘层108，此绝缘层108形成的步骤可以为利用离子增强型化学气相沉积法形成二氧化硅层于此岛状非晶硅图案104a的表面。
接着，请参照第2d图，例如利用物理气相沉积法(physical vapordeposition)或溅射法(sputtering)在绝缘层108上形成厚度介于200至300nm之间的导电层110，此导电层10可以为铝、钛、钽或钼等金属或其合金，也可以是两种以上铝、钛、钽或钼构成的复合层。
其次，请参照第2e图，利用光刻工序在上述导电层108的表面形成光刻胶图案112，然后利用此光刻胶图案112为刻蚀光掩膜，再施以干刻蚀步骤以形成当作栅极电极110a的导电图案。
之后，请参照第2f图，剥除上述光刻胶图案112。然后以上述栅极电极110a为离子植入的光掩膜，且植入离子(ion implanting)于上述岛状非晶硅图案104a，以在上述岛状非晶硅图案104a内形成离子掺杂区域114a、114b。具体地说，利用离子植入中间测试台，将导入上述中间测试台的二硼烷(B2H6)气体离子化后，以形成硼离子(p型离子)，或是将导入上述中间测试台的磷化氢(PH3)气体离子化以形成磷离子(n型离子)，而穿透上述绝缘层108再注入上述岛状非晶硅图案104a的两侧，而离子掺杂区域114a、114b与未植入离子的沟道CH相隔。
接着，利用波长308nm(XeCl)的准分子激光回火进行第二次热处理，使上述岛状非晶硅图案104a结晶化而转变成为复晶硅岛状图案104b，并同时活性化上述离子掺杂区域114a、114b之离子(掺杂物)，以赋予掺杂离子区域114a、114b导电特性。此第二次热处理的激光束也可以用KrF或ArF。上述第二次热处理是以准分子激光回火步骤为例，但是也可使用快速热回火(rapidthermal annealing；RTA)来取代准分子激光回火步骤。
本发明的实施例利用第二次热处理，使上述岛状非晶硅图案结晶化转变成为复晶硅岛状图案，此时同时进行活化离子掺杂区域的离子，可减少一道热工序，而降低对基板的热冲击。
然后，请参照第2g图，利用离子增强型化学气相沉积法在上述复晶硅岛状图案104b表面形成厚度大约400nm至500nm的钝化层(passivationlayer)116，此钝化层116可以由含有硅及氧的有机绝缘材料或是无机绝缘材料构成。
接下来，请参照第2h图，选择性刻蚀上述钝化层116，以形成露出上述离子掺杂区域114a、114b的开口118a、118b，选择性刻蚀上述钝化层116的方法可以为，利用光刻工序形成光刻胶图案(图未显示)，然后，利用上述光刻胶图案为光掩膜，并刻蚀上述钝化层116直到形成露出上述离子掺杂区域114a、114b的开口118a、118b为止。其次，利用溅射法以全面性地沉积一金属层，然后进行光刻工序与刻蚀步骤以形成填入上述开口118a、118b的金属层，而构成与上述离子掺杂区域114a、114b接触的源极/漏极电极120a、120b，并同时形成信号线(signal line)，上述金属层可以包括铝、铝合金、硅化钨、或硅化钛。
接下来，最好进行第三次热处理，以同时烘烤上述钝化层116并烧结上述金属层构成的源极/漏极电极120a、120b，烧结的目的是为了降低接触阻抗，此第三次热处理系在350至500℃的温度下进行大约0.5至1小时。此热处理步骤同时烘烤钝化层116与烧结源极/漏极电极120a、120b，因此，能够减少热工序，而降低对玻璃基板的热冲击。
然后，为了消除或降低复晶硅岛状图案之中的悬键(dangling bond)，最好利用离子气相沉积中间测试台来进行氢离子处理。相较于先前技术，本发明的实施例形成源极/漏极电极之后才进行氢离子处理，以降低氢的悬键，如此，可使沟道之中的氢悬键不至在因后续的热处理而再度增加。
后续步骤可继续形成复晶硅薄膜晶体管显示器，也就是在形成源极/漏极电极120a、120b之后再沉积一层绝缘层，然后，再形成铟锡氧化物(ITO)等透明导电物质所构成的像素电极，以形成薄膜晶体管显示器。
以下，请参照第3图所示的本发明实施例的薄膜晶体管制造方法的流程图，此流程图包括S10-S21等步骤，首先，基板上形成非晶硅层步骤S10，然后，进行热处理，以降低上述非晶硅层的氢原子浓度步骤S11，接着，图案化上述非晶硅层，以形成一岛状非晶硅图案步骤S12，其次，在上述岛状非晶硅图案上覆盖一绝缘层步骤S13，在上述绝缘层上形成一栅极电极步骤S14，然后，在上述岛状非晶硅图案内形成离子掺杂区域步骤S15，接着，进行热处理，使上述岛状非晶硅图案转变成为一复晶硅岛状图案，并同时活性化上述离子掺杂区域的离子步骤S16。然后，在上述栅极电极上形成一钝化层步骤S17，接着，选择性刻蚀上述钝化层，以形成一露出上述离子掺杂区域的开口步骤S18，其次，形成一填入上述开口的金属层，以形成源极/漏极电极步骤S19。
本发明最好在步骤S19之后，热处理以同时烘烤该钝化层并烧结源极/漏极电极，请参照第3图步骤S20。之后，进行氢离子处理，以减少该复晶硅岛状图案之中的悬键，请参照第3图步骤S21。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (24)
1.一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于包括：
在一基板上方形成一非晶硅层，该非晶硅层之中含有第一浓度的氢原子；
进行第一次热处理，使该非晶硅层之中含有第二浓度的氢原子，该第二浓度小于该第一浓度；
图案化该非晶硅层，以形成一岛状非晶硅图案；
在该岛状非晶硅图案上覆盖一绝缘层；
在该绝缘层上形成一栅极电极；
以该栅极电极为光掩膜，且植入离子于该岛状非晶硅图案，以在该岛状非晶硅图案内形成离子掺杂区域；
利用激光回火进行第二次热处理，使该岛状非晶硅图案转变成为一复晶硅岛状图案，并同时活性化该离子掺杂区域之离子；
在所述复晶硅岛状图案上形成一钝化层；
选择性刻蚀该钝化层，以形成一露出该离子掺杂区域的开口；以及
形成一填入该开口的金属层，以形成源极/漏极电极。
2.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于还包括：
在形成该非晶硅层之前，在该基板表面形成一底部涂覆层。
3.根据权利要求2所述的一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于形成该底部涂覆层方法还包括：
利用化学气相沉积法在该基板上形成氮化硅或二氧化硅层。
4.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于形成该非晶硅的方法包括化学气相沉积法。
5.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于还包括以炉管进行第一次热处理，而处理的时间介于0.5小时至2小时之间。
6.根据权利要求5所述的一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于该第一次热处理系在350-500℃之间进行。
7.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于形成该绝缘层的方法包括：
利用离子增强型化学气相沉积法于该岛状非晶硅图案表面形成二氧化硅层。
8.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于形成该栅极电极的方法包括：
在该绝缘层上形成一导电层；以及
图案化该导电层以形成一栅极电极。
9.根据权利要求8所述的一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于该导电层选自由铝、钛、钽与钼构成的族群或其组合。
10.根据权利要求8所述的一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于该导电层的厚度介于200nm至300nm之间。
11.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于该离子植入步骤为植入p型离子。
12.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于该离子植入步骤为植入n型离子。
13.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于该第二次热处理使用波长308nm(XeCl)的准分子激光进行。
14.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管的制造方法，其中该第二次热处理为采用KrF或ArF准分子激光进行。
15.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于该钝化层为旋转涂布法形成。
16.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于该钝化层为有机绝缘材料。
17.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于该钝化层为无机绝缘材料。
18.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于选择性刻蚀该钝化层的方法还包括：
利用光刻工序形成一光刻胶图案；
利用该光刻胶图案为光掩膜，并刻蚀该钝化层直到形成一露出该离子掺杂区域的开口。
19.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于该金属层包括铝、铝合金、硅化钨、或硅化钛。
20.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于形成该金属层的方法包括：
溅射一金属层；
选择性刻蚀该金属层，以形成源极/漏极电极与信号线。
21.根据权利要求1所述的一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于该金属层形成之后还包括：
进行第三次热处理，以同时烘烤该钝化层并烧结该金属层；以及
进行氢离子处理，以减少该复晶硅岛状图案之中的悬键。
22.根据权利要求21所述的一种薄膜晶体管的制造方法，其中该第三次热处理是在350至500℃的温度下进行。
23.根据权利要求21所述的一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于该第三次热处理是进行0.5小时至1小时之间。
24.根据权利要求21所述的一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于该氢离子处理，是利用离子气相沉积中间测试台完成。
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