TW200417039A - Thin film transistor - Google Patents

Description

200417039 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於製造一種薄膜電晶體（TFT)，其可用於（例 如）一王動式矩陣液晶顯示器（AMLCD)或其他平板顯示器 中。 【先前技術】 如在本技術領域中吾人所熟知的，在液晶與其他平板顯 不斋中運用多個TFT以控制或感應該顯示器每一像素的狀 態。可藉由（例如）美國專利US_A-5 130 829所述使用非晶或 多晶半導體薄膜，在例如玻璃或塑膠材料之廉價的絕緣基 板上製造該等TFT。 藉由相繼沈積多層不同材料而形成TFT，且按慣例，可生 產一種通常水平放置之電晶體，其具有由微影 (photolithographic)方法界定之通道長度。一更小通道長度 通常係較佳的，因為其減少雜散電容且增加該顯示器之孔 徑比率。 可使垂直TFT具有比藉由水平微影與蝕刻方法製造之 TF丁更小的通道長度。在製造一垂直丁1^丁時，通常於一實質 上垂直該基板之平面内界定該通道長度。在該基板上可形 成一閘極，且可沈積一非晶矽層以使其自該閘極之上表面 伸展，沿其垂直伸展侧邊緣中的一個向下且水平穿過該基 板。該非晶矽層之向下伸展部分提供一垂直伸展通道，且 可藉由一準分子雷射器將其位於該閘極與該基板上之部分 退火（anneal)，以在該通道末端提供源極與汲極區域。可參 87314 200417039 考 M. Matsumura & A. Saitoh 5 MRS Symp. Proc. Vol. 467 (1997) ， p821 〇 在另一垂直TFT製造技術中，由該閘極提供之垂直步騾可 被用來防止如 Uchida等人，Jap. Jrnl. Appl. Phys·，25，9 Sept 1986, ppL798-L800所述之材料蝕刻。如700 IBM技術揭示公 告29 (19 86) 〇ct.，No. 5, NY，USA與Hansell等人的美國專利 4 633 284所述，當沈積源極與汲極電極時，也可將該由閘 極提供之步驟用來充當一蔭罩板。但是，由於在該垂直步 驟結構之製造過程中出現不均勻的方法特點，將可能出現 問題。另一不利條件在於該源極非常接近地位於該閘極 上，其導致一較大寄生電容，該寄生電容可（例如）藉由增加 將該行（column)充電至恰當電壓所需之時間常量而降低該 顯示器之效能。 在美國專利US-A-5 340 758中描述另一 TFT。在此組態 中，首先在一絕緣基板上提供一閘極，該閘極之形式為具 有一上表面之平臺，相身安置之傾斜側邊緣自該平臺朝該 基板方向向下伸展。隨後將提供一通道之該等層面沈積於 包括該等傾斜侧邊緣之該閘極區域上。接著將一金屬層沈 積於該所得結構上。接著藉由一光阻將該裝置平面化，該 光阻之厚度接著被減少直到其與該閘極上沈積金屬層之最 高平表面相齊。此在該光阻中產生一窗口，其接著被充當 一自對準遮罩使用，藉由該遮罩蚀刻該金屬層以形成位於 該閘極之傾斜表面上之獨立的源極與沒極區域。 該裝置之一個問題在於其具有一顯著水平延伸 200417039 (extent)，其限制了可獲得之小型化之程度。 【發明内容】 本發明 <一目標係一種改良的TF 丁製造方法，其允許獲得 文良的L通道長度。根據本發明提供之一種製造tft的方 法包含·在一基板上姓刻一基層結構以形成—具有傾斜側 邊緣 < 閘極，該等傾斜側邊緣向一頂點區域伸展；沈積材 料以在該等傾斜侧邊緣與該頂點區域上形成一通道層；在 孩通道層上沈積傳導材料以覆蓋該頂點區域與該等側邊 緣；在該傳導材料上施加一層遮罩材料，使得在該頂點區 域内的該傳導材料突出穿過該遮罩材料且自該遮罩材料直 互’且有選擇地蝕刻在該頂點區域内突出穿過該遮罩材料 之傳導材料，以提供位於該等傾斜邊緣上之獨立的源極與 沒極區域。 藉由在該頂點區域使該傳導材料突出穿過該保護層 (resist)，可以一方式將其蚀刻以獲得一改良的、非常短的 通道長度。 根據本發明，可執行該基層結構之蝕刻以使得在該頂點 區域形成一半徑為幾奈米之尖端。該蝕刻可產生傾斜角低 於90度之側邊緣。 本發明也提供一種TFT，其包含一基板、一位於該基板上 且具有互相傾斜之側邊緣之閘極、一位於該閘極上之通道 區域，以及分別位於該等側邊緣上之源極與沒極區域’其 中藉由一蝕刻方法在該基板上形成該問極’該蚀刻方法包 括在該等半徑為幾奈米之側邊緣之間的一頂點區域内形成 87314 200417039 一尖端。 加該通道區域之前可移除該尖端，或者可以與該銳 利大场相同〈万法形成該所謂鈍尖端，但是其具有一減少 的蚀刻時間以使得在該頂點區域形成-純尖端。 該閑極可被-層絕緣材料覆蓋，且該通道層位於該絕緣 材料上’—掺雜半導體材料層位於該通道層上，且一傳導 材料層位於該摻雜半導體材料上，該等源極與沒極區域已 形成於該傳導材料層上。

該通道區域可包含非晶⑦，該絕緣層可包含氮化秒且該 摻雜半導體層可包含n摻雜（n_doped)矽。 【實施方式】 參照圖1，在一可為光學透明之電絕緣基板丨上形成一 AMLCD面板在该基板上以本技術中本身已知之方法提供 LCD像素P之一主動開關矩陣。可參考Ep_A_〇 629 。該 基板也可為對（例如）矽顯示器上之液晶半導電，或與該等 TFT及其他傳導元件下之一絕緣層導電以防止短路。該等像 素Px，y被安排在矩形X、y陣列中且藉由X與y驅動電路2、3而 被操作。 考慮該像素Ρο,ο作為實例，其包括一液晶顯示元件LGG，藉 由TFT〇,〇而在不同光傳導（tansmisivities)間切換該液晶顯示 元件，該TFT〇，()之閘極被連接至驅動線Xg且其源極被耦接至 驅動線y〇。藉由向該等線路x〇、y〇施加合適的電壓，可將電 晶體TFT〇,〇啟動（switch on)與關閉並進而控制該LCD元件L〇,〇 之運行。吾人將暸解該顯示器之每一像素P均具有一相似結 胃8 - 87314 200417039 構且在χ與y驅動電路2、3運行過程中可以本彳已知之方式 逐列掃描該等像素。 圖2展示根據本發明之一丁 F 丁之實例的橫切面，其可被用 做如圖1展示之該等像素P。該„ 丁包含一形成於基板丨上之 傳導閘極區域4。該閘極區域4包含一如圖2所示之剖面為三 角形之銳利尖銳隆脊。將一可包含氮化矽之閘極絕緣層5沈 積於閘極4上。非晶矽層6覆蓋該閘極絕緣層5，以形成該電 晶體之通道。一η乂摻雜區域7覆蓋非晶矽層6且金屬源極與 汲極電極8a、8b位於該η-摻雜矽層7上。該電晶體具有一大 約為20至40奈米之通道長度]1。該數值也將视該等沈積材料 之尽度、銳度及熟知此項技術者熟知的其他因素而定。 現在參照圖3描述一種製造該TFT之方法。如圖3Α展示， 將一基層結構9、10施加於該基板}上以形成如圖2所示之閘 極4。該基層結構包含一覆蓋有光阻1〇之傳導材料層9。該 傳導材料9可包含一金屬層9，該金屬層可為（例如）A1、例 如Al(l%Ti)之A1合金、Cr或Ta，且其可被沈積至〜微 米之厚度。該厚度可視所需列線之電阻（也可係所需之尖端 高度）而定。該顯示器越大該列線電阻越低。 藉由習知微影技術圖案化該光阻1 〇以在待形成該閘極4 之區域形成一矩形襯蟄（pad)lO。如圖3A所示，光阻1〇之該 矩形區域之該寬度w的一實例係〇·5至2微米且選擇其長度 (垂直於圖3A之剖面圖之平面）（例如）為5微米，以提供一足 夠操作連接至其之該LCD像素之一電流充電路徑。 接著蚀刻且移除該金屬層9，光阻10之區域除外，在該區 87314 -9- 200417039 域中姓刻金屬層9以形成一如圖3B所示之銳利尖銳結構，其 充當閘極4。當使用一各向同性蝕刻時，可發生該銳利尖銳 結構之形成，但較佳設計該等蝕刻條件以使得該側面蝕刻 率比該向下姓刻率低，意即，該蝕刻方法係各向異性的。 對一 A1 (或A1合金）層面10而言，可使用例如正磷酸、氮酸 與酷酸及水在攝氏40度下以（例如）〜20:1:1:2之比例合成之 濕式姓刻。或者，可執行一例如CL與BCh以1:4之比例合成 《乾式姓刻。該三角形剖面結構4具有一尺寸為1至2微米之 矩形基底11 ’其具有相對地傾斜側邊緣4a、4b，其伸展至 包括一半徑為幾奈米之尖端〗3之頂點區域12。相對的該等 傾斜側邊緣4a、4b間之角度小於90度且通常在3〇度至6〇度 範圍内。 接著，如圖3B所示，以一氮化矽層形式塗覆該閘極介電5 直到40至200奈米之厚度。 參照圖3C，藉由習知CVD技術將用來形成該電晶體之通 道之内在非晶矽層6沈積至40奈米至2〇〇奈米之厚度。接著， 藉由CVD將該n+-摻雜矽層面7塗覆至4〇至1〇〇奈米之厚度。 接著，如圖3E所示，藉由CVD或濺鍍將金屬層8塗覆至 0.25至1微米之厚度。層面8之合適材料係a卜ai (i% Ti)、 Cr、Mo與Ta。將該層面8沈積充當一在該閘極區域4之傾斜 側邊緣4a、4b上伸展之連續層面，且其後執行一方法將該 連續層面8分離成獨立電極，該等電極形成該獨立電晶體之 該源極與汲極8a、8b。此包括該層面8之習知微影圖案化， 以界定該等源極與汲極電極之側面伸展以及他們至如圖i 87314 -10- 200417039 所不之獨乂驅動線X、y之連接，也可沈積與圖案化該等源 極與汲極電極以充當該步驟之一部分。 另外，根據本發明，執行一方法以在該等源極與汲極電 極8a、8b間打開（open)如圖2所示之通道L。現在將更詳細地 描述此方法。 參照圖3F，一光阻14被旋塗（spun)至該結構上且接著使用 (例如）氧電漿將其向回蝕刻以露出如圖3(3所示之頂點區域 12。该曝露的頂點區域12因此伸展穿過該周圍光阻14，且自 该周圍光阻14’直立。或者，可用uv光照射如圖3F所示的整_ 個結構以使得在形成藉此曝露的光阻層14時，移除頂點區 域上的該較淺區域以露出該尖端，但是如圖3G所示留下大 邵分的光阻覆蓋該樣本。 其後，如圖3H所示，蝕刻掉該頂點區域12以連續移除層 面8、7心孩曝露邵分與層面6之部分，以形成個別的源極與 汲極電極8a、8b及在非晶矽層6内此兩者間之一通遒區域。 此可藉由在該非晶si上使用乾式蝕刻（例如比例為4:丨之Hci 與S F 6)而執行。 鲁 該方法具有此優勢，即藉由一不需要對齊（registry)另一 光罩之自對準蝕刻方法形成該等源極與汲極電極8a、8b。 接著移除該剩餘光阻14以產生圖3H之該TFT結構，其對 應於圖2之組態。 在圖4中以一示意透視圖展示該所得結構，自圖4可看到 該閘極充當一隆脊結構而伸展，該等源極與汲極區域仏、 8b形成於該隆脊結構之傾斜側邊緣上。 87314 -11- 200417039 忒TFT之所得通道長度係具有若干係數的函數。其中最重 要的一個係在該頂點區域上之光阻移除之深度，意即，在 圖3F與圖3G之組態之間被移除的光阻總量。 所描述TFT之各種修改均處於本發明之範圍内。例如，如 圖5所示，可形成該閘極區域4以使得其尖端13在層面5、6、 7與8沈積前被鈍化。此處，較可能以與該銳利尖端相同的 方法形成所謂的鈍尖端。但是，該蝕刻時間被減少了，使 得不會形成該銳利尖端。另外也可藉由選擇性蝕刻執行該 純化以提供一平坦頂邵區域1 5。此引起一比圖2之裝置更長 之通道長度L。此外，其在運行過程中在該通道區域l内引 起一比圖2之銳利尖端更均勻之電場。 該非晶矽層6最好可具有一低移動性（m〇bility)，（例如）低 於0.2 cm /Vs之。該術語’’移動性”（m〇bility)指在該TFT之通 道區域内之該非晶矽之場效移動性，該丁FT内之任何接觸電 阻效應除外。希望獲得在所參考之w〇02/091475中所討論 的具有低移動性之通道區域之優點。簡言之，該等優點包 括泄漏電流的減少。由使用具有一低移動性之半導體材料 導致的開關速度之減少，其重要性被由本發明所達成的短 通道長度導致的移動性增加超過。 在如圖6所示之另一修改中，提供閘極之該三角剖面區域 係由位於一絕緣區域16上的一金屬區域4，組成。此可藉由組 態該初始基層結構形成以使得圖3A所示的金屬層9被一絕 緣層（未圖π )覆盍，使得當蝕刻該結構時，該區域16係由位 於如圖6所示的閘極4f下面的絕緣層形成。以此方式，與圖2 87314 -12 - 200417039 及圖4之裝置相比，可減少該TFT之閘極至汲極/源極寄生電 容。 根據本發明之TFT可特別應用於AMLCD裝置，尤其對於 LC-TV之應用。根據本發明之製造技術具有此優勢，即藉 由微影法執行時僅要求圖3 A之界定該閘極位置之初始步 騾，且所有界定該源極、汲極、閘極與通道間之關係之剩 餘步驟可藉由自對準技術達成。 藉由閱讀本揭示，熟知此項技術者將明瞭其他變化與修 改。該等變化與修改將包括同等與其他特徵，該等特徵在 包含TFT與其他半導體裝置及其元件部分之電子裝置之設 計、製造、與使用中均已知，可用該等元件部分來代替或 添加本文已描述之特徵。 【圖式簡單說明】 為更充分地瞭解本發明，參照附帶之該等圖式，現在將 描述其實施例，具體圖式如下： 圖1係根據本發明之一種結合TFT之AMLCD之圖解說明； 圖2係根據本發明之一 TFT剖面圖； 圖3 A-Ι示範製造如圖2所示之TFT之一系列步騾； 圖4係藉由參照圖3之方法製造的TFT之示意透視圖； 圖5係如圖2所示之TFT之一變體的示意剖面圖；及 圖6係該TFT之另一變體的示意剖面圖。 【圖式代表符號說明】 4 閘極 4A 傾斜側邊緣 87314 -13 - 200417039 4B 傾斜側邊緣 5 閘極絕緣層 6 非晶矽層 7 η-摻雜矽層/摻雜半導體材料層/傳導材料層 8Α 沒極 8Β 汲極 9 基層結構/傳導材料層/金屬層 10 光阻/矩形襯墊 12 頂點區域 13 尖端 14 光阻/遮罩材料 14’ 周圍光阻 15 頂部區域

87314 -14-

Claims (1)

1. 200417039 拾、申請專利範圍： 1· 一種製造一 TFT的方法包含： 在一基板（1)上蝕刻一基層結構（9)以形成一具有傾斜側 邊緣（4a，4b)之閘極（4)，該等傾斜側邊緣向一頂點區域（12) 伸展， 沈積材料以在該等傾斜側邊緣與該頂點區域上形成一 通道層（6)， 在該通道層上沈積傳導材料（8)以覆蓋該頂點區域與該 等側邊緣， 在遠傳導材料（8)上施加一層遮罩材料（14)，以使得在該 頂點區域内的該傳導材料突出穿過該遮罩材料且自該遮 罩材料直立，且 有選擇地蝕刻在該頂點區域突出穿過該遮罩材料之傳 導材料以提供位於該等傾斜邊緣上之獨立的源極與汲極 區域（8a，8b)。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，包括施加該遮罩材料（14 ) 以覆蓋該頂點區域，且接著有選擇地移除該遮罩材料以 使得在該頂點區域（12)内的該傳導材料（8)突出穿過該遮 罩材料且自該遮罩材料直立。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該遮罩材料包含一光 阻（14)，且包括旋塗該基板以用該光阻覆蓋該傳導材料。 4·如申請專利範圍第3項之方法，包括有選擇性地蝕刻該光 阻（14)以曝露該頂點區域（12)。 5 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中執行該基層結構（9) 87314 200417039 之姓刻以使仔在该頂點區域内形成一半徑為幾各米之尖 端（13)。 6· —種製造一 TFT的方法包括： 在一基板上蝕刻一基層結構（9)以形成一具有向一頂點 區域（12)伸展的傾斜側邊緣（4a，4b)之基極區域，該頂 點區域（12)包括一半徑為幾奈米之尖端（13)， 沈積材料以在頂點區域與該等傾斜側邊緣上形成一通 道層（6)， 在該通道層上沈積傳導材料（8)，且 在該頂點區域内有選擇性地蝕刻該傳導材料以提供位 於該等傾斜邊緣上之獨立的源極與汲極區域（8a，8b)，及 在該基極區域内提供一閘極（4)。 7·如申請專利範圍第5項或第6項之方法，包括在沈積該通 道層之前移除該尖端（13)。 8.如申請專利範圍第1項至第6項中任何一項之方法，包括 在該閘極上沈積一電絕緣層，且在該絕緣層上沈積該 通道層（6)。 9 ·如申清專利範圍第8項之方法，包括在該通道層上沈積一 摻雜半導體層（7)，且在該摻雜半導體層上沈積一層該傳 導材料。 10 ·如申請專利範圍第1項至第6項中任何一項之方法’包栝 執行該基層結構（4)之蝕刻以使得該等側邊緣以低於9〇度 之角度傾斜。 11.如申請專利範圍第1項至第6項中任何一項之方法，其中 87314 -2- ^0417039 該基層結構之蝕刻包括遮蔽該基層結構之—區域，且蝕 刻孩基層結構以使得自該遮罩區域内之該基層結構形成 一隆脊結構。 12·如申請專利範園第丨項至第6項中任何一項之方法，其中 該基層結構包含-位於―絕緣材料層±之傳導材料層， 且執行該基層結構之蝕刻以自該基層結構形成一隆脊結 構。 13· 一種藉由申請專利範圍第丨項至第6項中任何一項之方法 製造的TFT。 14· 一種包括一如申請專利範圍第13項之tFT的裝置。 15· 一種包括藉由如申請專利範圍第1項至第6項中任何一項 之方法製造的複數個TFT的AMLCD。 16· —種TFT，其包含一基板（1)、一位於該基板上且具有互 相傾斜的側邊緣（4a，4b)之閘極（4)、一位於該閘極上之通 道區域（6)、及分別位於該等側邊緣上的源極與汲極區域 (8a，8b)，其中藉由一蝕刻方法在該基板上形成該閘極， 該蝕刻方法包括在半徑為幾奈米之側邊緣間之一頂點區 域（12)内形成一尖端（13)。 1 ?·如申請專利範圍第16項之TFT，其中在施加該通道區域之 前移除該尖端（13)。 18·如申請專利範圍第16項或第17項之TFT，其中該閘極被一 絕緣材料層（5)覆蓋，該通道區域（6)位於該絕緣材料上， 一摻雜半導體材料層（7)位於該通道區域上，且一傳導材 料層（8)位於該摻雜半導體材料上，該等源極與沒極區域 87314 200417039 由該傳導材料層形成。 I9·如申請專利範圍第16項或第17項之TFT，其中該通道區域 (6)包含内在非晶矽。 2〇·如申請專利範圍第1S項之TFT，其中該絕緣層（5)包厶片 其中該摻雜半導體材料（7) 21·如中請專利範圍第18項之丁FT， 包含η摻雜砂。 87314