TW522572B - Metal induced self-aligned crystallization of Si layer for TFT - Google Patents

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Paul S Andry
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Takatoshi Tsujimura
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Description

五、發明説明（i ) 技術領域 本發明係有關一種半導體裝置、一種薄膜電晶體（TFT)和製 造TFT的方法，特別有關一種包括頂部閘極型TFT的半導體裝 置、一種頂部閘極型TFT，以及一種藉由非晶矽的金屬謗導結 結晶化而形成頂部閘極型TFT的方法。 背景技術 薄膜電晶體（TFT)已經用在多種半導體裝置中，如有主動型 矩陣型液晶顯示器、有機場致發光顯示器和圖像感測器，因為 TFT可以提供一種低功率損耗的薄、輕裝置。在TFT中，因為 利用多晶矽（以下描述為多晶-Si)的TFT能夠提供低生產成本 的大面積、高解析度裝置而受到青睞。 通常，藉由固相結·晶或鐳射結晶在一個例如玻璃、金屬、金 屬氧化物、早晶碎的基材上形成多晶碎。典型的固相結晶包括 沈積非晶矽（a-Si)層，並在幾小時或數十小時内把該層從約攝氏 400度加熱到攝氏550度，從而使a-Si層結晶的步騾。而典型的 鐳射結晶包括輻照a-Si層，以在輻照點使a-Si熔化，並在冷卻 到環境溫度時，使Si重結晶的步騾。 圖1係顯示應用到頂部閘極型TFT上的固相結晶的製程。在傳 統製程中，如圖1 (a)所示，把a-Si層1 02沈積到基材1 0 1上，再 藉由適當的沈積技術把Νι層103沈積到其上。然後使基材101以 及沈積層經受攝氏400度到攝氏550度的退火，從而使a-Si層結， 晶為如圖-1 (b)所示的N i層1 0 3的晶體結構謗發的多晶石夕層1 0 4。 在圖1(b)所示的情形中，晶界104a、104b隨機地形成在多晶石夕 層104中。接下來，傳統製程開始進行圖1(c)所示的除氣過程， -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 『522572 A7 B7 五、發明説明（2 ) 並且使Νι層103經受HF處理和退火處理以藉由除氣過程去除Νι 層 103。 之後，如圖1 (d)所示，在多晶矽層1 04上沈積閘極絕緣層 105，並在該多晶矽層104上形成閘極電極106。接下來，藉由 適當技術實施N +摻雜，例如31P+的反應離子摻雜，以提供源極 電極和沒極電極。 具有藉由傳統的金屬謗導結晶法形成的多晶矽層的傳統TFT 表現出足夠的性能，但是，它仍有缺陷，例如因多晶矽層中隨 機產生的晶界而導致的導通電流和截止電流的不均勻。另外， 因為需要Νι沈積之後的Ni去除過程和摻雜過程以形成裝置，從 而製造過程變得相當複雜。 曰本專利公告平成第7-45 5 1 9號公開了 一種半導體裝置及其 製造製程，其中，多晶矽藉由a-Si的結晶化作用而產生，利用 Ni、Fe、、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Sc、Ti、V、Cr、
Mn、Cu、Zn、Au、Ag或其碎化物沈積的島，該結晶化作用藉 由在比a-Si的結晶溫度低或比所給玻璃基材的玻璃化轉變溫度 低的溫度下退火而進行。這些島用作結晶的種晶，並且在受控 方式下形成最終晶界。公開的半導體裝置顯示出足夠的性能， 但是，晶界仍具有隨機性，使得導通和截止電流的不均勻性可 能發生。製造製程仍需要Ni層的去除步騾，還需要掺雜步驟。 曰本專利公告平成第9-2 13966號公開了一種製造半導體裝置_ 的製程，-其中，利用鐳射輻照使a-Si層結晶化，並且還公開了 一種具有大晶體尺寸的多晶矽的TFT裝置。儘管所得到的TFT 裝置在TFT截止時具有足夠低的漏電流。借助鐳射輻照的結晶 __ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐） 522572 A7 B7 五、發明説明（3 ) 作用可以改善晶界的不均勾性，並且可以提供如上該多晶矽層 中的大晶體尺寸，但是，此製程需要鐳射系統，使得構建工業 化規模的工廠所需的資本投入變得非常大，因而導致裝置成本 的提高。另外，雖然鐳射輻照在多晶矽中提供了大晶體尺寸， 但是，仍然需要更大的晶體以改進裝置的特性。 因此，到目前為止需要提供一種半導體裝置，其中TFT的導 通和截止電流得以改進，並且該裝置藉由更簡單的製程製造。 到目前為止，還需要提供頂部閘極型TFT，它具有改進的導 通和截止電流特性，並且藉由更簡單的製程製造。 到目前為止，還需要提供一種形成TFT的方法，該TFT具有 改進的導通和截止電流特性，並且藉由更簡單的製程製造。 發明簡要說明 因此，本發明的目的是提供一種半導體裝置，其中，TFT的 導通和截止電流得以改進，並且藉由更簡單的製程製造。 本發明的另一個目的是提供一種頂部閘極型TFT，它具有改 進的導通和截止電流特性，並且藉由更簡單的製程製造。 本發明的再一個目的在於提供一種形成TFT的方法，該TFT 具有改進的導通和截止電流特性，並且藉由更簡單的製程製 造。 本發明部分基於這種發現，即當在由金屬#雜劍化合物形成 的層上進行a-S i的結晶化作用時，金屬摻雜劑化合物極好地用 -作頂部閘極型TFT的電極。 根據本發明，製造一種包括頂部閘極型薄膜電晶體（TFT)的 半導體裝置。根據本發明，半導體裝置包括一個頂部閘極型薄 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝 訂
522572 A7 B7 五、發明説明（4 ) 膜電晶體（TFT)，該頂部閘極型TFT形成在一個基材上，並且包 括： 沈積在該基材上的絕緣層； 由金屬掺雜劑化合物形成的源極電極和沒極電極，該金屬掺 雜劑化合物沈積在該絕緣層上； 沈積在該絕緣層、以及該源極電極和該汲極電極上的多晶矽 層； 藉由該摻雜劑自該金屬摻雜劑化合物的遷移而在該金屬掺雜 劍化合物和該多晶梦層之間形成的歐姆接觸層； 沈積在該多晶矽層上的閘極絕緣層；以及 形成在該閘極絕緣層上的閘極電極，其中，該多晶矽層藉由 金屬謗導橫向結晶而結晶化。 根據本發明，該金屬捧雜劑化合物可以包括選自包括N i、 Fe、Co、Pt、Mo、Ti、B和P的群組的元素。 根據本發明，金屬摻雜劑化合物可以是ΝιΡ或ΝιΒ。 根據本發明，該金屬摻雜劑化合物可以是ΝιΡ，且P的濃度可 以從0.5at% (原子百分比）到10at%變化。 根據本發明，該金屬摻雜劑化合物可以是ΝιΒ，且B的濃度可 以從0.25&1%至2.(^1%變化。 根據本發明，可以在該基材上形成一個光遮擋層，並且可以 排歹J多個TFT，以在該半導體裝置中形成一個有主動型矩陣， 使得該半導體裝置用作有主動型矩陣液晶顯示器。 根據本發明，可以排列多個TFT，以在該半導體裝置中形成 一個有主動型矩陣，使得半導體裝置用作有主動型矩陣場致發 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 522572 A7 B7 五、發明説明（5 ) 光顯示器或圖像感測器。 根據本發明，製造一種頂部閘極型薄膜電晶體（TFT)。該頂 部閘極型TFT形成在基材上並且包括： 沈積在該基材上的絕緣層， 由金屬摻雜劑化合物形成的源極電極和汲極電極，該金屬摻 雜劑化合物Ni沈積在該絕緣層上； 沈積在該絕緣層、以及該源極電極和該汲極電極上的多晶矽 (多晶-Si); 藉由該摻雜劑自該金屬摻雜劑化合物的遷移而形成在該金屬 摻雜劑化合物和該多晶矽層之間的歐姆接觸層； 沈積在該多晶矽層上的閘極絕緣層；以及 形成在該閘極絕緣層上的閘極電極，其中，該多晶矽層藉由 1 金屬謗導的橫向結晶而結晶化。 根據本發明，該金屬摻雜劑可以包括選自包含Ni、Fe、Co、 Pt、Mo、Ti、B和P的群組的元素。 根據本發明，該金屬摻雜劑化合物可以是NiP或NiB。 根據本發明，該金屬摻雜劑化合物可以是ΝιΡ，且P的濃度可 以從0.5at%到10at%變化。 根據本發明，該金屬掺雜劑化合物可以是NiB，且B的濃度可 以從0.25at%到2.0 at%變化。 根據本發明，可以在該基材上形成光遮擋層，並且可以排列 多個該TFT，以形成有主動型矩陣 '使得該頂部閘極型TFT包 括在有主動型矩陣液晶顯示器内。 根據本發明，可以排列多個該TFT以形成一個有主動型矩 ____-8-_ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 522572 A7 B7 五、發明説明（6 ) 陣，使得該頂部閘極型TFT包括在有主動型矩陣場致發光顯示 器或圖像感測器中。 根據本發明，提供一種形成頂部閘極型TFT的方法。該方法 包括步驟： 提供支撐TFT結構的基材； 在該基封上沈積絕緣層； 在該絕緣層上沈積金屬掺雜劑化合物； 在該金屬掺雜劑化合物上圖案化，以形成源極電極和汲極電 極； _ 在該絕緣層和該金屬摻雜劑化合物上沈積a-Si層； 在該a-Si層上沈積一個閘極絕緣層； 在該閘極絕緣層上沈積閘極材料； 圖案化該各層以在該基材上形成頂部閘極型TFT結構；以及 退火該a-Si層，以獲得具有自對齊晶界的多晶矽（多晶-Si) 層，並在該金屬摻雜劑化合物和該多晶矽層之間形成歐姆接觸 層。 根據本發明，該a-Si層的結晶化從該a-Si層的外部橫向位置 開始，並進行到該a- S i層的内部，使得在該多晶石夕層的大致中 間部分以自對齊的方式形成晶界。 根據本發明，該金屬摻雜劑化合物可包括選自包含Ni、Fe、 Co、Pt、Mo、Ti、B矛口 P的群组的元素。 根據本發明，該金屬摻雜劑化合物可以是NiP或NiB。 根據本發明，該方法還包括在該基材上沈積光遮擋層的步 驟。 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝
k 522572 A7 B7 五、發明説明（7 ) 根據本發明，提供一種形成頂部閘極型TFT的方法，該方法 包括步騾：’ 提供支撐TFT結構的基材； 在該基材上沈積絕緣層； 在該絕緣層上沈積金屬摻雜劑化合物； 裝 對於第一圖案化過程，圖案化該金屬掺雜劑化合物，以形成 源極電極和沒極電極， 在該絕緣層和該金屬掺雜劑化合物上沈積a-Si層； 退火該a-Si層，以獲得具有自對齊晶界的多晶矽（多晶-Si) 層，並在該金屬摻雜劑化合物和多晶矽層之間形成歐姆接觸 層； 在該多晶碎層上形成閘極絕緣層；
在該閘極絕緣層上沈積閘極材料；以及 圖案化該各層，以在該基材上形成該頂部閘極型TFT結構。 以下，藉由結合附圖中描述的非限定性實施例的詳細描述， 本發明將得以理解。 圖式簡單說明 現在，將參考附圖僅以舉例的方法對本發明的較佳實施例進 行描述，其中： 圖1係顯示頂部閘極型TFT的傳統結構和製造方沬； 圖2係顯示根據本發明的TFT ; 圖3係顯示根據本發明的TFT結構放大的各層結構； 圖4係顯示根據本發明TFT結構的另一實施例； 圖5係顯示藉由每個製程步驟而在基材上形成的結構，這些步 _ - 10-_ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 522572 A7 B7 五、發明説明（ 驟用以形成根據本發明的用於液晶顯示器的TFT結構； 圖6係顯示藉由每個製程步驟而在基材上形成的結構，這些步 驟用以形成根據本發明的用於液晶顯示器的TFT結構； 圖7係顯示蝕刻ΝιΡ或ΝιΒ層之前和之後的本發明的TFT結 構；以及 圖8係顯示一個包括有主動型矩陣型TFT佈局的半導體裝置的 平面視圖’其中，TFT根據本發明形成。 具體實施 11 2係顯示—種根據本發明的適用於液晶顯示器的頂部閘極型‘ TFT的7^意性截面圖。圖2所示的頂部閘極型TFT包括基材1、 光遮擒層2和絕緣層3。基材1可以選自鹼玻璃，如鈉一鈣玻璃， 石朋一石夕酸鹽坡璃、鋁一硼—矽酸鹽玻璃以及基本上不包含鹼性 兀素的無驗坡璃和石英玻璃。光遮擋層2藉由諸如濺鍍法或真空 r矣^等適當的沈積法沈積在基材1上，從而阻擋光藉由基材1。 當根據本發明的半導體裝置用作場致發光裝置或CCD (電荷耦 合&)時’因為基材1的透明性不是必須的，所以根據具體的用 途’基材1可以選自任何適當的基材，該適當的基材選自玻璃、 金屬、金屬氧化物、陶瓷、單晶矽等。 光遮擋層2可以選自例如GeSi:H、GeOx、GeNx的鍺化合 物’例如Hb〇x的钕化合物，例如MoCr的鉻（Cr)和鉬（Mo)或它 們的合金。光阻擋層2的厚度較佳在200nm至300nm變化。在基 -材1和光遮擋層2上還沈積SiOx的絕緣層3，以防止電流經遮擋 層2 ’戌漏’同時改善液晶顯示器的性能。絕緣層3可以選自絕緣 材料’例如除Si〇x以外的SiNx4SiOxNy，只要獲得可接受的性 -11 - 本紙張尺度適財 a®ii?BFs)A4^(21〇X297^) 522572 A7 B7 五、發明説明（9 ) 能。 在絕緣層3上形成源極電極4和汲極電極5。在圖2所示的實施 例中，源極電極和沒極電極4、5由具有約2 0 0nm厚度的NiP合 金製成。我們發現，歸因於ΝιΡ導致的金屬謗導結晶，ΝιΡ合金 可適當地謗發a-Si向具有足夠晶體尺寸的多晶矽的結晶，並且 藉由同時的源自ΝιΡ的P摻雜在ΝιΡ和多晶矽之間提供歐姆接 觸。在本發明中，由包括犯、？6、（3〇、？1:、]\/1〇、丁丨、？和3的 群組所製造的其他合金可以用於提供金屬謗導的結晶，以及與 多晶矽的充分歐姆接觸。在圖2所示的TFT結構中，多晶矽層6 形成在源極電極和汲極電極4、5上。多晶矽層6由電漿CVD(化 學氣相沈積）製程沈積的a-Si的金屬謗導結晶經退火而形成。 在本發明中，包含在作為Si的主摻雜劑的金屬中的P或B的濃 度，對於P的濃度可以從0.25至10at%變化，對於B的濃度更較 佳地從0.5到2.Oat%變化，從而使摻雜的多晶矽層6的體電阻率 為1 CT2cm階（order)，使得實現電極4、5和多晶梦層6之間的歐 姆接觸。 圖3顯源極電極4和沒極電極5的周圍的放大截面圖。為了 使解釋簡化，不描述圖2所示的上層。如圖3所示，當多晶矽層 藉由退火處理製造時，藉由P原子從源極電極4和汲極電極5的 遷移還形成接觸層7，使得電極4、5與多晶矽層6之間的歐姆接 觸传以實現，並且防止了在被設計成液晶板時的缺陷。本發明 人發現，-這種歐姆接觸在退火時藉由備析（segregate)在NiP晶 界處的P原子的遷移而獲得。在圖3所示的實施例中，在電極 4、5與多晶矽層6之間可以存在除晶界8之夕卜的晶界，因此P在 ___-12- __ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐） 522572 A7 B7 五、發明説明（1〇 ) 接觸表面有效而均勻地備析。然後，鄰近NiP的a-Si層藉由備析 的P原子充分掺雜，同時在用於金屬謗導結晶的退火處理之下轉 變成多晶矽。如上該，本發明排除了傳統製造方法中包含的摻 雜步騾，使得TFT結構的製造製程被顯著簡化，從而降低了包 含本發明的TFT結構的半導體裝置的成本。 圖3遠顯不大致在結晶化的多晶碎層6的中部形成的晶界8。 多晶石夕層6可以從a-Si層的橫向侧6a、6b開始結晶，並且結晶以 相等的速率到達該實施例中的多晶矽層6的中部，從而在多晶矽 層的中部形成自對準晶界8 (金屬謗導橫向結晶）。結晶還從源 極電極4和汲極電極5的表面向上發生，然後由於適當定義的多 晶矽結構以及電極4、5和多晶矽層6之間的均勻層邊界而降低截 止電流和導通電流的不均勾性。在本發明中，結晶還可能在a-Si層中的任何橫向位置開始，但是，晶界可能大致在多晶矽層6 的中部形成，只要a-Si層中的溫度分佈均勻地分佈。 再參照圖2，閘極絕緣層9和閘極電極10形成在多晶矽層6 上，以提供頂部閘極型TFT裝置結構。閘極絕緣層9可以由比絕 緣層3更易於姓刻的材料形成。在圖2所示的實施例中，藉由現 有技術中已知的適當方法，如採用SiH4+NH3的電漿CVD，絕 緣層3由SiOx形成，而閘極絕緣層9由SiNx形成。 閘極電極10可以由選自由Al、Ta、Cr、Mo、MoTa、IT〇及 其形成的任意合金的群組中的任意已知的金屬或合金所形成。 閘極材料的沈積可以藉由任何適當的方法進行，如化學氣相沈 積、諸如濺鍍或真空蒸鍍的物理氣相沈積。 圖4係顯示根據本發明的TFT結構的另一實施例。圖4中所示 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 522572 A7 B7 五、發明説明（n ) 的TFT結構可以包含在例如場致發光顯示裝置中。如圖4所示， 因為假設圖4所示的場致發光顯示裝置利用非透明基材1構成， 所以TFT結構具有與圖3所示的TFT結構相同的結構，除不沈積 光遮擋層2以外。當與一個適當的基材結合時，相同的TFT結構 也用於製造圖像感測器，如電荷耦合裝置（CCD)。 圖5係顯示藉由形成TFT結構的每個製程步驟在基材1上形成 的結構。在圖5所示的實施例中，假設TFT用於液晶顯示裝置。 如圖5 (a)所示，藉由任意適當的沈積技術，如化學氣相沈積、 濺鍍或蒸鍍，第一光遮擋層2沈積在基材1上，隨後藉由諸如光 刻的圖案化步騾而被圖案化成所需的形狀。 接下來，製程開始絕緣層3的沈積步騾，如圖5(b)所示。沈積 絕緣層3以覆蓋基材1和光遮擋層2。在該實施例中，藉由利用電 漿CVD在基材1上沈積SiOx*形成絕緣層。 接下來，根據本發明的製程開始ΝιΡ或ΝιΒ層11的沈積步 騾，如圖5(c)所示。這種NiP或ΝιΒ層可以藉由任何適當的沈積 法如CVD、濺鍍、蒸鍍或電鍍而沈積。在本發明中，有用的沈 積方法包括藏鍍和電鍍。當錢鍍法用於沈積NiP層1 1時，因為 純P靶不易得到或不實用，所以使用一種適當的複合靶，該靶已 在Ni中包含所需濃度的P。 當把濺鍍法用於沈積ΝιΒ層時，因為B靶易於得到，所以既可 以用複合靶，也可以用兩個分離的靶。如果採用分離的靶，則 — 可以在基於Ni的合金中調節摻雜劑B的濃度，從而最佳化TFT 裝置的性能。濺鍍法可以從任何已知的方法中選擇，並且本領 域的任何技術人員可以容易地選擇濺鍍條件。例如，根據靶的 -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
裝 玎
522572 A7 B7 五、發明説明（12 ) 面積，一般的條件是，功率在200W至3kW範圍内的RF (射 頻）或DC (直流）放電，10與200毫托（mtorr)之間的Ar。 在本發明的另一個實施例中，可以藉由無電極電鍍有利地獲 得N i Ρ或N i Β層1 1。N i Ρ的電鍍溶液可以藉由混^ —水合次構酸 鈉（還原劑）、檸檬酸鈉（複合劑）和硫酸鎳來製造。此混合 物可以包含一種表面活性劑和用於穩定無電極電鍍池中的混合 物的其他添加劑。當用無電極電鍍沈積NiP或NiB層11時，無電 極電鍍溶液的pH值一般可以為4到5 (弱酸性）或8到1 0 (鹼 性）。 鹼性溶液可以藉由加入氫氧化銨和硼酸來製造。用於鍍NiB 層的池採用DMAB (二甲烷硼烷）作為還原劑，它可以從 L.L.C的Shipley公司商業獲得。沈積的NiP或NiB中的P或B的 量可以作為無電極電鍍池的pH值的函數而變化。本發明人發 現，在無電極電鍍中，NiP中的P量可以從5到10at%變化，而 N i B中的B量可以遠小於N i P中的P量，且一般可以在0.2 5到 1 at%變化。 圖5(d)係顯示蝕刻NiP或NiB層1 1之後本發明的TFT結構。沈 積NiP或NiB層1 1之後，使用適當的已知光阻劑實施圖案化製 程，以形成源極電極和汲極電極4、5，如圖5(d)所示。在圖案 化過程中，即圖5(d)所示的光刻過程中，可以使用任何正性工 作的光阻劑或負性工作的光阻劑，以便獲得圖5(d)所示的所需-微圖案。 隨後，藉由包括h3p〇4、hn〇3和CH3C〇OH(PAN)的I虫刻劑 刻蝕NiP或NiB。隨著摻雜劑濃度變得越來越高，NiP層變得更 _-15-_ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 522572 A7 B7 五、發明説明（13 ) 易於蝕刻。由於為了蝕刻具有非常低摻雜劑濃度的ΝιΒ層，藉 由PAN蝕刻的蝕刻速率非常低，因此用更強的HN〇3蝕刻NiB 層。本發明也可以用其他的蝕刻劑，只要ΝιΡ或ΝιΒ層可以被充 分地姓刻。 藉由利用電漿CVD沈積具有約200nm厚度的a-Si層12，進一 步覆蓋圖案化後的源極電極4和汲極電極5。在該方法中，隨後 在a-Si層12上沈積包含SiNx的閘極絕緣層9和包含例如鋁的閘極 電極材料13，以形成TFT結構。圖6(a)顯示執行以上沈積後的 結構。 接下來，在閘極電極材料13上塗覆光阻劑層，並藉由穿過光 掩模（未示出）的UV (紫外）光曝光光阻劑層，之後進行顯 影，光阻劑圖案14形成在閘極電極材料13上，如圖6(b)所示。 在下一步騾中，蝕刻閘極電極材料13、閘極絕緣層9和a-Si層 12以形成根據本發明的TFT結構，如圖7所示。閘極電極材料 13的蝕刻可以藉由使用作為刻蝕劑的水溶液的等向性刻蝕來進 行，該溶液選自包括h3p〇4、HN〇3*CH3COOH以及它們的任 意混合物的群組。本發明可以採用乾蝕刻製程，其中，HC1或 BCI3用作蚀刻劑。較佳的是，過度$虫刻（over-etch)閘極電極 材料1 3以獲得閘極電極1 0周圍的一個偏移長度，如圖7(b)所 示。藉由將CF4和〇2用作蝕刻劑的諸如反應式離子蝕刻（RIE)的 非等向性蝕刻，蝕刻過程進一步開始對閘極絕緣層9和a-Si層12 _· 的触刻。 然後，由此獲得的TFT結構經受退火處理，用以藉由在400攝 氏度到550攝氏度的溫度下從幾小時到幾十小時的金屬謗導過 _-16-_ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 522572 A7 B7 五、發明説明（
私，把a-Si層12結晶化成多晶矽層6。在退火過程中，P在晶界 周圍備析，並且備析的P有效地遷移到$丨中，形成接觸層7。上 述退火可以應用到剛在a-Si層12沈積之後的早期步驟中。 圖8係顯示一種包括有主動型矩陣型τ ρ τ分佈的半導體裝置的 平面視圖，其中TFT根據本發明形成。根據本發明的半導體裝 置構建在TFT陣列基材15上，並且在基材15上沈積了多個像素 電極16。根據具體應用，像素電極16可以由任何適當的材料形 成。例如，當半導體裝置用作有主動型矩陣型液晶顯示器時， 像素電極16可以由透明的導電材料如IT〇、IZ〇、ΑΤΟ或Sn〇2 形成。源極電極4連結到像素電極丨6上，汲極電極5連結到信號 線17a上。閘極電極10形成在源極電極和汲極電極4、5上，並 連結到閘極線1 8上。在圖8所示的實施例中，設置有電容控制線 19 ° 當把半導體裝置用作有主動型矩陣型場致發光顯示裝置時， 可以使用相同.的導電材料，但是，可以採用任何具有足夠電導 率的導體材料，而不考慮透明度。當半導體裝置用作如 感測器時，像素電極16可以用光載流子產生材料如心以、單晶 矽或多晶矽Si代替。在用到CCD中時，整個結構可以構建在單 晶矽基材上。 包含在半導體裝置中的TFT顯示出絕佳的電性，具有源於藉 由金屬着導的向結晶化形成的多晶石夕層以及接觸層的均句形— 成的改善的開關性能。另外，根據本發明的TFT可以藉由不包 括摻雜步驟的簡化製程和簡化的PEP製程構造，因此根據本發 明’半導體裝置的製造成本顯著降低。 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 522572 A7 B7 五 發明説明（ 雖然本發明已經參照其較佳實施例得以具體地顯示和描述， 但本領域的技術人員將理解到，在不脫離本發明的實質和範圍 的情況下，可以作出形式上和細節上的前述和其他改變。 - 18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)

Claims (1)

  1. 六、申請專利範圍 1. 一種包括頂部閘極型薄膜電晶體之半導體裝置，該頂部閘極 型薄膜:電晶體形成一基材上’該頂部閘極型薄膜電晶體包 括： 沈積在該基材上的絕緣層； 由金屬掺雜劑化合物形成的源極電極和汲極電極，該金屬 掺雜劑化合物沈積在該絕緣層上； 沈積在該絕緣層，以及該源極電極和該沒極電極上的多晶 矽層； 經由該摻雜劑自該金屬摻雜劑化合物的遷移，在該金屬摻 雜劑化合物和該多晶石夕層之間形成的歐姆接觸層； 沈積在該多晶矽層上的閘極絕緣層；以及 形成在該閘極絕緣層上的閘極電極，其中，該多晶矽層藉 由金屬謗導的橫向結晶而結晶化。 2. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其特徵在於，該金屬 摻雜齊Η匕合物包括選自包含Ni、Fe、Co、Pt、Μο、Τι、B 和P的群組的元素。 3. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其特徵在於，該金屬 掺雜劑化合物包括ΝιΡ或ΝιΒ。 4. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其特徵在於，該金屬 摻雜劑化合物是ΝιΡ，且P的濃度在0.5at%到10at%的範 圍内變化。 5. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其特徵在於，該金屬 摻雜劑化合物是！^18，且8的濃度在0.25&1%到2.(^1%的 範圍内變化。 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 522572 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 6. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其特徵在於，在該基 材上形成光遮擋層，並且排列多個該薄膜電晶體而在該半導 體裝置中形成有主動型矩陣，使得該半導體裝置用作有主動 型矩陣液晶顯示器。 7. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其特徵在於，排列多 個該薄膜電晶體，從而在該半導體裝置中形成一主動型矩 陣，使得該半導體裝置作為一主動型矩陣場致發光顯示器或 圖像感測器。 ‘ 8. —種頂部閘極型薄膜電晶體，該頂部閘極型薄膜電晶體形成 在基材上，該頂部閘極型薄膜電晶體包括： 沈積在該基材上的絕緣層； 由金屬掺雜劑化合物形成的源極電極和汲極電極，詨金屬 摻雜劑化合物沈積在該絕緣層上； 沈積在遠絕緣層，以及該源極電極和該沒極電極上的多晶 藉由該掺雜劑自該金屬掺雜劑化合物的遷移，在該金屬掺 雜劑化合物和該多晶碎層之間形成的歐姆接觸層； 沈積在該多晶矽層上的閘極絕緣層；以及 形成在該閘極絕緣層上的閘極電極，其中，該多晶硬層藉 由金屬謗導的橫向結晶而結晶化。 9. 如申請專利範圍第8項之頂部閘極型薄膜電晶體，其特徵在-於，該金屬掺雜劑包括選自包含Ni、Fe、Co、Pt、Mo、 Τι、B和P的群組的元素。 10. 如申請專利範圍第8項之頂部閘極型薄膜電晶體，其特徵在 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 522572 A B c D 六、申請專利範圍 於，該金屬摻雜劑化合物是ΝιΡ或ΝιΒ。 11. 如申請專利範圍第8項之頂部閘極型薄膜電晶體，其特徵在 於，該金屬摻雜劑化合物是ΝιΡ，且P的濃度在0.5at%到 1 Oat%的範圍内變化。 12. 如申請專利範圍第8項之頂部閘極型薄膜電晶體，其特徵在 於，該金屬掺雜劑化合物是NiB，且B的濃度在0.25at% 到2.Oat%的範圍内變化。 13. 如申請專利範圍第8項之頂部閘極型薄膜電晶.體，其特徵在 於，在該基材上形成光遮擋層，並且排列多個該薄膜電晶體 以形成一主動型矩陣，使得該頂部閘極型薄膜電晶體包括在 有主動型矩陣液晶顯示器内。 14. 如申請專利範圍第8項之頂部閘極型薄膜電晶體，其特徵在 於，排列多個該薄膜電晶體，從而形成一主動型矩陣，使得 該頂部閘極型薄膜電晶體包括在一主動型矩陣場致發光顯示 器或圖像感測器内。 15. —種形成頂部閘極型薄膜電晶體之方法，包括下列之步騾： 提供支撐薄膜電晶體結構的基材； 在該基材上沈積絕緣層； 在該絕緣層上沈積金屬摻雜劑化合物； 圖案化該金屬掺雜劑化合物，以形成源極電極和汲極電 極； 在該絕緣層和該金屬掺雜劑化合物上沈積非晶矽層； 在該非晶碎層上沈積閘極絕緣層； 在該閘極絕緣層上沈積閘極材料； -21 - 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
    8 8 8 8 A B c D 522572 六、申請專利範圍 圖案化該各層，以在該基材上形成頂部閘極型薄膜電晶體 結構，以及 退火該非晶矽層，以獲得具有自對準晶界的多晶矽層，並 在該金屬摻雜劑化合物和該多晶矽層之間形成歐姆接觸層。 16. 如申請專利範圍第15項之形成頂部閘極型薄膜電晶體之方 法，其特徵在於，該非晶矽的結晶化從該非晶矽層的外部橫 向位置開始，並進行到該非晶碎層的内部，使得大致在該多 晶矽層的中部以自對準的方式形成晶界。 17. 如申請專利範圍第15項之形成頂部閘極型薄膜電晶體之方 法，其特徵在於，該金屬摻雜劑化合物包括選自包含Νι、 ?己、（^〇、？1:、]\4〇、丁卜8和？的群組的元素。 18. 如申請專利範圍第15項之形成頂部閘極型薄膜電晶體之方 法，其特徵在於，該金屬摻雜劑化合物是NiP或NiB。 19. 如申請專利範圍第15項之形成頂部閘極型薄膜電晶體之方 法，其特徵在於，還包括在該基材上沈積光遮擋層的步騾。 20. —種形成頂部閘極型薄膜電晶體之方法，包括下列之步騾： 提供支撐薄膜電晶體結構的基材； 在該基材上沈積絕緣層； 在該絕緣層上沈積金屬摻雜劑化合物； 圖案化該金屬摻雜劑化合物，以形成源極電極和汲極電 極； 在該絕緣層和該金屬摻雜劑化合物上沈積非晶矽層； 退火該非晶矽層，以獲得具有自對準晶界的多晶矽層，並 在該金屬摻雜劑化合物和該多晶矽層之間形成歐姆接觸.層； -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
    522572 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 在該多晶碎層上形成閘極絕緣層； 在該閘極絕緣層上沈積閘極材料；以及 圖案化該各層，以在該基材上形成該頂部閘極型薄膜電晶 體結構。 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
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