TW583770B - Thin film transistor - Google Patents
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Description
583770 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種使用於例如液晶顯示裝置之液晶顯 示面板等之薄膜電晶體。 【先前技術】 第7圖（a )為傳統之薄膜電晶體之斜視圖，（b )為（a )之 A - A ’剖面線的剖面圖。 符號1為薄膜電晶體（TFT)，2為玻璃基板，3為基底絕 緣膜（S i 0 2膜等），4為例如由矽（S i )所構成之半導體層，5 為半導體層4的通道寬度方向之端部，6為閘極絕緣膜（S i 0 膜等），7為閘極電極，8為源極領域，9為汲極領域，1 0為 通道領域，L為通道長，W為通道寬度，WD為通道寬度方 向，在第7圖（b)中，0表示半導體層4之端部5的斜面角。 第7圖顯示例如玻璃基板2上隔著基底絕緣膜3而形成 有半導體層4，且該半導體層4上隔著閘極絕緣膜6而形成 有閘極電極7之薄膜電晶體1。 如上所述之於半導體層4上形成有閘極電極7之薄膜電 晶體1，係稱為頂端閘極型薄膜電晶體。 【發明内容】 發明所欲解決之技術問題 在第7圖所示之頂端閘極型薄膜電晶體1中，形成例如 由S i所構成之半導體層4時，在製程上，亦即，利用微影 技術蝕刻半導體層4使之形成圖案時，如第7圖（b )所示， 半導體層4之通道寬度方向WD之端部5會具有一斜面角（傾 斜角。
314325.ptd 第5頁 583770 五、發明說明（2) 該斜面角<9 ，在製程上，會隨著在玻璃基板2上的位 置的不同而變動，為造成薄膜電晶體1之特性參差的主因 之一 〇 通道寬度（或閘極寬度）W足夠大時，因閘極電極7所覆 蓋之半導體層4的通道領域1 0中，端部5 (稱為閘極邊緣）的 影響相對地較小，故該斜面角0的參差不會造成太大的問 題。 不過，當通道寬度W低於例如1 // m程度時，會隨著上 述斜面角0之參差，使得薄膜電晶體1之特性參差問題變 得顯著。該項問題，特別在使用液晶顯示裝置製作用之大 尺寸的玻璃基板2時，更形嚴重。 第7圖所示之膜電晶體1，其通道寬度W為1// m，通道 長度L為4// m，閘極絕緣膜6的膜厚為4 0 nm，半導體層4的 膜厚為6 0 nm。 對該構造進行三次元裝置模擬。第6圖為顯示三次元 裝置模擬之計算結果之圖，第6圖（a )為顯示斜面角<9為3 0 度、45度、6 0度時閘極電壓與汲極電流的變化（I d-Vd#性） 之圖，而第6圖（b)為顯示上述之斜面角0對閾值電壓Vth所 造成之影響之圖。在第6圖（a)中，沒極電壓¥3為5V。 由上述結果可清楚得知，隨著斜面角0之不同，將使 I d-Vg特性產生顯著變化，同時閾值電壓Vth亦產生變化。 亦即，製造過程中斜面角0如產生變動，該變化即以閾值 電壓Vth之變化呈現出來。由第6圖（b)可清楚得知，當斜面 角0小於6 0度之範圍時，隨著斜面角0的變化閾值電壓V th
314325. ptd 第6頁 583770 五、發明說明（3) 將產生相當大的變化，斜面角6>大於6 0度之範圍時，閾值 電壓V th所產生之變化極小，由此可知控制斜面角0之重要 性。 本發明之目的在提供一種薄膜電晶體，可抑制由通道 寬度方向之半導體層之端部之斜面角參差所造成之薄膜電 晶體之特性參差。 解決問題之技術手段 為解決上述之課題，本發明係採用申請專利範圍所記 載之構成。 亦即，申請專利範圍第1項之薄膜電晶體係具有：設 於基板上之半導體層；設於前述半導體層中的兩側之源極 領域與汲極領域；於前述半導體層中之前述源極領域與前 述汲極領域之間之通道領域；隔著閘極絕緣膜而設於前述 通道領域上之閘極電極，其特徵為：至少由前述閘極電極 所覆蓋之前述通道領域之通道寬度方向的端部的斜面角係 在6 0度以上。 此外，申請專利範圍第2項之薄膜電晶體係具有：設 於基板上之半導體層；設於前述半導體層中的兩側之源極 領域與汲極領域；於前述半導體層中之前述源極領域與前 述汲極領域之間之通道領域；隔著閘極絕緣膜而設於前述 通道領域上之閘極電極，其特徵為：至少由前述閘極電極 所覆蓋之前述通道領域之通道寬度方向的端部係被絕緣 化。 此外，申請專利範圍第3項之薄膜電晶體係具有：設
314325.ptd 第7頁 583770 五、發明說明（4) 於基板上之半導體層；設於前述半導體層中之兩側之源極 領域與汲極領域；於前述半導體層中之前述源極領域與前 述汲極領域之間之通道領域；隔著閘極絕緣膜而設於前述 通道領域上之閘極電極，其特徵為：至少在由前述閘極電 極所覆蓋之前述通道領域之通道寬度方向的端部，係被導 入在與前述源極電極與前述汲極電極中導入之雜質相反導 電型之雜質。 【實施方式】 以下，利用圖式詳細說明有關本發明之實施形態。此 外，在以下說明之圖中，具有相同機能之部分係以相同符 號標示，並省略其重複說明。 實施形態1 第1圖（a)為本發明之第1實施形態之薄膜電晶體之斜 視圖，第1圖（b)為第1圖（a)之A-A’剖面線之剖面圖。第2 圖為顯示本發明之第1實施形態之薄膜電晶體之配置圖。 此外，標示與第7圖相同符號之部分即代表相同之構 件，而省略其說明。 在第2圖中，符號1 3、1 4、1 5分別顯示閘極電極7、源 極領域8、汲極領域9之接觸孔。 第1實施形態之薄膜電晶體係具有：例如··隔著由S i 0 膜等所構成之基底絕緣膜3而設於玻璃基板2上之由例如S i 所構成之多結晶或非晶質的半導體層4 ;將雜質導入半導 體層4中的兩側而設之源極領域8與汲極領域9 ;於半導體 層4中之源極領域8與汲極領域9之間之通道領域1 0 ;隔著
第8頁 314325.ptd 583770 五、發明說明（5) 由S i 0 2膜等所構成之閘極絕緣膜6而設於通道領域1 0上之 閘極電極7，其中，至少被閘極電極7所覆蓋之通道領域1 0 之通道寬度方向WD的端部5的斜面角係在大約6 0度以上。 在第1實施形態中，如前所述，半導體層4係由S i所構 成，而基底絕緣膜3與閘極絕緣膜6分別由S i 0 2所構成。半 導體層4及其界面，含有起因於雜質與結晶之非完整性之 缺陷。在該構造中，通道寬度方向WD的半導體層4的端部 5，具有大於6 0度的斜面角0 。 薄膜電晶體為η通道薄膜電晶體1時，在源極領域8與 汲極領域9中，注入體積濃度為lx 1 0 2G cm-3的磷，並在通 道領域10注入體積濃度為lx 10 16 cm-3的硼。覆蓋在半導體 層4上之閘極絕緣膜6，係由保形模型（c ο n f 〇 r m a 1 m 〇 d e 1 ) 所形成。此外，通道寬度W設定為1 // m，通道長度L為4// m，閘極絕緣膜6的膜厚為40nm，半導體層4的膜厚為 6 0ηπι。此外，閘極電極7的膜厚，係設定在20 Onm至50 Onm 之間，例如將其設定為3 0 0 nm。 對應起因於通道寬度方向WD之半導體層4的端部之斜 面角0之參差之薄膜電晶體1之特性參差問題之解決方法 之一，係根據第6圖所示結果，將通道寬度方向之半導體 層4之端部5的斜面角（9設定在大約6 0度以上。此可藉由控 制半導體層4之製作條件（蝕刻條件），使端部5之斜面角0 之平均值約在大約6 0度以上。換言之，端部5之斜面角 0 ，一般而言，係由光阻劑形狀所規定。亦即，可藉由控 制光阻劑形狀，來控制端部5的斜面角0 ，具體而言，可
314325. ptd 第9頁 583770 五、發明說明（6) 藉由使用感度良好之光阻劑，曝光條件之最佳化，及曝光 時之烘烤條件之最佳化來控制。 由第6圖所示之結果可以得知，將斜間角0的平均值 設定在6 0度以上，藉此即使斜面角（9產生變動，亦可抑制 閾值電壓V th的變動。如此一來，即可容許在製程上之斜面 角的變動，並提昇製造良率。 實施形態2 第3圖（a )為本發明之第2實施形態之薄膜電晶體之要 部剖面圖（對應第1實施形態之第1圖（b))，第3圖（b)為顯 示第2實施形態之薄膜電晶體之製造方法之要部剖面圖。 在第3圖中，符號1 1為由S i 0 2所構成之絕緣膜，在第3 圖（b)中，16顯示光阻劑膜。 由前述可清楚得知，閾值電壓V th產生變化之原因係在 於：由閘極電極7所覆蓋之通道寬度方向WD之半導體層4之 通道領域1 0的端部5 (閘極邊緣部）構造，因此在解決上述 問題之對策上，可藉由阻止電流流經該端部5而加以對 應。 為實現上述解決方策，在第2實施形態中，如第3圖 (a )所示，係將至少由閘極電極7所覆蓋之通道領域1 0之通 道寬度方向WD之端部5予以絕緣化（非導體化）（對應申請專 利範圍第2項），而形成絕緣膜1 1。 在選擇性地將半導體層4之端部5絕緣化的方法中，舉 例而言：如第3圖（b )所示，係形成半導體層4，並於圖案 化後，以光阻劑膜1 6覆蓋端部5以外的領域，再暴露於氧
314325.ptd 第10頁 583770 五、發明說明（7) 化環境中，或進行電槳氧化等以選擇性地氧化端部5。 藉此，可阻止電流通過端部5，而形成端部5不會助長 閾值電壓V th之構造，因此即使端部5之斜面角0產生變 動，亦可得到實效上斜面角0為9 0度之構造，而得以抑制 閾值電壓V th之變動 此外，在前述第1實施形態中，因半導體層4之端部5 之斜面角0變大，而導致問題產生。亦即，產生覆蓋半導 體層4而形成之閘極絕緣膜6之斷裂，及絕緣耐壓之降低等 問題。在第2實施形態中，由於係在不加大半導體層4之端 部5之斜面角0的情況下，使端部5選擇性地絕緣化，0此 可解決上述問題。 實施形態3 第4圖（a )為本發明之第3實施形態之薄膜電晶體之要 部剖面圖（對應第1實施形態的第1圖（b ))，而第4圖（b )為 顯示第3實施形態之製造方法之要部剖面圖。 在第4圖中，符號1 2為選擇性地導入雜質之雜質領 域，在第4圖（b)中，符號17顯示雜質。 前述第2實施形態，係形成通道寬度方向WD上之半導 體層4之端部5不會助長閾值電壓V th之構造，但不同於第2 實施形態>，在第3實施形態中，係在至少由閘極電極7所覆 蓋之通道領域10之通道寬度方向WD的端部5，導入與在源 極電極8以及汲極電極9中導入之雜質相反導電型之雜質。 (對應申請專利範圍第3項）。 做為一種將雜質選擇性地導入半導體層4的端部5的方
314325.ptd 第11頁 583770 五、發明說明（8) 法，如第4圖（b)所示，係形成半導體層4，將其圖案化 後，以光阻劑膜1 6覆蓋端部5以外的領域，再利用一般所 知的方法導入雜質1 7。 如上所述，藉由將雜質導入該端部5，使該端部5之形 成通道之閾值電壓V th變大。基本上，將雜質濃度c之η型或 Ρ型的雜質注入整體通道領域1 0時，係藉由以高於雜質濃 度c的濃度將同一導電型的雜質注入該通道領域1 0的端部 5，而達成目的。在雜質方面，為η型薄膜電晶體時，例如 係使用硼，為ρ型薄膜電晶體時，例如係使用磷。而雜質 濃度，例如，可將通道領域1 0的雜質濃度設定為1 0 17cm -3， 而將端部5的雜質領域1 2的雜質濃度設定為1 0 19 cm -3。 藉由上述構造，使閘極電極7所覆蓋之通道領域1 0之 通道寬度方向1D之端部5 (閘極邊緣部）之閾值電壓V th變 大，並藉由抑制閘極電極7之閘極電場所致之通道形成， 則即使端部5的斜面角0產生變動，亦可得到實效上斜面 角0為9 0度之構造，而達到控制閾值電壓V th變動之目的。 前述第2實.施形態與第3實施形態之構造，其電性特性 與半導體.層4之端部5之斜面角0為9 0度之構造等效，其所 能達成的效果與斜面角<9為9 0度之構造相同。 在第3實施形態中，係在不加大半導體層4之端部5之 斜面角0的情況下，選擇性地使端部5高濃度雜質化，因 此不會產生覆蓋半導體層4而形成之閘極絕緣膜6的斷裂， 以及絕緣耐壓之降低等問題。 採用第3實施形態可獲致的效果，可利用三維裝置模
314325.ptd 第12頁 583770 五、發明說明（9) 擬進行計算。第5圖，係在第3實施形態中，當半導體層4 之端部5之斜面角形成3 0度、6 0度時，如上述一般在端部5 上形成雜質領域1 2時之閘極電壓與汲極電流之關係圖。由 該結果可得知，斜面角0在30度、60度時閾值電壓Vth的變 動小，而得以抑制因斜面角0之變動而產生之閾值電壓V th 的變動。 以上係根據本發明之實施形態進行.具體說明，但本發 明並未限定於上述實施形態，在不超出發明要旨之範圍内 可做各種變更。 【發明之效果】· 如上所述，根據本發明，可抑制薄膜電晶體之特性參 差，並提昇製造之良率。
314325.ptd 第13頁 583770 圖式簡單說明 【圖式簡單說明】 第1圖（a )為本發明之第1實施形態之薄膜電晶體之斜 視圖，第1圖（b)為第1圖（a)之A-A’剖面線之剖面圖。 第2圖為顯示本發明之第1實施形態之薄膜電晶體之配 置圖。 第3圖（a )為本發明之第2實施形態之薄膜電晶體之要 部剖面圖，第3圖（b)為顯示製造方法之要部剖面圖。 第4圖（a )為本發明之第3實施形態之薄膜電晶體之要 部剖面圖，第4圖（b)為顯示製造方法之要部剖面圖。 第5圖為顯示第3實施形態之閘極電壓與汲極電流之關 係之圖。 第6圖（a)為顯示斜面角0在30度、45度、60度時閘極 電壓與汲極電流之關係之圖，第6圖（b)為顯示斜面角0與 閾值電壓Vth間之關係圖。 第7圖（a )為傳統之薄膜電晶體之斜視圖，第7圖（b )為 第7圖（a )之A - A ’剖面線之剖面圖。 1 薄膜電晶體 2 玻璃基板 3 基底絕緣膜 4 半導體層 5 端部 6 閘極絕緣膜 7 閘極電極
314325.ptd 第14頁 583770
圖式簡單說明 8 源極領域 9 汲極領域 10 通道領域 11 絕緣膜 12 雜質領域 13、 14、 15 接觸孔 16 光阻劑膜 17 雜質 L 通道長度 W 通道寬度 WD 通道寬度方向 Θ 斜面角 314325.ptd 第15頁
Claims (1)
- 583770 六、申請專利範圍 1. 一種薄膜電晶體，係具有： 設於基板上之半導體層； 設於前述半導體層中的兩側之源極領域與汲極領 域； 於前述半導體層中之前述源極領域與前述汲極領 域之間之通道領域；以及 隔著閘極絕緣膜而設於前述通道領域上之閘極電 極， 其特徵為：至少由前述閘極電極所覆蓋之前述通 道領域之通道寬度方向的端部的斜面角係在大約6 0度 以上。 2. —種薄膜電晶體，係具有： 設於基板上之半導體層； 設於前述半導體層中之兩側之源極領域與汲極領 域； 於前述半導體層中之前述源極領域與前述汲極領 域之間之通道領域；以及 隔著閘,極絕緣膜而設於前述通道領域上之閘極電 極， 其特徵為：至少由前述閘極電極所覆蓋之前述通 道領域之通道寬度方向的端部被絕緣化。 3. —種薄膜電晶體，係具有： 設於基板上之半導體層； 設於前述半導體層中之兩側之源極領域與汲極領314325.ptd 第16頁 583770 六、申請專利範圍 域； 於前述半導體層中之前述源極領域與前述汲極領 域之間之通道領域；以及 隔著閘極絕緣膜而設於前述通道領域上之閘極電 極， 其特徵為：至少在由前述閘極電極所覆蓋之前述 通道領域之通道寬度方向的端部，係被導入與在前述 源極電極與前述汲極電極中導入之雜質相反導電型之 雜質。314325.ptd 第17頁
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