TWI362755B - Manufacturing method of thin film transistor - Google Patents
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Description
1362755 0710057ITW 23954twf.doc/p 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種主動元件的製造方法，且特別是 有關於一種薄膜電晶體的製造方法。 【先前技術】 隨著科技曰新月異，技術的日漸成熟，液晶顯示器 (Liquid Crystal Display, LCD)已廣泛的被應用在曰常生活 中’而薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)是應用液晶顯 示器中的驅動元件。電晶體(Transistor)的通道材料分為兩 種’ 一種為非晶石夕材料(amorphous silicon，a-Si)，一種為多 晶矽材料(poly-silicon，p-Si)。一般來說，非晶矽薄瞑電晶 體具有較低的漏電流(leakage current)，但是其電子遷移率 (electron mobility)卻較低，其不超過 1 cm2/Vsec，不敷 目前高速元件應用之需求。然而，多晶矽薄膜電晶體相較 於非晶石夕薄膜電晶體而言，具有較高之電子遷移率（約比 非晶矽高2〜3個數量級），卻有較高的漏電流，以致於無 法應用於大尺吋的液晶顯示器。因此，為了有效改善多晶 矽薄膜電晶體偏高的漏電流，一般便於薄膜電晶體的閘極 兩側以淺摻雜汲極的結構來降低漏電流。 圖1A至圖1D繪示一種習知的薄膜電晶體的製造方 法的示意圖。請參考圖1A，此習知的薄膜電晶體的製造方 法包括下列步驟，於基板11〇上形成一多晶矽島狀物 (poly-silicon island) 120。 請參考圖1B ’形成一圖案化光阻層125，然後，以圖 5 1362755 0710057ITW 23954twf.doc/p 案化光阻層125為遮罩進行一離子植入製程（ion implantationprocess)Sll〇，以於圖案化光阻層125兩侧下 方之多晶矽島狀物120内形成一源極/汲極121。然後，移 除圖案化光阻層125。 請參考圖1C，形成一閘絕緣層130於基板上110，並 覆蓋住多晶矽島狀物120 ;接著’形成一閘極140於基板 110上。然後，以閘極140為遮罩，進行一淺掺雜離子植
入製程（lightly doped drain ion implantation process ) S120， 以於閘極140兩側之下方之多晶矽島狀物12〇内形成一淺 掺雜沒極區123’而位於閘極層140正下方之多晶石夕島狀 物120即是一通道區127。
請參考圖1D，於基板11〇上分別形成一圖案化介電 層150 ’並移除部份閘絕緣層130，以暴露出部分源極級 極121。然後，在圖案化介電層15〇上形成圖案化導體層 160 ’而圖案化導體層16〇與源極/沒極電性連接。至 此，大致上完成習知的薄膜電晶體之製程。 極區的是’為了形核爾極121與淺摻雜没 的製造方法必須分別關案化光阻層125 與閘極140來做為離子植人之遮罩。換言之 道光罩才麟纽極/祕丨 、 而 作。因此，為了減少先置叙：二 23的製 晶體的製造方I 數，發展出另-種習知的薄膜電 圖2A至圖2E所泠干认达σ _ 造方法的示意圖。^考、=另—種習知薄膜電晶體的製 考圖2A，此習知的薄膜電晶體的製 6 1362755 0710057ITW 23954twf.doc/p 造方法包括下列步驟。於—基板上21G依序形成—多晶石夕 島狀物220、一閘絕緣層230與一閘極層240a。接著，形 成圖案化光阻層250於閘極層240a之上，其中圖案化光 阻層250具有1部光阻層結構施與—基部光阻層結構 2働’且項部光阻層結構25如與基部光阻層結構^此連 接。 請參考® 2B，進行離子植入製程S21〇，㈣在問極 層240a兩側下方之多晶石夕島狀物22〇内形成没極/源極 221。 請參考圖2C’以電聚灰化或其他非等向性钮刻的方 式剝除部分厚度之基部光阻層結構25〇b，以暴露出部分閘 和曰jOa然後’移除部分閘極層24〇a，以形成閘極240b。 請參考® 2D，進行淺摻雜離子植入製程sno，以於 閘極層240b兩側下方之多晶石夕島狀物22〇内形成淺播雜没 極’而位於閘極層24〇b正下方之多晶矽島狀物220 P疋通道區127。然後，移除剩餘的基部光阻層結構 250b。 吻參考圖2E’於基板21G上分別形成-圖案化介電層 260 除部份閘絕緣層23()，以暴露出部分源極/沒極 221。然後’在圖案化介電層26〇上形成圖案化導體層別， 而圖案=導體層270與源極/汲極電性221連接。 值:注意的是，此種製造方法雖然可以減少一道光 f 部需要增加電漿灰化或其他料向性侧製程來剝除 伤圖案化光阻層MG(亦即基部光阻層結構㈣，並增 7 1362755 0710057ITW 23954twf.doc/p ，、對於整體製造的程序並未減少。 刀σ闸蚀二次蝕刻的 【發明内容】 有蓉於此，本發明接徂 ^ 以減少所使㈣鮮數 種賴電晶體的製造方法， 莊提出一種薄膜電晶體的製作方法，其步驟包 ===成多晶石夕島狀物。接著，依序形成閉絕緣 Γ圖if! ’並覆蓋住多晶$島狀物。之後，形 ’並藉由圖案化光阻層對於導 體層進订-賴刻製程，以形成閘極，_ =匕光阻層的寬度。接著，進行離；植入製程二 層兩侧下方之多晶石夕島狀物内形成-源極/沒 除圖案:光2=二其後，移 =:【之多晶梅物内形成淺摻雜'區 層=;===?:後，形成介電 層’以暴露出部分源極/汲極，並形閘絕緣 化閑_。職,娜=圖案 苴由浪扣:/、 於圖案化介電層上， ，、中源極/秘導體層分職源極/¾極電性連接。 =本發明之—實施例，上述之源她極的離子植入 iHr子的摻雜濃度可以是介於5Ei4至咖
依據本發明之—實施例，上述之_摻雜 所植入的離子的摻雜濃度可以是介於1E13至S 8 1362755 0710057ITW 23954twf.doc/p ions/cm2 之間。 依據本發明之一實施例，上述之在形成多晶矽島狀物 之前’更可以先於基板上形成一緩衝層。 依據本發明之一實施例，上述之圖案化光阻層的邊緣 與閘極的邊緣可以相距1.5至2微米。 依據本發明之一實施例，上述之閘極的材質可以包括 銅(Cu)、鋁(A1)、鎢(W)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、鉅(Ta)、 • 石夕化鶴(WSi2)、石夕化鈦(Tisi2)、石夕化组(TaSi2)、石夕化翻(Mosi2) 或矽化鈷(CoSi2)。 基於以上所述，本發明利用過钱刻的方式，以使得形 成閘極所需之圖案化光阻層大於閘極，並以圖案化光阻層 與閘極為遮罩分別進行離子植入製程，以形成源極/汲極與 淺摻雜汲極區，藉此可減少薄膜電晶體的製程光罩數目， 並降低製程成本與時間。 ^為讓本發明之上述與其目的、特徵和優點能更明顯易 懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明 如下。 【實施方式】 制圖3A至3F繪示為本發明實施例之一種薄膜電晶體的 製作方法的示意圖。請參考圖3a，本實施例之薄膜電晶體 =製造方法包括下列步驟。首先，於基板31〇上形成一多 曰曰石夕島狀物320。更詳細而言，形成多晶石夕島狀物32〇的 步驟例如是先在基板310上形成一非晶矽層（未繪示）， 而形成非晶矽層的方式例如是化學氣相沉積（chemical 9 1362755 0710057ITW 23954twf.doc/p vapor deposition，CVD )製程或電漿加強化學氣相沉積 (plasma enhanced CVD, PECVD)製程。接著，對於此非 晶石夕層進行雷射退火（laser annealing)製程，以使非晶石夕 層轉變成多晶矽層。然後’對於此多晶矽層進行微影 (photolithography)製程與蝕刻（etching)製程，以在基 板310上形成多晶矽島狀物320。 此外，在形成多晶矽島狀物320之前，更可以先於基 板上形成一緩衝層311 ’以減少基板310内的金屬離子擴 散至多晶矽島狀物320内。而形成緩衝層311的方式可以 是低壓化學氣相沉積（low pressure CVD，LPCVD)製程或 是PECVD製程。更詳細而言，緩衝層311例如是單層氧 化矽或是氧化矽/氮化矽之雙層結構。 請參考圖3B，在基板上形成一閘絕緣層33〇，並覆蓋 住多晶矽島狀物320。更詳細而言，閘絕緣層33〇形成的 方式可以是採用PECVD製程。接著，在閘絕緣層33〇之 上形成一導體層340於基板上。更詳細而言，導體層340 形成的方式可以是先在閘絕緣層330上以物理氣相沉積 (physical vapor deposition)製程或是濺鍍(sputtering)製程形 成一閘極材料層，而閘極材料層的材質可以是銅(Cu)、鋁 (A1)、鎢(W)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、鈕(Ta)、石夕化鶴 (wsiz)、矽化鈦(Tisy、矽化鈕(丁沾匕）、矽化鉬(M〇Si2)或 矽化鈷(CoSb)。然後，於導體層34〇上形成一圖案化光阻 層 410。 請參考圖3C，藉由濕蝕刻的方式進行過蝕刻，以形 1362755 07100571TW 23954twf.doc/p 成閑極341’並使得閘極341的寬度小於圖案化光阻層41〇 的寬度。更詳細而言，圖案化光阻層41〇的邊緣與閘極341 的邊緣可以相距1·5至2微米，如圖3C所示之d。
请參考圖3D ’以圖案化光阻層41〇為遮罩進行離子 植入S310製程’以於圖案化光阻層稱兩侧下方之多晶 石夕島狀物320内形成一源極/沒極321。更詳細而言，離子 植入製程S310所植入的離子可以是n型摻雜物，其中η ，摻雜物可以是雜子，而所植人的離子的掺雜濃度可以 疋；丨於5Ε14至1Ε16 i〇ns/cm2之間。 請參考® 3E ’去除圖案化光阻層41〇後，以問極341 為遮罩進行淺摻雜離子植入製程S32〇,以於間極341兩側 之下方多晶石夕島狀物320内形成淺摻雜沒極區323，而閘 ，341 fp方之多晶石夕島狀物32〇即是一通道區奶。更 ，細而言，淺摻雜離子植入製程㈣所植入的離子可以
==声其中η型摻雜物可以是磷離子，所植入的 離子=雜痕度可以是介於旧3至1E14iGnsW之間。 為疏置二之雜由於源極/跡切是以圖案化光阻層410 邊緣盘θίΓ植^製程所形成’因此，源極/沒極321的 ίί間410邊緣對齊。此外，淺摻雜區323 此，雜厂為罩進行淺接雜離子植入製程所形成，因 =夂雜區323的邊緣與閘極341邊緣對齊。 "月參考圖3F，於該閘絕緣層33〇上形一八 350 ’接著歸部份介電層规與舰 ς ^ 部分源崎㈣。更詳細而言，移除部分介電= 1362755 0710057ITW 23954twf.doc/p 閘絕緣層330的方法包括微影製程與蝕刻製 / 介電層350上形成源極/汲極導體層36〇 ^ 然後，在 層360與源極/汲極321電性連接。 /'、極/’及極導體 此外，離子植入製程中所摻雜的離子 晶體設計需求，可以是!！型或p型摻雜物 或是P通道金屬氧化物半導體。
優點综上料’本糾之薄_晶體的製造方法包括下列 利用祕刻方式，使得閘極的圖 層的_，齡取«化姐層與閘 極區3㈣子植人製程，⑽成源極级極與淺摻雜汲 方較於習知技術，本發明的薄膜電晶體的製造 、一而一道光罩，可以減少薄膜電晶體的製程光罩數目。
依實際薄膜電 以形成η通道 、相較於f知技術可能產生鮮間㈣位誤差無法 形成對稱的淺摻驗極區，本發賴用_層之圖案化光 阻為遮罩以及_金屬濕式侧具有均勻等向性的優點， =多晶發島狀物進行離子植人製程，因此通道區兩侧的淺 摻雜汲極區較為對稱。 ，二、相較於習知技術需要在源極/汲極形成後’對圖案 =光阻進钱灰化或其他非等向性仙以齡部份光 Ρ且I還需再進行移除部分卩雜層後，才進行淺換雜離子 ft以形成淺推雜沒極區。本發明則是利用閘極層之圖案 匕光阻作為遮罩，進行淺雜離子植人㈣錢摻雜沒極 12 1362755 0710057ITW 23954tw£doc/p 區。因此相較於習知技術，本發明之薄膜電晶體的製造方 法’所需的製程程序較少。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在 脫離本發明之精神和範圍内，當可作些許之更動與潤 =本發明之保護顧當視後附之申請專_騎界定者
【圖式簡單說明】 至圖叫會示習知之薄膜電晶體的製造方法的 圖2A至圖2E繪示另一 的示意圖。 習知之薄膜電晶體的製造方法 作方本發明實施例中之1薄―製 【主要元件符號說明】 110、210、310 :基板
120、 220、320 :多晶石夕島狀物 121、 221、321 .源極/;及極 123、223、323 :淺摻雜彡及極區 125、250、410 :圖案化光阻層 127、325 :通道區 130、230、330 :閘絕緣層 140、240b、341 :閘極 150、260、350 :介電層 13 1362755 0710057ITW 23954twf.doc/p 160、270、360 :源極/汲極導體層 S110、S210、S310 :離子植入製程 S120、S220、S320 :淺摻雜離子植入製程 240a :閘極層 250a :頂部光阻層結構 250b :基部光阻層結構 311 :緩衝層 340 :導體層 14
Claims (1)
- 申請專利範圍： 種薄膜電晶體的製造方法，包括： 形成—多晶矽島狀物於—基板上. 物 形成―閑絕緣層於該基板上，並覆蓋住該多晶石夕島狀 形成—導體層於該閘絕緣層上； =成—圖案化光阻層於該導體層上； 程 藉由該圖案化光阻層對於該 以形成—閘極，其中該閘極的寬過敍刻製 層的寬度； 扪見度小於該圖案化光阻 以該圖案化光阻層作為罩幕進行 於该圖案化光阻層兩側下方之該多 直入製程’以 極/沒極’而該間極正下方之該多晶；：内形成—源 移除該圖案化光阻層； 胃狀物為-通道區； 該閘極兩卿轉子植人製程，以於 區，其中該淺摻雜、及狀物内形成-淺摻雜汲極 間；认雜雜£位於_極/難触通道區之 形成一介電層於該閘絕緣上 移除部分該介電層與該_㈣; 極/汲極，並形成—圖宰 s 暴路出部分該源 及 ㈣化"電層與一圖案化間絕緣層.；以 源極^2=:=層上’其t該 h專利範圍第1項所述之薄膜電晶體的製造方 1362755 0710057ITW 23954twf.doc/p 法，其中娜子植人製輯植人雜子的摻雜濃度介於 5E14 至 1E16 i〇ns/cm2之間。 3.如中料利範圍第丨項所述之薄膜電晶體的製造方 法，其中該淺摻雜離子植入製程所植入的離子的摻雜濃度 介於 1E13 至 1E14 ions/cm2 之間。 、4.如申請專利範圍第1項所述之薄膜電晶體的製造方法’其中麵賴乡砂島狀物之前，更包括在該基板上 形成一緩衝層。 、5·如申叫專利範圍第1項所述之薄膜電晶體的製造方 法’其中該圖案化光阻層的邊緣與該閘極的邊緣相距1.5 至2微米。 •如申明專利範圍第1項所述之薄膜電晶體的製造方法， 其中該閘極的材質包括銅、紹、鶴、鉻、銦、欽、la、石夕 化鶴、碎化鈇、碎化组、^Mb鉬或;ε夕化始。
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| JP6005401B2 (ja) | 2011-06-10 | 2016-10-12 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
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