專利名稱：多晶硅膜的制造方法以及薄膜晶體管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多晶硅膜的制造方法以及薄膜晶體管的制造方法，且特別涉及一種結(jié)合直接沉積多晶硅工藝與熱板退火工藝的多晶硅膜的制造方法以及薄膜晶體管的制造方法。
背景技術(shù)：
一般而言，薄膜晶體管依材質(zhì)可以分為多晶硅薄膜晶體管以及非晶硅薄膜晶體管兩種，由于多晶硅薄膜晶體管與非晶硅薄膜晶體管相比至少具有電子遷移率較高的優(yōu)點(diǎn)，因此在近來(lái)的發(fā)展中，無(wú)論是頂柵式薄膜晶體管或是底柵式薄膜晶體管，多采用通道層為多晶硅的多晶硅薄膜晶體管。
在底柵式多晶硅薄膜晶體管中，一種熱板結(jié)晶(Hot Plate Crystallization，HPC)工藝被提出，此技術(shù)是以柵極金屬層(Metal I)或源極/漏極金屬層(Metal II)為熱板，可將薄膜晶體管中非晶硅的通道層直接轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч璧耐ǖ缹?。然而，由于此工藝為?000℃以上的高溫工藝，因此可能導(dǎo)致基板變形，且無(wú)法大面積化與量產(chǎn)，并且有金屬擴(kuò)散影響元件電性之疑慮。
為了避免上述問(wèn)題，一種利用直接沉積方式制作多晶硅膜的方式被提出來(lái)，此種利用直接沉積方式制作多晶硅膜的方式，是在基板溫度許可下，以等離子體化學(xué)氣相沉積法或是高密度等離子體化學(xué)氣相沉積法等的方式直接沉積出低溫多晶硅薄膜，此方法除了可以避免過(guò)高的工藝溫度對(duì)基板造成破壞之外，又可以節(jié)省大量的結(jié)晶設(shè)備成本。但是，利用直接沉積方式制作之多晶硅薄膜多具有一層非晶相之界面成核層或是由于沉積速率高造成之晶格缺陷等，而會(huì)影響薄膜晶體管的元件效能。
韓國(guó)的首爾國(guó)際大學(xué)(Seoul National University)提出在以直接沉積方式制作之多晶硅薄膜之后，再進(jìn)行一道激光工藝以增加多晶硅薄膜結(jié)晶性的方法，然而，如果利用到昂貴的激光設(shè)備的話，不僅制造成本會(huì)增加，并且亦喪失直接沉積技術(shù)之低成本的訴求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種多晶硅膜以及薄膜晶體管的制造方法，能夠以較低的制造成本、較高的產(chǎn)率以及大面積化的制造方式，制造出高效能的多晶硅薄膜晶體管。
本發(fā)明提供一種多晶硅膜的制造方法，其步驟至少包括提供基板，其中于基板上至少形成有金屬層，接著于基板上直接沉積多晶硅膜，然后對(duì)多晶硅膜進(jìn)行熱板退火工藝。
本發(fā)明提供一種薄膜晶體管的制造方法，其步驟至少包括于基板上形成薄膜晶體管，其中薄膜晶體管至少具有通道層，且通道層為直接沉積工藝所形成的多晶硅膜，然后對(duì)通道層進(jìn)行熱板退火工藝。
如上述之薄膜晶體管的制造方法，其中于基板上形成薄膜晶體管的工藝包括于基板上形成柵極金屬層，接著于柵極金屬層上形成柵極絕緣層，然后于柵極絕緣層上依次形成通道層與歐姆接觸層，其后于歐姆接觸層上形成源極/漏極金屬層。
如上述之薄膜晶體管的制造方法，其中歐姆接觸層為直接沉積工藝所形成的多晶硅膜。
如上述之薄膜晶體管的制造方法，其中熱板退火工藝于形成通道層與歐姆接觸層之后進(jìn)行。
如上述之薄膜晶體管的制造方法，其中形成通道層與歐姆接觸層的步驟包括于基板上形成通道層的材料層與歐姆接觸層的材料層，然后圖案化通道層的材料層與歐姆接觸層的材料層以形成通道層與歐姆接觸層。
如上述之薄膜晶體管的制造方法，其中熱板退火工藝于形成通道層的材料層與歐姆接觸層的材料層之后進(jìn)行。
如上述之薄膜晶體管的制造方法，其中形成源極/漏極金屬層的步驟包括于基板上形成源極/漏極金屬層的材料層，然后圖案化源極/漏極金屬層的材料層以形成源極/漏極金屬層。
如上述之薄膜晶體管的制造方法，其中熱板退火工藝于形成源極/漏極金屬層的材料層之后進(jìn)行。
如上述之薄膜晶體管的制造方法，其中還包括以源極/漏極金屬層為掩膜，移除部分之歐姆接觸層以露出通道層。
如上述之薄膜晶體管的制造方法，其中熱板退火工藝于移除部分之歐姆接觸層之后進(jìn)行。
如上述之多晶硅膜以及薄膜晶體管的制造方法，其中熱板退火工藝包括快速熱退火工藝。
如上述之多晶硅膜以及薄膜晶體管的制造方法，其中熱板退火工藝的工藝溫度為攝氏500度至700度。
如上述之多晶硅膜以及薄膜晶體管的制造方法，其中熱板退火工藝的熱處理氣氛、周期為可調(diào)變。
如上述之多晶硅膜以及薄膜晶體管的制造方法，其中熱板退火工藝的熱處理時(shí)間不超過(guò)30分鐘。
由上述可知，本發(fā)明是以直接沉積的方式形成多晶硅膜或是形成薄膜晶體管中的通道層或是通道層/歐姆接觸層，接著再利用熱板退火工藝將多晶硅薄膜中的非晶相部分結(jié)晶化并改善多晶硅之晶格或晶粒缺陷。由于前述沉積工藝與熱板退火工藝的設(shè)備成本低，再加上熱板退火工藝能夠?qū)⑼嘶饻囟葔旱椭两Y(jié)晶溫度以下以及縮短熱退火時(shí)間，因此本發(fā)明將能夠以較低的制造成本、較高的產(chǎn)率以及大面積化的制造方式，制造出高效能的多晶硅薄膜晶體管。
為讓本發(fā)明之上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例并詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例之多晶硅膜的制造方法的流程圖。
圖2A至圖2E所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例之薄膜晶體管的制造方法的剖面示意圖。
主要元件標(biāo)記說(shuō)明S102、S104、S106步驟200基板210柵極金屬層220柵極絕緣層230通道層的材料層230a通道層240歐姆接觸層的材料層240a、240b歐姆接觸層250源極/漏極金屬層的材料層250a源極/漏極金屬層具體實(shí)施方式
多晶硅膜的制造方法圖1所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例之多晶硅膜的制造方法的流程圖。首先，請(qǐng)參照?qǐng)D1的步驟S102，提供基板，其中于基板上至少形成有金屬層。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1的步驟S104，于基板上直接沉積多晶硅膜，其中直接沉積多晶硅膜的工藝?yán)缡鞘褂靡话愎牡入x子體氣相沉積法或是高密度化學(xué)氣相沉積法，此處值得注意的是，通過(guò)直接沉積方式所形成的多晶硅膜可能會(huì)具有一層非晶相之界面成核層或是具有由于沉積速率高所造成之晶格缺陷等。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1的步驟S106，對(duì)多晶硅膜進(jìn)行熱板退火工藝，以使得散亂之晶格能得到足夠之活化能進(jìn)行晶格排列，并且界面之非晶硅層可沿其上之多晶硅晶格而轉(zhuǎn)移為多晶硅結(jié)構(gòu)。其中此處之熱板退火工藝?yán)缡菍?duì)整個(gè)基板提供熱源，此時(shí)金屬層將會(huì)吸收熱源而成為熱板，然后再通過(guò)金屬層提供熱能給多晶硅膜，以進(jìn)行上述的晶格缺陷修補(bǔ)以及非晶硅層的結(jié)晶。
上述對(duì)整個(gè)基板提供熱源的方法例如是可以使用快速熱回火工藝(Rapid Thermal Process)，并且此快速熱回火工藝?yán)缡强梢圆捎眉t外線照射的方式加熱。尚且，熱板退火工藝的工藝溫度例如是攝氏500度至700度，其熱處理時(shí)間例如是不超過(guò)30分鐘。
此外，除了上述的工藝溫度與熱處理時(shí)間之外，本發(fā)明的熱板退火工藝亦可以對(duì)熱處理氣氛與熱板退火周期等工藝參數(shù)進(jìn)行控制。
在上述實(shí)施例中，是通過(guò)提供已事先形成有金屬層(熱板)的基板，然后在基板上直接沉積多晶硅膜之后，再進(jìn)行熱板退火工藝。然而本發(fā)明并不限定于此，本發(fā)明亦可以在基板上直接沉積多晶硅膜之后，再于基板上形成金屬層以作為熱板，接著再進(jìn)行熱板退火工藝。
薄膜晶體管的制造方法圖2A至圖2E所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例之薄膜晶體管的制造方法的剖面示意圖。首先請(qǐng)參照?qǐng)D2A，薄膜晶體管的制造方法為先形成柵極金屬層的材料層(圖中未表示)于基板200上，此基板200可以是硅基板、玻璃基板等等，而柵極金屬層的材料層可以是鋁金屬或銅金屬等導(dǎo)電金屬材料即可。而后以光刻與蝕刻的方式將此柵極金屬層的材料層圖案化而于此基板200上形成柵極金屬層210。接著，于基板200上依次全面性地形成柵極絕緣層220、通道層的材料層230與歐姆接觸層的材料層240以覆蓋住柵極金屬層210。此處值得注意的是，通道層的材料層230或是通道層的材料層230/歐姆接觸層的材料層240是通過(guò)直接沉積多晶硅的工藝所形成的，而直接沉積多晶硅的工藝?yán)缡鞘褂靡话愎牡入x子體氣相沉積法或是高密度化學(xué)氣相沉積法。并且，通過(guò)直接沉積方式所形成的多晶硅膜可能會(huì)具有一層非晶相之界面成核層或是具有由于沉積速率高所造成之晶格缺陷等。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2B，圖案化通道層的材料層230與歐姆接觸層的材料層240以形成通道層230a與歐姆接觸層240a，上述工藝?yán)缡抢霉饪膛c蝕刻的方式，將通道層的材料層230與歐姆接觸層的材料層240圖案化，而于基板200上形成通道層230a與歐姆接觸層240a。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2C，于基板200上形成源極/漏極金屬層的材料層250，而源極/漏極金屬層的材料層250可以是鋁金屬或銅金屬等導(dǎo)電金屬材料即可。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2D，圖案化源極/漏極金屬層的材料層250以形成源極/漏極金屬層250a，其中上述工藝?yán)缡褂霉饪膛c蝕刻的方式，將源極/漏極金屬層的材料層250進(jìn)行圖案化，以于通道層兩側(cè)形成源極/漏極金屬層250a。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2E，去除未被源極/漏極層金屬層250a所覆蓋之歐姆接觸層240a而形成歐姆接觸層240b。根據(jù)上述之工藝，即可完成薄膜晶體管之基本結(jié)構(gòu)。
此處特別值得注意的是，由于在上述薄膜晶體管的工藝中，通道層的材料層230或是通道層的材料層230/歐姆接觸層的材料層240是以直接沉積多晶硅的方式所形成的，因此只要是在形成通道層的材料層230與歐姆接觸層的材料層240的工藝之后，就可以在隨后的任意工藝中進(jìn)行本發(fā)明的熱板退火工藝，其例如是可以各別接續(xù)在圖2A、圖2B、圖2C、圖2D以及圖2E的工藝之后進(jìn)行。
此處之熱板退火工藝?yán)缡菍?duì)整個(gè)基板200提供熱源，此時(shí)金屬層(于圖2A～圖2B中為柵極金屬層210，于圖2C中為柵極金屬層210以及源極/漏極金屬層的材料層250，而于圖2D～圖2E中為柵極金屬層210以及源極/漏極金屬層250a)將會(huì)吸收熱源而成為熱板，然后再通過(guò)金屬層提供熱能給多晶硅膜，以進(jìn)行上述的晶格缺陷修補(bǔ)以及非晶硅層的結(jié)晶。
上述對(duì)整個(gè)基板200提供熱源的方法例如是可以使用快速熱回火工藝，并且此快速熱回火工藝?yán)缡强梢圆捎眉t外線照射的方式加熱。尚且，熱板退火工藝的工藝溫度例如是攝氏500度至700度，其熱處理時(shí)間例如是不超過(guò)30分鐘。此外，除了上述的工藝溫度與熱處理時(shí)間之外，本發(fā)明的熱板退火工藝亦可以對(duì)熱處理氣氛與熱板退火周期等工藝參數(shù)進(jìn)行控制。
在上述較佳實(shí)施例中，其所披露的薄膜晶體管是屬于“背通道蝕刻(back channel etching，BCE)形式”的薄膜晶體管，然而本發(fā)明并不限定于此，本發(fā)明亦可適用于在通道層或是歐姆接觸層上形成有保護(hù)層的“通道保護(hù)層(Channel Protection，CHP)形式”的薄膜晶體管。
綜合上述，本發(fā)明之多晶硅膜的制造方法以及薄膜晶體管的制造方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn)由于本發(fā)明是以直接沉積的方式形成多晶硅膜或是形成薄膜晶體管中的通道層或通道層/歐姆接觸層，接著再利用熱板退火工藝將多晶硅薄膜中的非晶相部分結(jié)晶化并改善多晶硅之晶格或晶粒缺陷。由于前述直接沉積工藝與熱板退火工藝的設(shè)備成本低，再加上本發(fā)明之熱板退火工藝能夠?qū)⑼嘶饻囟葔旱椭两Y(jié)晶溫度以下以及縮短熱退火時(shí)間，因此能夠以較低的制造成本、較高的產(chǎn)率以及大面積化的制造方式，制造出高效能的多晶硅薄膜晶體管。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許之更動(dòng)與改進(jìn)，因此本發(fā)明之保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種多晶硅膜的制造方法，其特征是其步驟至少包括提供基板，其中于前述基板上至少形成有金屬層；于基板上直接沉積多晶硅膜；以及對(duì)前述多晶硅膜進(jìn)行熱板退火工藝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是前述熱板退火工藝包括快速熱退火工藝。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述之多晶硅膜的制造方法，其特征是前述熱板退火工藝的工藝溫度為攝氏500度至700度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述之多晶硅膜的制造方法，其特征是前述熱板退火工藝的熱處理氣氛、周期為可調(diào)變。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述之多晶硅膜的制造方法，其特征是前述熱板退火工藝的熱處理時(shí)間不超過(guò)30分鐘。
6.一種薄膜晶體管的制造方法，其特征是其步驟至少包括于基板上形成薄膜晶體管，其中前述薄膜晶體管至少具有通道層，且前述通道層為直接沉積工藝所形成的多晶硅膜；以及對(duì)前述通道層進(jìn)行熱板退火工藝。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是于前述基板上形成前述薄膜晶體管的工藝包括于前述基板上形成柵極金屬層；于前述柵極金屬層上形成柵極絕緣層；于前述柵極絕緣層上形成前述通道層以及歐姆接觸層；以及于前述歐姆接觸層上形成源極/漏極金屬層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是前述歐姆接觸層為直接沉積工藝所形成的多晶硅膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是前述熱板退火工藝于形成前述通道層以及前述歐姆接觸層之后進(jìn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是形成前述通道層與前述歐姆接觸層的步驟包括于前述基板上形成通道層的材料層與歐姆接觸層的材料層；以及圖案化前述通道層的材料層與前述歐姆接觸層的材料層以形成前述通道層與前述歐姆接觸層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是前述熱板退火工藝于形成前述通道層的材料層與前述歐姆接觸層的材料層之后進(jìn)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是形成前述源極/漏極金屬層的步驟包括于前述基板上形成源極/漏極金屬層的材料層；以及圖案化前述源極/漏極金屬層的材料層以形成前述源極/漏極金屬層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是前述熱板退火工藝于形成前述源極/漏極金屬層的材料層之后進(jìn)行。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是還包括以前述源極/漏極金屬層為掩膜，移除部分之前述歐姆接觸層以露出通道層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是前述熱板退火工藝于移除部分之歐姆接觸層之后進(jìn)行。
16.根據(jù)權(quán)利要求6所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是前述熱板退火工藝包括快速熱退火工藝。
17.根據(jù)權(quán)利要求6所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是前述熱板退火工藝的工藝溫度為攝氏500度至700度。
18.根據(jù)權(quán)利要求6所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是前述熱板退火工藝的熱處理氣氛、周期為可調(diào)變。
19.根據(jù)權(quán)利要求6所述之薄膜晶體管的制造方法，其特征是前述熱板退火工藝的熱處理時(shí)間不超過(guò)30分鐘。
全文摘要
一種多晶硅膜的制造方法，其步驟至少包括提供基板，其中于基板上至少形成有金屬層，接著于基板上直接沉積多晶硅膜，然后對(duì)多晶硅膜進(jìn)行熱板退火工藝。通過(guò)本發(fā)明之多晶硅膜的制造方法，能夠以較低的制造成本、較高的產(chǎn)率制造出高效能的多晶硅薄膜晶體管。
文檔編號(hào)H01L21/324GK101017774SQ200610003079
公開(kāi)日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2006年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月8日
發(fā)明者張榮芳, 陳麒麟, 王亮棠 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院