形成多晶硅薄膜的方法以及形成薄膜晶體管的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種形成多晶硅薄膜的方法以及一種形成薄膜晶體管的方法。形成多晶硅薄膜的方法包括下列步驟。首先，提供一基底。然后，進(jìn)行一加熱處理。接著，進(jìn)行一硅薄膜沉積工藝，用以直接在基底的上表面上形成一多晶硅薄膜。形成薄膜晶體管的方法包括下列步驟。首先，提供基底。然后，進(jìn)行加熱處理。接著，進(jìn)行硅薄膜沉積工藝，用以直接在基底的上表面上形成多晶硅薄膜。然后，對多晶硅薄膜進(jìn)行一第一圖案化工藝，用以形成一半導(dǎo)體圖案。之后，形成一柵極電極、一柵極介電層、一源極電極以及一漏極電極。
【專利說明】形成多晶硅薄膜的方法以及形成薄膜晶體管的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是涉及一種形成多晶硅薄膜的方法以及一種形成薄膜晶體管的方法，特別涉及一種直接在基底上形成多晶硅薄膜而不需在成膜后再經(jīng)由激光退火(laserannealing)形成結(jié)晶化的形成多晶硅薄膜的方法以及利用此多晶硅薄膜形成薄膜晶體管的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，各種平面顯示器的應(yīng)用發(fā)展迅速，各類生活用品例如電視、移動電話、汽車、甚至是冰箱，都可見與平面顯示器互相結(jié)合的應(yīng)用。而薄膜晶體管(thin filmtransistor, TFT)是一種廣泛應(yīng)用在平面顯示器技術(shù)的半導(dǎo)體組件，例如應(yīng)用在液晶顯不器(liquid crystal display, LCD)、有機發(fā)光 二極管(organic light emittingdiode, OLED)顯不器以及電子紙(electronic paper, E-paper)等顯不器中。
[0003]目前顯示器領(lǐng)域使用的薄膜晶體管主要包括有非晶硅薄膜晶體管(amorphoussilicon TFT, a-Si TFT)與多晶硅薄膜晶體管(poly silicon TFT)。其中非晶硅薄膜晶體管由于具有制造工藝技術(shù)成熟以及合格率高的優(yōu)點，目前仍是顯示器領(lǐng)域中的主流。但非晶硅薄膜晶體管受到非晶硅半導(dǎo)體材料本身特性的影響，使其電子移動率(mobility)無法大幅且有效地通過制造工藝或組件設(shè)計的調(diào)整來改善，故無法滿足高規(guī)格顯示器的需求。多晶硅薄膜晶體管受惠于多晶硅材料的特性，在電子移動率上有大幅的改善。一般多晶硅薄膜的制造方式是先形成非晶硅薄膜后再經(jīng)由高溫或高能量的處理例如激光退火處理來使非晶硅薄膜結(jié)晶化而獲得多晶硅薄膜。然而，成膜后再結(jié)晶化的處理不僅造成制造工藝時間增加、成本上升以及影響整體生產(chǎn)效率，還有在大尺寸基底制造工藝時成膜均勻性不佳等問題而造成產(chǎn)品應(yīng)用上受到了限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在提供一種形成多晶硅薄膜的方法以及一種形成薄膜晶體管的方法，通過對基底加熱到可生成多晶硅薄膜的溫度，同時對基底進(jìn)行硅薄膜沉積工藝，用以在基底上直接形成多晶硅薄膜，并利用此多晶硅薄膜形成一薄膜晶體管。
[0005]本發(fā)明提供一種形成多晶硅薄膜的方法，此方法包括下列步驟。首先，提供一基底。然后，進(jìn)行一加熱處理。接著，進(jìn)行一硅薄膜沉積工藝，用以直接在基底的一上表面上形成一多晶娃薄膜。
[0006]本發(fā)明提供一種形成多晶硅薄膜的方法，此方法包括下列步驟。首先，提供一基底?；装ㄒ换妆倔w以及一晶格匹配層，且晶格匹配層是設(shè)置在基底本體上。然后，進(jìn)行一加熱處理。接著，進(jìn)行一硅薄膜沉積工藝，用以直接在基底的一上表面上形成一多晶硅薄膜。
[0007]本發(fā)明提供一種形成薄膜晶體管的方法，此方法包括下列步驟。首先，提供一基底。然后，進(jìn)行一加熱處理。接著，進(jìn)行一硅薄膜沉積工藝，用以直接在基底的一上表面上形成一多晶硅薄膜。對多晶硅薄膜進(jìn)行一第一圖案化工藝，用以形成一半導(dǎo)體圖案。形成一柵極電極、一柵極介電層、一源極電極以及一漏極電極。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1與圖2所示為本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的形成多晶硅薄膜的方法示意圖。
[0009]圖3所示為本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的形成多晶硅薄膜的方法示意圖。
[0010]圖4所示為本發(fā)明第三優(yōu)選實施例的形成多晶硅薄膜的方法示意圖。
[0011]圖5所示為本發(fā)明第四優(yōu)選實施例的形成多晶硅薄膜的方法示意圖。
[0012]圖6所示為本發(fā)明第五優(yōu)選實施例的形成多晶硅薄膜的方法示意圖。
[0013]圖7所示為本發(fā)明第六優(yōu)選實施例的形成多晶硅薄膜的方法示意圖。
[0014]圖8與圖9所示為本發(fā)明第七優(yōu)選實施例的形成多晶硅薄膜的方法示意圖。
[0015]圖10與圖11所示為本發(fā)明第八優(yōu)選實施例的形成多晶硅薄膜的方法示意圖。
[0016]圖12所示為本發(fā)明第九優(yōu)選實施例的形成多晶硅薄膜的方法示意圖。
[0017]圖13所示為本發(fā)明第十優(yōu)選實施例的形成薄膜晶體管的方法的流程示意圖。
[0018]圖14到圖16所示為本發(fā)明第十優(yōu)選實施例的形成薄膜晶體管的方法示意圖。
[0019]圖17所示為本發(fā)明第十一優(yōu)選實施例的形成薄膜晶體管的方法的流程示意圖。
[0020]圖18到圖20所示為本發(fā)明第十一優(yōu)選實施例的形成薄膜晶體管的方法示意圖。
[0021]圖21所示為本發(fā)明第十二優(yōu)選實施例的形成薄膜晶體管的方法的流程示意圖。
[0022]圖22與圖23所示為本發(fā)明第十二優(yōu)選實施例的形成薄膜晶體管的方法示意圖。
[0023]圖24所示為本發(fā)明第十三優(yōu)選實施例的形成薄膜晶體管的方法的流程示意圖。
[0024]圖25與圖26所示為本發(fā)明第十三優(yōu)選實施例的形成薄膜晶體管的方法示意圖。
[0025]圖27所示為本發(fā)明第十四優(yōu)選實施例的形成薄膜晶體管的方法示意圖。
[0026]其中，附圖標(biāo)記說明如下:
[0027]20多晶硅薄膜20D摻雜區(qū)
20P半導(dǎo)體圖案21摻雜層
21P圖案化摻雜層22多晶硅薄膜
22P半導(dǎo)體圖案23摻雜層
23P圖案化摻雜層30柵極介電層
32柵極介電層33柵極介電層
34柵極介電層40D漏極電極
40G柵極電極40S源極電極
43D漏極電極43S源極電極
44G柵極電極50保護(hù)層
53G柵極電極 60D漏極電極
[0028]60G輔助電極60S源極電極
64D漏極電極64S源極電極
74蝕刻阻擋層MO基底
IlOA上表面IIOB下表面
IlOM基底本體120多晶硅薄膜
220多晶硅薄膜310基底
310A上表面310B下表面
311加熱輔助層320多晶硅薄膜
420多晶硅薄膜510基底
510A上表面510B下表面
512晶格匹配層520多晶硅薄膜
620多晶硅薄膜H加熱源
Hl主加熱源H2輔助加熱源
RG反應(yīng)氣體SllO步驟
S120步驟S130步驟`
S510步驟S521步驟
S522步驟S530步驟
SS硅源S11-S20步驟
S23-S26步驟S34-S37步驟
S41-S47步驟Tl薄膜晶體管
T2薄膜晶體管T3薄膜晶體管
T4薄膜晶體管T5薄膜晶體管
Vl第一開口\2第二開口
V3第三開口V4第二開口
【具體實施方式】
[0029]請參考圖1與圖2。圖1與圖2所示為本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的形成多晶硅薄膜的方法示意圖。其中圖1為一流程圖。為了方便說明，本發(fā)明的各附圖僅為示意用以容易了解本發(fā)明，其詳細(xì)的比例可依照設(shè)計的需求進(jìn)行調(diào)整。如圖1與圖2所示，本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例提供一種形成多晶硅薄膜的方法，此方法包括下列步驟。首先，進(jìn)行步驟S110，提供一基底110，基底110具有一上表面IlOA以及一下表面110B。此外，本實施例的基底110可包括一基底本體110M?；妆倔wIIOM可包括玻璃基底本體、陶瓷基底本體或其他適合材料所形成的基底本體。然后，進(jìn)行步驟S120，進(jìn)行一加熱處理。本實施例的加熱處理包括利用一加熱源H對基底110加熱到高于攝氏450度，且優(yōu)選是利用加熱源H對基底110加熱到高于攝氏500度。加熱源H可包括光加熱源、離子束加熱源、電子束加熱源、爐管加熱源或燈絲加熱源。進(jìn)一步說明，本實施例的加熱源H可包括一主加熱源Hl以及一輔助加熱源H2，但并不以此為限。上述的加熱處理可包括利用主加熱源Hl對基底110加熱到一第一溫度，以及利用輔助加熱源H2對基底110的上表面IlOA加熱到一第二溫度，但并不以此為限。此外，第二溫度優(yōu)選是高于第一溫度，舉例來說，第一溫度優(yōu)選是高于攝氏200度，第二溫度是高于攝氏450度，且第二溫度優(yōu)選是高于攝氏500度，但并不以此為限。接著，在步驟S130中進(jìn)行一硅薄膜沉積工藝，由于基底110的上表面IlOA的溫度已達(dá)到可生成多晶硅薄膜的溫度，故可直接在基底110的上表面IlOA上形成一多晶硅薄膜120。
[0030]如圖2所示,本實施例的娃薄膜沉積工藝優(yōu)選為一化學(xué)氣相沉積(chemical vapordeposition, CVD)工藝?yán)绲入x子體加強化學(xué)氣相沉積(plasma enhanced chemicalvapor deposition, PECVD)工藝、有機金屬化學(xué)氣相沉積(metal-organic chemicalvapor deposition, MOCVD)工藝或低壓化學(xué)氣相沉積(low pressure physical vapordeposition, LPCVD)工藝，但并不以此為限。通過通入一反應(yīng)氣體RG提供硅的來源，用以在基底110的上表面110A進(jìn)行硅薄膜沉積。舉例來說，在本實施例的硅薄膜沉積工藝中，反應(yīng)氣體RG可包括硅烷(silane，SiH4)或二氯硅烷(SiH2Cl2)，利用將硅烷或二氯硅烷解離可在基底110上進(jìn)行硅薄膜沉積。由于基底110的上表面110A已被輔助加熱源H2加熱到可生成多晶硅薄膜的溫度，故可直接在基底110的上表面110A形成多晶硅薄膜120而不需在成膜后進(jìn)行其他結(jié)晶化處理例如激光退火處理，故本實施例的形成多晶硅薄膜的方法可具有縮短制造工藝時間、降低成本以及提高整體生產(chǎn)效率的優(yōu)點。此外，由于本實施例的形成多晶硅薄膜的方法是以薄膜沉積方式直接形成多晶硅薄膜120，故也有成膜均勻性佳而可適用在大尺寸基底的特性。
[0031]請注意，在本實施例的形成多晶硅薄膜的方法中，除了可在硅薄膜沉積工藝之前利用輔助加熱源H2對基底110的上表面110A加熱到第二溫度，也可視需要在硅薄膜沉積工藝的初期或其他過程中利用輔助加熱源H2持續(xù)對上表面110A以及沉積的硅薄膜進(jìn)行加熱，用以加強多晶硅薄膜120的結(jié)晶質(zhì)量。此外，本實施例的輔助加熱源H2可包括具有高能量的光(light source)加熱源、離子束(ion beam)加熱源、電子束(electrode beam)加熱源、爐管(furnace tube)加熱源或燈絲加熱源,而主加熱源Hl可包括襯托器(susceptor)加熱源、射頻(radio frequency, RF)加熱源或紅外線(infrared, IR)加熱源,但本發(fā)明并不以此為限而可視需要使用其他適合的主加熱源Hl以及輔助加熱源H2用以達(dá)到所需的加熱效果。由于本實施例的加熱方式主要是對基底110的上表面110A加熱到可生成多晶硅薄膜的第二溫度，而基底110的其他部分可不需達(dá)到第二溫度，故本實施例的形成多晶硅薄膜的方法對在基底110的耐熱性要求可較為寬松。[0032]下文將針對本發(fā)明的不同實施樣態(tài)進(jìn)行說明，且為簡化說明，以下說明主要針對各實施例不同的部分進(jìn)行詳述，而不再對相同的部分作重復(fù)贅述。此外，本發(fā)明的各實施例中相同的組件是以相同的標(biāo)號進(jìn)行標(biāo)示，用以方便在各實施例間互相對照。
[0033]請參考圖3，并請一并參考圖1。圖3所示為本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的形成多晶硅薄膜的方法示意圖。如圖3與圖1所示，本實施例的形成多晶硅薄膜的方法與上述第一優(yōu)選實施例之間的相異處在于，本實施例的硅薄膜沉積工藝優(yōu)選為一物理氣相沉積(physicalvapor deposition, PVD)工藝,通過一娃源SS例如娃祀材進(jìn)行派鍍(sputtering),用以在基底110的上表面IlOA進(jìn)行硅薄膜沉積。由于基底110的上表面IlOA已被輔助加熱源H2加熱到可生成多晶硅薄膜的第二溫度，故可直接在基底110的上表面IlOA形成一多晶硅薄膜220而不需在成膜后進(jìn)行其他結(jié)晶化處理。本實施例的形成多晶硅薄膜的方法除了硅薄膜沉積工藝的形式不同之外，其余的各部件的特征、材料特性以及加熱方式是與上述第一優(yōu)選實施例相似，故在此并不再贅述。值得說明的是，在本實施例的形成多晶硅薄膜的方法中，除了可在硅薄膜沉積工藝之前利用輔助加熱源H2對基底110的上表面IlOA加熱到第二溫度，也可視需要在硅薄膜沉積工藝的初期或其他過程中利用輔助加熱源H2持續(xù)對上表面IlOA以及沉積的硅薄膜進(jìn)行加熱，用以加強多晶硅薄膜220的結(jié)晶質(zhì)量。
[0034]請參考圖4。圖4所示為本發(fā)明第三優(yōu)選實施例的形成多晶硅薄膜的方法示意圖。如圖4所示，在本實施例中，硅薄膜沉積工藝優(yōu)選是包括利用一反應(yīng)氣體RG用以在基底110的上表面IIOA上形成多晶硅薄膜120。反應(yīng)氣體RG可包括硅烷或二氯硅烷，但并不以此為限。本實施例的形成多晶娃薄膜的方法與上述第一優(yōu)選實施例之間的相異處在于，本實施例的加熱處理可包括利用主加熱源Hl對基底110加熱到第一溫度以及利用輔助加熱源H2對反應(yīng)氣體RG加熱到第二溫度。第二溫度優(yōu)選是高于第一溫度，舉例來說，第一溫度優(yōu)選是高于攝氏200度，第二溫度是高于攝氏450度，且第二溫度優(yōu)選是高于攝氏500度，但并不以此為限。由于反應(yīng)氣體RG已被輔助加熱源H2加熱到可生成多晶硅薄膜的溫度，故可直接在基底110的上表面IlOA形成多晶硅薄膜120。此外，本實施例的輔助加熱源H2可包括具有高能量的光加熱源、離子束加熱源、電子束加熱源、爐管加熱源或燈絲加熱源，但并不以此為限。本實施例的形成多晶硅薄膜的方法除了加熱處理的方式之外，其余的各部件的特征以及材料特性與上述第一優(yōu)選實施例相似，故在此并不再贅述。值得說明的是，在本發(fā)明的其他優(yōu)選實施例中，也可視需要利用輔助加熱源H2對基底110的上表面IlOA以及反應(yīng)氣體RG加熱到第二溫度，用以進(jìn)一步加強多晶硅薄膜120的結(jié)晶質(zhì)量。
[0035]請參考圖5。圖5所示為本發(fā)明第四優(yōu)選實施例的形成多晶硅薄膜的方法示意圖。如圖5所示，本實施例的硅薄膜沉積工藝優(yōu)選為一物理氣相沉積工藝，通過硅源SS例如硅靶材進(jìn)行濺鍍，用以在基底110的上表面IlOA進(jìn)行硅薄膜沉積。本實施例的形成多晶硅薄膜的方法與上述第二優(yōu)選實施例之間的相異處在于，本實施例的加熱處理可包括利用主加熱源Hl對基底110加熱到第一溫度以及利用輔助加熱源H2對硅源SS尚未在上表面IlOA成膜前的狀態(tài)進(jìn)行加熱到第二溫度。第二溫度優(yōu)選是高于第一溫度，舉例來說，第一溫度優(yōu)選是高于攝氏200度，第二溫度是高于攝氏450度，且第二溫度優(yōu)選是高于攝氏500度，但并不以此為限。由于硅源SS尚未在上表面IlOA成膜前的狀態(tài)已被輔助加熱源H2加熱到可生成多晶硅薄膜的溫度，故可直接在基底110的上表面IlOA形成多晶硅薄膜220。此外，本實施例的輔助加熱源H2可包括具有高能量的光加熱源、離子束加熱源、電子束加熱源、爐管加熱源或燈絲加熱源，但并不以此為限。本實施例的形成多晶硅薄膜的方法除了加熱處理的方式之外，其余的各部件的特征以及材料特性與上述第二優(yōu)選實施例相似，故在此并不再贅述。值得說明的是，在本發(fā)明的其他優(yōu)選實施例中，也可視需要同時利用輔助加熱源H2對基底110的上表面IlOA以及硅源SS尚未在上表面IlOA成膜前的狀態(tài)進(jìn)行加熱到
第二溫度，用以進(jìn)一步加強多晶硅薄膜220的結(jié)晶質(zhì)量。
[0036]請參考圖6。圖6所示為本發(fā)明第五優(yōu)選實施例的形成多晶硅薄膜的方法示意圖。如圖6所示，本實施例的形成多晶硅薄膜的方法與上述第一優(yōu)選實施例之間的相異處在于，本實施例的基底310包括一基底本體IIOM以及一加熱輔助層311，且加熱輔助層311是設(shè)置在基底本體IlOM上?；?10具有一上表面310A以及一下表面310B。換句話說，加熱輔助層311背對基底本體IlOM的一表面可視為基底310的上表面310A。加熱輔助層311是用以增強輔助加熱源H2的加熱效益，進(jìn)一步改善相關(guān)制造工藝狀況。此外，加熱輔助層311是為一具有高吸熱效益的材料所形成，可包括石墨、氧化鉻或鑰等材料，但并不以此為限。通過加熱輔助層311的設(shè)置，可使基底310的上表面3IOA有效率地被輔助加熱源H2加熱到可生成多晶硅薄膜的第二溫度，故可直接在基底310的上表面310A形成一多晶硅薄膜320而不需在成膜后進(jìn)行其他結(jié)晶化處理。
[0037]請參考圖7。圖7所示為本發(fā)明第六優(yōu)選實施例的形成多晶硅薄膜的方法示意圖。如圖7所示，本實施例的形成多晶硅薄膜的方法與上述第五優(yōu)選實施例之間的相異處在于，本實施例的娃薄膜沉積工藝優(yōu)選為一物理氣相沉積工藝，通過一娃源SS例如娃革巴材進(jìn)行濺鍍，用以在基底310的上表面310A進(jìn)行硅薄膜沉積。此外，通過加熱輔助層311的設(shè)置，可使基底310的上表面310A有效率地被輔助加熱源H2加熱到可生成多晶硅薄膜的第二溫度，故可直接在基底310的上表面310A形成一多晶硅薄膜420而不需在成膜后進(jìn)行其他結(jié)晶化處理。
[0038]請參考圖8與圖9。圖8與圖9所示為本發(fā)明第七優(yōu)選實施例的形成多晶硅薄膜的方法示意圖。其中圖8為一流程圖。如圖8與圖9所示，本發(fā)明的第七優(yōu)選實施例提供一種形成多晶硅薄膜的方法，此方法包括下列步驟。首先，進(jìn)行步驟S510，提供一基底510，基底510具有一上表面510A以及一下表面510B。此外，本實施例的基底510可包括一基底本體IlOM以及一晶格匹配層512，且晶格匹配層512是設(shè)置在基底本體IlOM上。換句話說，晶格匹配層512背對基底本體IlOM的一表面可視為基底510的上表面510A。此外，晶格匹配層512可包括具有晶格方向性的高分子材料、非晶娃(amorphous silicon)材料或金屬氧化物材料例如氧化錯(zirconium oxide, ZrO2)、氧化鋪(cerium oxide, CeO2)、氧化鐠(praseodymium oxide, PrO2)或氧化乾(yttrium oxide, Y2O3),但并不以此為限。然后，進(jìn)行步驟S521，進(jìn)行一加熱處理。接著，在步驟S530中進(jìn)行一硅薄膜沉積工藝，用以直接在基底510的上表面510A上形成一多晶娃薄膜520。在本實施例中，加熱處理可包括利用一主加熱源Hl對基底510加熱到一第一溫度。值得說明的是，由于本實施例的基底510具有晶格匹配層512，故第一溫度可介在攝氏150度到攝氏250度之間即可，但并不以此為限。如圖9所示，本實施例的硅薄膜沉積工藝優(yōu)選為一化學(xué)氣相沉積工藝?yán)绲入x子體加強化學(xué)氣相沉積工藝、有機金屬化學(xué)氣相沉積工藝或低壓化學(xué)氣相沉積工藝，但并不以此為限。
[0039]請參考圖10與圖11。圖10與圖11所示為本發(fā)明第八優(yōu)選實施例的形成多晶硅薄膜的方法示意圖。其中圖10為一流程圖。如圖10與圖11所示，本實施例的形成多晶硅薄膜的方法與上述第七優(yōu)選實施例之間的相異處在于，本實施例是在步驟S510后進(jìn)行步驟S522，進(jìn)行一加熱處理。上述的加熱處理包括利用一加熱源H對基底510加熱到高于攝氏250度。在本實施例中，加熱源H可包括一主加熱源Hl以及一輔助加熱源H2，而加熱處理可包括利用主加熱源Hl對基底510加熱到一第一溫度，以及利用輔助加熱源H2對基底510的上表面510A加熱到一第二溫度，但并不以此為限。此外，第二溫度優(yōu)選是高于第一溫度，舉例來說，第一溫度優(yōu)選是高于攝氏150度，且第二溫度優(yōu)選是高于攝氏250度，但并不以此為限。接著，在步驟S530中進(jìn)行一硅薄膜沉積工藝，用以直接在基底110的上表面IlOA上形成一多晶娃薄膜620。
[0040]本實施例的形成多晶硅薄膜的方法除了進(jìn)一步利用輔助加熱源H2對基底510的上表面510A進(jìn)行加熱之外，其余的各部件的特征、材料特性以及硅薄膜沉積工藝與上述第七優(yōu)選實施例相似，故在此并不再贅述。值得說明的是，在本實施例的形成多晶硅薄膜的方法中，除了可在硅薄膜沉積工藝之前利用輔助加熱源H2對基底510的上表面510A以及晶格匹配層512加熱到第二溫度，也可視需要在硅薄膜沉積工藝的初期或其他過程中利用輔助加熱源H2持續(xù)對上表面510A、晶格匹配層512以及沉積的硅薄膜進(jìn)行加熱，用以加強多晶硅薄膜620的結(jié)晶質(zhì)量。此外，本實施例的輔助加熱源H2可包括具有高能量的光加熱源、離子束加熱源、電子束加熱源、爐管加熱源或燈絲加熱源，而主加熱源Hl可包括襯托器加熱源、射頻加熱源或紅外線加熱源，但本發(fā)明并不以此為限而可視需要使用其他適合的主加熱源Hl以及輔助加熱源H2用以達(dá)到所需的加熱效果。由于本實施例的基底510具有晶格匹配層512,故本實施例中對在基底510的上表面510A的加熱溫度可進(jìn)一步降低，也可使本實施例的形成多晶硅薄膜的方法對在基底510的耐熱性要求可較為寬松。
[0041]請參考圖12。圖12所示為本發(fā)明第九優(yōu)選實施例的形成多晶硅薄膜的方法示意圖。如圖12所示，在本實施例中，硅薄膜沉積工藝優(yōu)選是包括利用一反應(yīng)氣體RG用以在基底510的上表面5IOA上形成多晶硅薄膜620。反應(yīng)氣體RG可包括硅烷或二氯硅烷，但并不以此為限。本實施例的形成多晶硅薄膜的方法與上述第八優(yōu)選實施例之間的相異處在于，本實施例的加熱處理可包括利用主加熱源Hl對基底510加熱到第一溫度以及利用輔助加熱源H2對反應(yīng)氣體RG加熱到第二溫度。第二溫度優(yōu)選是高于第一溫度，舉例來說，第一溫度優(yōu)選是高于攝氏150度，且第二溫度優(yōu)選是高于攝氏250度，但并不以此為限。由于基底510具有晶格匹配層512，故可以較低的溫度加熱反應(yīng)氣體RG即可直接在基底510的上表面510A形成多晶硅薄膜620。此外，本實施例的輔助加熱源H2可包括具有高能量的光加熱源、離子束加熱源、電子束加熱源、爐管加熱源或燈絲加熱源，但并不以此為限。本實施例的形成多晶硅薄膜的方法除了加熱處理的方式之外，其余的各部件的特征以及材料特性是與上述第八優(yōu)選實施例相似，故在此并不再贅述。值得說明的是，在本發(fā)明的其他優(yōu)選實施例中，也可視需要利用輔助加熱源H2對基底510的上表面510A以及反應(yīng)氣體RG加熱到第二溫度，用以進(jìn)一步加強多晶硅薄膜620的結(jié)晶質(zhì)量。
[0042]請參考圖13到圖16。圖13所示為本發(fā)明第十優(yōu)選實施例的形成薄膜晶體管的方法的流程示意圖。圖14到圖16所示為本實施例的形成薄膜晶體管的方法示意圖。如圖13到圖16所示，本實施例提供一種形成薄膜晶體管的方法，此方法包括下列步驟。首先，進(jìn)行步驟S11，提供一基底110，基底110具有一上表面IlOA以及一下表面110B。此外，本實施例的基底110可包括一基底本體110M。然后，進(jìn)行步驟S12,進(jìn)行一加熱處理。接著，在步驟S13中進(jìn)行一硅薄膜沉積工藝，用以直接在基底110的上表面IIOA上形成一多晶硅薄膜20。值得說明的是，本實施例的多晶硅薄膜20的形成方式可選擇自以上所述的第一到第九優(yōu)選實施例所述的形成多晶硅薄膜的方法。換句話說，本實施例的加熱方式、加熱溫度范圍、硅薄膜沉積工藝的方式、工藝條件以及材料特性等是與上述第一到第九優(yōu)選實施例相似，故在此并不再贅述。此外，在本實施例的形成多晶硅薄膜20的步驟中，也可視需要如上述實施例所述的方式設(shè)置加熱輔助層(圖未示)或/與晶格匹配層(圖未示)，但并不以此為限。
[0043]然后，如圖13與圖15所示，進(jìn)行步驟S14，對多晶硅薄膜20進(jìn)行一第一圖案化工藝，用以形成一半導(dǎo)體圖案20P。接著，進(jìn)行步驟S15，形成一柵極介電層30，用以覆蓋半導(dǎo)體圖案20P與基底110。之后，進(jìn)行步驟S16，在柵極介電層30上形成一柵極電極40G。換句話說，本實施例的柵極介電層30是在第一圖案化工藝之后形成，且柵極電極40G是在柵極介電層30之后形成。然后，進(jìn)行步驟S17，在柵極電極40G形成之后進(jìn)行一離子注入工藝，用以在半導(dǎo)體圖案20P中形成多個摻雜區(qū)20D。值得說明的是，本實施例的摻雜區(qū)20D優(yōu)選是為一 P型摻雜的多晶硅材料，但并不以此為限。此外，本實施例的柵極電極40G可作為進(jìn)行上述的離子注入工藝時的遮罩，故可借此達(dá)到簡化制造工藝以及產(chǎn)生自對準(zhǔn)(self-aligned)的效果，但并不以此為限。此外，本實施例的形成薄膜晶體管的方法可還包括在離子注入工藝后，也就是步驟S17之后，在步驟S18中進(jìn)行一加熱活化工藝，用以活化摻雜區(qū)20D。此加熱活化工藝優(yōu)選是以光加熱、離子束加熱、電子束加熱、爐管加熱或燈絲加熱的方式進(jìn)行，但并不以此為限。接著，如圖13與圖16所示，進(jìn)行步驟S19，在柵極介電層30以及柵極電極40G上形成一保護(hù)層50，并在保護(hù)層50以及柵極介電層30中形成多個第一開口 VI，用以至少部分暴露出摻雜區(qū)20D。然后，進(jìn)行步驟S20，形成一源極電極60S與一漏極電極60D，用以形成如圖16中所示的一薄膜晶體管Tl。在本實施例中，源極電極60S與漏極電極60D是通過第一開口 Vl與摻雜區(qū)20D接觸用以形成電連接，且在形成第一開口 Vl時可同時在保護(hù)層50中形成一第三開口 V3，用以至少部分暴露柵極電極40G，但并不以此為限。此外，在本實施例的制造方法中，也可視需要在形成源極電極60S與漏極電極60D的工藝步驟中一并形成一輔助電極60G，且使輔助電極60G通過第三開口 V3與柵極電極40G接觸用以形成電連接。換句話說，源極電極60S、漏極電極60D以及輔助電極60G可由對一導(dǎo)電層進(jìn)行圖案化而同時形成，但并不以此為限。本實施例的薄膜晶體管Tl可視為一上柵極(top gate)多晶娃薄膜晶體管。
[0044]請參考圖17到圖20。圖17所示為本發(fā)明第十一優(yōu)選實施例的形成薄膜晶體管的方法的流程示意圖。圖18到圖20所示為本實施例的形成薄膜晶體管的方法示意圖。如圖17到圖20所示，本實施例的形成薄膜晶體管的方法與上述第十優(yōu)選實施例不同的地方在于，本實施例的方法是在步驟S12之后進(jìn)行步驟S23，用以直接在基底110的上表面IlOA上形成多晶硅薄膜20以及一摻雜層21，且摻雜層21是形成在多晶硅薄膜20的上。值得說明的是，摻雜層優(yōu)選是與多晶硅薄膜在同一硅薄膜沉積工藝中形成，用以達(dá)到簡化制造工藝步驟的效果，但并不以此為限。本實施例的摻雜層21可包括一 P型摻雜的多晶硅材料，但并不以此為限。然后，如圖17與圖19所示，進(jìn)行步驟S24，對多晶硅薄膜20進(jìn)行一第一圖案化工藝，用以形成一半導(dǎo)體圖案20P，并對摻雜層21進(jìn)行一第二圖案化工藝，用以形成一圖案化摻雜層21P。本實施例的第一圖案化工藝以及第二圖案化工藝可包括一整合的單一光刻工藝，用以達(dá)到簡化制造工藝步驟的效果，但并不以此為限。在本發(fā)明的其他優(yōu)選實施例中，也可視需要分別進(jìn)行第一圖案化工藝與第二圖案化工藝。
[0045]接著，如圖17與圖20所示，進(jìn)行步驟S25，在第二圖案化工藝之后形成一柵極介電層32，用以覆蓋半導(dǎo)體圖案20P與圖案化摻雜層21P。柵極介電層32可包括多個第二開口 V2，用以至少部分暴露出圖案化摻雜層21P。然后，進(jìn)行步驟S26，形成一柵極電極40G、一源極電極40S以及一漏極電極40D，用以形成如圖20中所示的一薄膜晶體管T2。換句話說，柵極電極40G、源極電極40S以及漏極電極40D是在柵極介電層32之后形成，且柵極電極40G、源極電極40S以及漏極電極40D優(yōu)選是由同一工藝步驟形成，用以達(dá)到簡化制造工藝步驟的效果。舉例來說，柵極電極40G、源極電極40S以及漏極電極40D可由對一導(dǎo)電層進(jìn)行圖案化而同時形成，但并不以此為限。由于本實施例的摻雜層21可與多晶硅薄膜20通過同一工藝步驟來形成，故可不需額外進(jìn)行離子注入工藝，進(jìn)而可達(dá)到簡化制造工藝以及降低生產(chǎn)成本的效果。
[0046]請參考圖21到圖23。圖21所示為本發(fā)明第十二優(yōu)選實施例的形成薄膜晶體管的方法的流程示意圖。圖22與圖23所示為本實施例的形成薄膜晶體管的方法示意圖。如圖21到圖23所示，本實施例的形成薄膜晶體管的方法與上述第十一優(yōu)選實施例不同的地方在于，本實施例的方法是在步驟S23之后進(jìn)行步驟S34，對多晶硅薄膜20進(jìn)行一第一圖案化工藝，用以形成一半導(dǎo)體圖案20P。然后，進(jìn)行步驟S35，在摻雜層21上形成一源極電極43S以及一漏極電極43D，并對摻雜層21進(jìn)行一第二圖案化工藝，用以形成一圖案化摻雜層21P。本實施例的第二圖案化工藝以及形成源極電極43S與漏極電極43D的工藝步驟可整合在一單一光刻工藝中，用以達(dá)到簡化制造工藝步驟的效果，但并不以此為限。也就是說，圖案化摻雜層21P優(yōu)選是與源極電極43S以及漏極電極43D由同一工藝步驟形成。此外，在本發(fā)明的其他優(yōu)選實施例中，第二圖案化工藝也可視需要在源極電極43S與漏極電極43D形成之后進(jìn)行，且源極電極43S與漏極電極43D可作為進(jìn)行上述的第二圖案化工藝時的遮罩，故可借此達(dá)到簡化制造工藝的效果，但并不以此為限。接著，如圖21與圖23所示，進(jìn)行步驟S36，在第二圖案化工藝之后形成一柵極介電層33，用以覆蓋源極電極43S、漏極電極43D、圖案化摻雜層21P以及半導(dǎo)體圖案20P。柵極介電層33包括多個第二開口 V4，用以至少部分暴露出源極電極43S與漏極電極43D。之后，進(jìn)行步驟S37，在柵極介電層33上形成一柵極電極53G，用以形成如圖23中所示的一薄膜晶體管T3。
[0047]請參考圖24到圖26。圖24所示為本發(fā)明第十三優(yōu)選實施例的形成薄膜晶體管的方法的流程示意圖。圖25與圖26所示為本實施例的形成薄膜晶體管的方法示意圖。如圖24到圖26所示，本實施例的形成薄膜晶體管的方法包括下列步驟。首先，進(jìn)行步驟S41，提供一基底110，基底110具有一上表面IlOA以及一下表面110B。然后，進(jìn)行步驟S42，在基底110上形成一柵極電極44G。接著，進(jìn)行步驟S43，形成一柵極介電層34用以覆蓋柵極電極44G與基底110。之后，進(jìn)行步驟S44，進(jìn)行一加熱處理。接著，在步驟S45中進(jìn)行一硅薄膜沉積工藝，用以直接在基底110上形成一多晶硅薄膜22以及一摻雜層23。值得說明的是，本實施例的多晶硅薄膜22的形成方式可選擇自以上所述的第一到第九優(yōu)選實施例所述的形成多晶硅薄膜的方法。換句話說，本實施例的加熱方式、加熱溫度范圍、硅薄膜沉積工藝的方式、工藝條件以及材料特性等是與上述第一到第九優(yōu)選實施例相似，故在此并不再贅述。此外，在本實施例的形成多晶硅薄膜22的步驟中，也可視需要如上述實施例所述的方式設(shè)置加熱輔助層(圖未示)或/與晶格匹配層(圖未示)，但并不以此為限。此外，本實施例的摻雜層23可包括一 P型摻雜的多晶硅材料，但并不以此為限。
[0048]然后，如圖24與圖26所示，進(jìn)行步驟S46，對多晶硅薄膜22進(jìn)行一第一圖案化工藝，用以形成一半導(dǎo)體圖案22P。之后，進(jìn)行步驟S47，形成一源極電極64S以及一漏極電極64D，并對摻雜層23進(jìn)行一第二圖案化工藝，用以形成一圖案化摻雜層23P，并形成如圖26所示的一薄膜晶體管T4。在本實施例中，柵極電極44G與柵極介電層34是在多晶硅薄膜22與摻雜層23之前形成，且源極電極64S以及漏極電極64D是在多晶硅薄膜22與摻雜層23之后形成，故本實施例的薄膜晶體管T4可視為一底柵極(bottom gate)多晶硅薄膜晶體管。值得說明的是，在本實施例中，圖案化摻雜層23P優(yōu)選是與源極電極64S以及漏極電極64D由同一工藝步驟形成。也就是說，本實施例的第二圖案化工藝以及形成源極電極64S與漏極電極64D的工藝步驟可整合在同一光刻工藝中，用以達(dá)到簡化制造工藝步驟的效果，但并不以此為限。
[0049]請參考圖27。圖27所示為本發(fā)明第十四優(yōu)選實施例的形成薄膜晶體管的方法示意圖。如圖27所示，本實施例的形成薄膜晶體管的方法與上述第十三優(yōu)選實施例不同的地方在于，本實施例的形成薄膜晶體管的方法還包括在半導(dǎo)體圖案22P上形成一蝕刻阻擋層74。也就是說，蝕刻阻擋層74是在摻雜層23之前形成，且圖案化摻雜層23P是至少部分覆蓋蝕刻阻擋層74。蝕刻阻擋層74可用以避免在形成圖案化摻雜層23P時對半導(dǎo)體圖案22P產(chǎn)生破壞，故可提高第二圖案化工藝的變異容許程度，并提高如圖27中所示的薄膜晶體管T5的電性表現(xiàn)。
[0050]綜上所述，本發(fā)明是利用對基底或/與制造工藝環(huán)境加熱到可生成多晶硅薄膜的溫度，同時對基底進(jìn)行硅薄膜沉積工藝，用以在基底上直接形成多晶硅薄膜，故可不需在成膜后再進(jìn)行其他結(jié)晶化處理。本發(fā)明的形成多晶硅薄膜的方法可因此具有縮短制造工藝時間、降低成本以及提高整體生產(chǎn)效率的優(yōu)點。此外，本發(fā)明的形成多晶硅薄膜的方法還利用在基底上設(shè)置加熱輔助層或晶格匹配層，進(jìn)一步改善對在基底表面的加熱效益以及提高多晶硅薄膜的結(jié)晶質(zhì)量。本發(fā)明的形成多晶硅薄膜的方法可利用在形成薄膜晶體管的方法中，進(jìn)達(dá)到簡化制造工藝與降低生產(chǎn)成本的效果。
[0051]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種形成多晶硅薄膜的方法，其特征在于，包括以下步驟: 提供一基底，該基底具有一上表面； 進(jìn)行一加熱處理；以及 進(jìn)行一硅薄膜沉積工藝，用以直接在該基底的該上表面上形成一多晶硅薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該加熱處理包括利用一加熱源對該基底加熱到高于攝氏450度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該加熱處理包括利用一加熱源對該基底加熱到高于攝氏500度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該加熱處理包括利用一加熱源對該基底加熱，其中該加熱源包括光加熱源、離子束加熱源、電子束加熱源、爐管加熱源或燈絲加熱源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該硅薄膜沉積工藝包括利用一反應(yīng)氣體用以在該基底的該上表面上形成該多晶硅薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，該反應(yīng)氣體包括硅烷或二氯硅烷。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，該加熱處理包括: 利用一主加熱源對該基底加熱到一第一溫度；以及 利用一輔助加熱源對該反應(yīng)氣體加熱到一第二溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該第二溫度是高于該第一溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該第一溫度是高于攝氏200度，且該第二溫度是高于攝氏450度。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該第二溫度是高于攝氏500度。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該第一溫度是高于攝氏150度，且該第二溫度是高于攝氏250度。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該輔助加熱源包括光加熱源、離子束加熱源、電子束加熱源、爐管加熱源或燈絲加熱源。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該加熱處理包括: 利用一主加熱源對該基底加熱到一第一溫度；以及 利用一輔助加熱源對該基底的該上表面加熱到一第二溫度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，該第二溫度是高于該第一溫度。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，該第一溫度是高于攝氏200度，且該第二溫度是高于攝氏450度。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，該第二溫度是高于攝氏500度。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，該第一溫度是高于攝氏150度，且該第二溫度是高于攝氏250度。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，該輔助加熱源包括光加熱源、離子束加熱源、電子束加熱源、爐管加熱源或燈絲加熱源。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該硅薄膜沉積工藝包括一化學(xué)氣相沉積工藝或一物理氣相沉積工藝。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該基底包括一基底本體以及一加熱輔助層，且該加熱輔助層是設(shè)置在該基底本體上。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，該加熱輔助層包括石墨、氧化鉻或鑰。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該基底包括一基底本體以及一晶格匹配層，且該晶格匹配層是設(shè)置在該基底本體上。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，該加熱處理包括利用一加熱源對該基底加熱到高于攝氏250度。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，該晶格匹配層包括具有晶格方向性的高分子材料、非晶硅材料或金屬氧化物材料。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，對該基底加熱的方式包括利用一主加熱源對該基底加熱到一第一溫度，且該第一溫度是介在攝氏150度到攝氏250度之間。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，該硅薄膜沉積工藝包括一等離子體加強化學(xué)氣相沉積工藝、一有機金屬化學(xué)氣相沉積工藝或一低壓化學(xué)氣相沉積工藝。
27.一種形成薄膜晶體管的方法，其特征在于，包括: 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，形成該多晶硅薄膜； 對該多晶硅薄膜進(jìn)行一第一圖案化工藝，用以形成一半導(dǎo)體圖案； 形成一柵極電極； 形成一柵極介電層；以及` 形成一源極電極與一漏極電極。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，該柵極介電層是在該第一圖案化工藝之后形成，且該柵極電極是在該柵極介電層之后形成。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，還包括: 在該柵極電極形成之后進(jìn)行一離子注入工藝，用以在該半導(dǎo)體圖案中形成多個摻雜區(qū)； 在該柵極介電層以及該柵極電極上形成一保護(hù)層；以及 在該保護(hù)層以及該柵極介電層中形成多個第一開口，用以至少部分暴露出該些摻雜區(qū)，且該源極電極與該漏極電極是通過該些第一開口與該些摻雜區(qū)接觸。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，還包括: 在完成該離子注入工藝后進(jìn)行一加熱活化工藝，其中該加熱活化工藝是以光加熱、離子束加熱、電子束加熱、爐管加熱或燈絲加熱的方式進(jìn)行。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，還包括: 在該多晶硅薄膜上形成一摻雜層；以及 對該摻雜層進(jìn)行一第二圖案化工藝，用以形成一圖案化摻雜層。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，該摻雜層是與該多晶硅薄膜在同一該硅薄膜沉積工藝中形成。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，該柵極介電層是在該第二圖案化工藝之后形成，且該柵極介電層包括多個第二開口，用以至少部分暴露出該圖案化摻雜層，且該源極電極與該漏極電極是通過該些第二開口與該圖案化摻雜層接觸。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，該柵極電極、該源極電極以及該漏極電極是在該柵極介電層之后形成，且該柵極電極、該源極電極以及該漏極電極是由同一工藝步驟形成。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，該圖案化摻雜層是與該源極電極以及該漏極電極由同一工藝步驟形成，該柵極介電層是在該源極電極以及該漏極電極之后形成，且該柵極介電層包括多個第二開口，用以至少部分暴露出該源極電極與該漏極電極。
36.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，該柵極電極與該柵極介電層是在該多晶硅薄膜與該摻雜層之前形成，且該源極電極以及該漏極電極是在該多晶硅薄膜與該摻雜層之后形成。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，該圖案化摻雜層是與該源極電極以及該漏極電極由同一工藝步驟形成。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，還包括在該半導(dǎo)體圖案上形成一蝕刻阻擋層，其中該圖案化摻雜層是至少部分覆蓋該蝕刻阻擋層。
39.一種形成多晶硅薄膜的方法，其特征在于，包括以下步驟: 提供一基底，該基底具有一上表面； 進(jìn)行一加熱處理，其中該加熱處理包括利用一加熱源對該基底加熱到高于攝氏500度；以及 進(jìn)行一硅薄膜沉積工藝，用以直接在該基底的該上表面上形成一多晶硅薄膜，且不在該硅薄膜沉積工藝后再進(jìn) 行退火處理。
【文檔編號】H01L21/336GK103489783SQ201310088765
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月8日
【發(fā)明者】黃顯雄, 王文俊, 張恒毅, 劉錦璋 申請人:勝華科技股份有限公司