專利名稱：制造薄膜晶體管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造薄膜晶體管的方法，特別是涉及一種制造被用作液晶顯示裝置的開(kāi)關(guān)元件的薄膜晶體管的方法，其采用自對(duì)準(zhǔn)工藝，使器件易于制作，使其特性也得以改進(jìn)。
一般，薄膜晶體管-液晶顯示(TFT-LCD)裝置包括一個(gè)制備有TFT和各象素電極的底板及一個(gè)制備有彩色濾光片和公用電極的頂板。液晶就填充在上板和下板間所限定的空間內(nèi)。用于使可見(jiàn)光線性偏振的偏振片分別附在比如由玻璃板構(gòu)成的襯底的相對(duì)的兩面。


圖1a是具有上述布局的一般TFT-LCD陣列的等效電路圖。
圖1b是圖1a所示陣列中單元象素的等效電路圖。
如圖1a所示，TFT-LCD器件包括多個(gè)柵信號(hào)線G1～Gn，各線均沿一個(gè)方向安排在相鄰象素區(qū)域之間;多個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)線D1～Dn，各線沿與柵信號(hào)線方向垂直的方向安排在相鄰象素區(qū)域之間;以及多個(gè)薄膜晶體管Q11～Qnn各管安排在各自相應(yīng)的象素區(qū)域，并適合于根據(jù)自每個(gè)相應(yīng)的柵信號(hào)線G1～Gn來(lái)的信號(hào)，把數(shù)據(jù)電壓從每個(gè)相對(duì)的數(shù)據(jù)線D1～Dn施加到每個(gè)相應(yīng)的象素電極和液晶。
在TFT-LCD裝置的每個(gè)單元象素中，設(shè)有由于TFT而形成的一個(gè)附加電容CLD和一個(gè)電容CSTO，而TFT是作為單元象素和存在于上下電極板之間的液晶的開(kāi)關(guān)元件。
在具有上述布局的TFT-LCD裝置工作時(shí)，一個(gè)柵信號(hào)電壓被選擇地施加給每一單元象素的開(kāi)關(guān)元件TFT。當(dāng)TFT接收到柵信號(hào)電壓時(shí)，TFT就導(dǎo)通，以使攜帶圖象信息的數(shù)據(jù)電壓通過(guò)TFT施加給相應(yīng)的象素電極和液晶達(dá)2小時(shí)。
當(dāng)數(shù)據(jù)電壓施加給每一單元象素的TFT時(shí)，使液晶分子的排列改變，導(dǎo)致光學(xué)特性的改變。最終顯示出一個(gè)圖象。
為了在TFT-LCD裝置中得到高質(zhì)量的圖象，用于顯示圖象的顯示面積，即孔徑比或開(kāi)口比應(yīng)該大，進(jìn)而，來(lái)自TFT的漏電流盡可能地小。
為了改進(jìn)孔徑比，應(yīng)減小為每一單元象素TFT所占據(jù)的面積。這是因?yàn)樾纬擅恳粏卧笏豑FT的區(qū)域不能顯示任何圖象。
通過(guò)相應(yīng)的TFT施加給每一單元象素的象素電極和液晶的數(shù)據(jù)電壓，即使在未施加?xùn)判盘?hào)電壓時(shí)，也由象素電極和液晶所提供的電容CSTO和CLC保持一段預(yù)定的時(shí)間。
在理想的情況下，由象素電極和液晶形成的電容中的電荷總量一直被保持到下一個(gè)信號(hào)被施加給處于關(guān)斷狀態(tài)下的TFT。而實(shí)際上，在TFT中存在漏電流。當(dāng)這種漏電流不能充分降低時(shí)，可能發(fā)生液晶電壓的失真，結(jié)果會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。
因而，為實(shí)現(xiàn)在TFT-LCD裝置中得到高質(zhì)量圖象，TFT的結(jié)構(gòu)對(duì)于改進(jìn)孔徑比和減少漏電流，是很重要的。
換言之，為在TFT-LCD裝置中得到高清晰度和高分辨率而增加象素的數(shù)目時(shí)，每個(gè)TFT的尺寸應(yīng)該減小。并且，漏電流應(yīng)小到可忽略不計(jì)。
近來(lái)，為了盡量減小小尺寸TFT的漏電流已積極地作過(guò)許多研究。
下面將結(jié)合附圖2a～2e說(shuō)明一種常規(guī)的制造TFT的方法。
此種常規(guī)方法用于制造一種蝕刻阻止型(etchstoppertype)TFT。
根據(jù)此方法，在一絕緣透明襯底1上形成由Al、Ta或Cr制成的不透明的金屬層，以制備柵電極2，如圖2a所示。用等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積(PECVD)工藝，在所得到的結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露表面上依次淀積柵絕緣膜3、非晶硅層4以及蝕刻阻止層5。然后，在該蝕刻阻止層5上涂敷光刻膠膜9。
隨后，將光刻膠膜9在110℃溫度下烘焙，堅(jiān)膜。用柵電極2作掩模，使所得結(jié)構(gòu)在襯底1的下表面，采用自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行背光曝光，如圖2b所示。
在此背光曝光中，在接收光束的部分，正性光刻膠膜9被顯影劑腐蝕，同時(shí)由于柵電極2是不透明的而保留下沒(méi)有接收光束的部分，即，剛好位于柵電極2之上方的部分，保留有光刻膠的部分而形成光刻膠圖案。
此時(shí)，由于散射和衍射現(xiàn)象，反向入射光束在柵電極2的邊緣，向柵電極2的內(nèi)側(cè)折射。因此，光刻膠圖案的尺寸小于柵電極2圖形的尺寸。
用刻成圖案的光刻膠膜9作掩模，有選擇地去掉蝕刻阻止層5的已裸露部位，如圖2C所示。此時(shí)，柵電極2和蝕刻阻止層5間的交疊長(zhǎng)度△L正比于入射光的能量。例如，在入射光能量為0.5J/cm2時(shí)，交疊長(zhǎng)度△L小于1μm。
然后，在所得的結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露表面上相繼淀積用高濃度n型雜質(zhì)離子摻雜的非晶硅層6和一金屬層7，如圖2d所示。
有選擇地去掉高濃度n型非晶硅層6和金屬層7的位于蝕刻阻止層5上方的部分，以便形成源、漏電極7a和7b，如圖2e所示。這樣就得到一個(gè)TFT。
現(xiàn)在將介紹根據(jù)常規(guī)方法制造的TFT的工作情況。
當(dāng)不低于閾值電壓的一個(gè)電壓被施加于柵電極2時(shí)，在非晶硅層4和柵絕緣膜3之間的交界面形成一個(gè)溝道，因而，使源和漏互相電溝通。
然而，此常規(guī)方法存在下列問(wèn)題。
在LCD裝置中用作開(kāi)關(guān)元件的TFT中，如圖3所示，一般在柵絕緣膜和非晶硅(a-si)層間的界面上形成一個(gè)溝道。其結(jié)果，在柵電極和源/漏電極間沒(méi)有交疊存在的情況下，在非晶硅層和源電極間形成偏移區(qū)，因而使TFT不能工作。相反，當(dāng)交疊長(zhǎng)度太大時(shí)，會(huì)加大TFT的尺寸，因而會(huì)導(dǎo)致孔徑比下降。另外，在柵電極和源/漏電極間會(huì)存在寄生電容。當(dāng)TFT關(guān)斷時(shí)，由于該電容的耦合作用，此寄生電容會(huì)影響液晶的電壓。其結(jié)果，液晶電壓有△V的改變，因而導(dǎo)致圖像質(zhì)量的下降。
所以最好選柵電極和源/漏電極間的交疊長(zhǎng)度為1～2μm。
在根據(jù)常規(guī)方法的TFT的制造中，在單個(gè)柵絕緣膜3已被形成，且柵電極2被用作掩模的條件下，是采用自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)實(shí)施反向曝光的。在此種反向曝光中，如前所述，由于光的散射和衍射現(xiàn)象，在柵電極2的邊緣，光束向柵電極2內(nèi)側(cè)折射。其結(jié)果，即使光刻膠9的圖形小于柵電極2的圖形，也不能得到短于1μm的交疊長(zhǎng)度。為了增加交疊長(zhǎng)度，應(yīng)該用高能進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間曝光。
然而，這種曝光方法會(huì)縮短曝光設(shè)備的壽命，拖長(zhǎng)曝光工藝步驟的時(shí)間。其結(jié)果降低了生產(chǎn)率。
因此根據(jù)常規(guī)方法，用自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)僅僅腐蝕了蝕刻阻止層，作為T(mén)FT有源層的非晶硅層的寬度大于柵電極的寬度。其結(jié)果，當(dāng)反向光進(jìn)入非晶硅層并作用于TFT-LCD時(shí)，激發(fā)了非晶硅層中的電子。這就會(huì)增加漏電流。
特別是，當(dāng)用常規(guī)方法來(lái)制作用于過(guò)頂(overhead)投影機(jī)的LCD時(shí)，它要求光量要大到用于辦公自動(dòng)化的LCD的光量的40倍以上，則漏電流還要增大，同時(shí)TFT的ON/OFF比降低。其結(jié)果，出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，導(dǎo)致LCD性能的下降。
所以，本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有技術(shù)中所遇到的上述問(wèn)題，提供一種制作TFT的方法，它采用完全自對(duì)準(zhǔn)，能調(diào)節(jié)交疊長(zhǎng)度至2μm或以上，把半導(dǎo)體層的寬度降低到柵電極的寬度或以下，所以能改進(jìn)TFT-LCD的性能，并簡(jiǎn)化制作工藝。
根據(jù)本發(fā)明，此目的可以借助提供一種制作薄膜晶體管的方法得以實(shí)現(xiàn)，該法包括的步驟如下在一絕緣透明襯底上形成柵電極;在形成所說(shuō)的柵電極之后，在所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露表面上，按較高的折射率的順序，疊置具有不同折射系數(shù)的多層?xùn)沤^緣膜;然后，在形成所說(shuō)的柵絕緣膜之后，在所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露的表面上，依次沉積一半導(dǎo)體層，一蝕刻阻止層及光刻膠膜;用所說(shuō)的柵電極作掩模，將所得結(jié)構(gòu)進(jìn)行反向曝光，然后將所說(shuō)的光刻膠膜顯影制成圖形，使柵電極可與在后續(xù)步驟中形成的源電極和漏電極各交疊一預(yù)定的交疊長(zhǎng)度;用所說(shuō)的刻成圖案的光刻膠膜作掩模，選擇性地蝕刻所說(shuō)的蝕刻阻止層;去掉刻成圖案的光刻膠膜，然后在所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露表面上，依次沉積一高濃度n型摻雜半導(dǎo)體層和一金屬層;以及選擇性地去掉位于刻成圖案的蝕刻阻止層上的所說(shuō)的高濃度n型摻雜半導(dǎo)體層和所說(shuō)的金屬層的相應(yīng)部位，以便形成所說(shuō)的源電極和所說(shuō)的漏電極。
參照附圖，從下面對(duì)實(shí)施例的闡述會(huì)更加明確了解本發(fā)明的其它目的和方案。
圖1a是一般TFT-LCD陣列的等效電路圖;
圖1b是圖1a所示的陣列的單元象素的等效電路圖;
圖2a～2e分別是解釋常規(guī)的制造TFT的方法的剖面圖;
圖3是解釋根據(jù)常規(guī)方法制造TFT所遇到的問(wèn)題的示意性剖面圖;
圖4a～4f分別是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例制造TFT的方法的剖面圖;
圖5是表明光通過(guò)不同介質(zhì)的光路的原理示意圖;
圖6是表示各種絕緣材料的折射率的表;
圖7是解釋根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例制造TFT的方法的剖面圖;
圖8a～8d是分別說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的制造TFT的方法的剖面圖;
圖9a～9d分別是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例制造TFT的方法的剖面圖;以及圖10a～10f分別是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)施例制造TFT的方法的剖面圖。
圖4a～4f分別是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例TFT的方法的剖面圖。
根據(jù)第一實(shí)施例，在一絕緣透明的襯底11上形成由Al、Cr、Ta或Ti構(gòu)成的不透明金屬層，然后刻圖，以形成一柵電極12，如圖4a所示。
在所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露的表面上，依次沉積高折射率的第一柵絕緣膜13和低折射率的第二柵絕緣膜14，如圖4b所示。最好是，第一柵絕緣膜13的折射率大于2，而第二柵絕緣膜14的折射率不大于2。參照?qǐng)D6，它列出了數(shù)種絕緣材料的折射率，Ta2O5和TiO2的折射率大于2，可用于第一柵絕緣膜13，而Al2O3、SiO2和SiOxNy可用作第二柵絕緣膜14。由于柵絕緣膜13和14在折射率上有這種差別，則可以得到大約2μm的交疊長(zhǎng)度，如后文所述。
當(dāng)用陽(yáng)極氧化形成的Ta2O5絕緣膜構(gòu)成第一柵絕緣膜13時(shí)，根據(jù)所用的條件，其折射率可在2～2.7范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
隨后，在第二柵絕緣膜14上依次沉積一半導(dǎo)體層15、一蝕刻阻止層16及一光刻膠膜17。半導(dǎo)體層15可以由多硅或非晶硅形成。蝕刻阻止層16是由SiNx制成的。
用柵電極12作掩模，用自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，對(duì)所得結(jié)構(gòu)進(jìn)行反向曝光，如圖4C所示。按此種反向曝光，入射光束向柵絕緣膜13和14內(nèi)側(cè)折射。
圖5表示光通過(guò)各種不同的介質(zhì)的光路。在具有不同折射率n1和n2的兩種介質(zhì)中限定的光通路，根據(jù)Snell定律，可用下列等式表達(dá)n1Sinθ1＝n2Sinθ2(1)其中θ1光通過(guò)n1的介質(zhì)的傳插角;
θ2光通過(guò)n2的介質(zhì)的傳播角。
當(dāng)n1＞n2時(shí)，θ1＜θ2。相反，當(dāng)n1＜n2時(shí)，θ1＞θ2。
所以，當(dāng)?shù)谝粬沤^緣膜13和第柵二絕緣膜14分別由折射率高的材料和折射率低的材料制成時(shí)，如上所述，由于衍射現(xiàn)象，位在柵電極12的邊緣的第一柵絕緣膜13的部位“a”處，在反向曝光步驟中入射光束向柵電極12內(nèi)折射。在第一柵絕緣膜13和第二柵絕緣膜14之間的交界部位“b”處，入射光束被再次柵電極12內(nèi)折射。其結(jié)果，光刻膠膜17被該折射的入射光曝光，而得到增大的交疊長(zhǎng)度。
然后，將曝過(guò)光的光刻膠膜17顯影成圖，只留下柵電極12上方的膠膜，形成光刻膠膜圖形，如圖4d所示。用刻好圖形的光刻膠膜17作掩模，將光刻膠膜17刻圖后所裸露的蝕刻阻止層16的部位選擇性地去掉，然后，再去掉光刻膠膜17。
在所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露表面上，相繼沉積一摻以高濃度n型雜質(zhì)離子的半導(dǎo)體層18和一金屬層19，如圖4e所示。
選擇性地去掉位于蝕刻阻止層16上方的高濃度n型摻雜的半導(dǎo)體層18和金屬層19，以形成源和漏電極19a和19b，如圖4f所示。這樣就得到一個(gè)TFT。
另一方面，圖7是解釋根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的制造TFT方法的剖面圖。此第二實(shí)施例類似于第一實(shí)施例，只是采用了三層?xùn)沤^緣膜結(jié)構(gòu)，包括具有不同折射率的三層?xùn)沤^緣膜。在圖7中，與圖4a～4f相對(duì)應(yīng)的那些元件被標(biāo)以相同的標(biāo)號(hào)。
根據(jù)第二實(shí)施例，在絕緣玻璃襯底11上形成由Ta或Ti制成的不透明的金屬層，然后刻圖形成一柵電極12。
在該柵電極12上，用陽(yáng)極氧化工藝形成由折射率大于2的Ta2O5或TiO2制成的第一柵絕緣膜20。在所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露表面上，依次沉積由諸如折射率為1～2的SiO2之類的材料制成的第二柵絕緣膜21和由折射率為1的一種材料構(gòu)成的第三柵絕緣膜22。隨后，在第三絕緣膜22上相繼沉積一半導(dǎo)體層15、一蝕刻阻止層16及一光刻膠膜17。用柵電極12作掩模，用自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)按圖4C所描繪的方式，將所得結(jié)構(gòu)進(jìn)行反向曝光。然后，進(jìn)行顯影，將光刻膠膜17刻成圖形。其后的制造TFT的步驟與第一實(shí)施例的步驟相同。
柵絕緣膜20、21和22的厚度均不小于1000A。
另一方案是，折射率為1的第三柵絕緣膜22的厚度可以小于1000A，而折射率大于2的第一柵絕緣膜20的厚度和折射率為1～2的第二柵絕緣膜21的厚度均不小于1000A。甚至在后一種情況下，在反向曝光后，可以得同前一種情況相同的效果。在后一種情況下，最好用SiO2膜作第二柵絕緣膜，其折射率為1～2，其原度不小于1000A，并用SiNx膜作第三柵絕緣膜，其折射率為1～2，其厚度小于1，000A。
圖8a～8b分別是解釋根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例制造TFT的方法的剖面圖。此方法采用了自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)反向曝光，并采用了光刻腐蝕工藝，以實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)蝕刻阻止層和半導(dǎo)體層刻制圖形。在圖8a～8d中，與圖4a～4f相對(duì)應(yīng)的元件標(biāo)以相同的標(biāo)號(hào)。
根據(jù)第三實(shí)施例，在一絕緣透明襯底11上，形成一不透明的金屬層，然后刻圖形成一柵電極12，如圖8a所示。在所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露的表面上，相繼沉積高折射率的第一柵絕緣膜13和低折射率的第二柵絕緣膜14。然后，在第二柵絕緣膜14上，依次沉積一半導(dǎo)體層15、一蝕刻阻止層16及一光刻膠膜17。半導(dǎo)體層15可用多硅或非晶硅制成。蝕刻阻止層16由SiNx制成。用柵電極12作掩模，用自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，按圖4C所描繪的方式，對(duì)所得結(jié)構(gòu)進(jìn)行反向曝光。然后，進(jìn)行顯影，將光刻膠膜17刻圖，以使光刻膠膜17可具足夠的交疊。
用刻過(guò)圖的光刻膠膜17作掩模，進(jìn)行選擇性斜蝕刻，以去掉被光刻膠膜17刻圖后蝕刻阻止層16和半導(dǎo)體層15所裸露的部位，如圖8b所示。當(dāng)然，采用豎直蝕刻也可去掉層15和層16的裸露部分。此后，去掉光刻膠膜17。
使用一種緩沖的氧化腐蝕劑(BOE)溶液以濕法腐蝕蝕該阻止層16，可實(shí)現(xiàn)斜蝕刻，然后用蝕刻氣體CF4+O2或C2ClF5∶O2，以干法蝕刻半導(dǎo)體層15。當(dāng)半導(dǎo)體層15是由非晶硅層組成時(shí)，用蝕刻氣體C2ClF5∶O2＝5∶4可以實(shí)現(xiàn)斜蝕刻，傾角不大于20°。
另一種方式是用干法蝕刻工藝，對(duì)蝕刻阻止層16和半導(dǎo)體層15進(jìn)行刻圖。當(dāng)蝕刻阻止層16和半導(dǎo)體層15分別由SiNx層和非晶硅層構(gòu)成時(shí)，使用C2ClF5∶SF6∶O2＝6∶4∶3的蝕刻氣體可對(duì)它們同時(shí)進(jìn)行斜蝕刻。
此后，在所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露表面上，依次沉積高濃度n摻雜的半導(dǎo)體層18和一金屬層19，如圖8C所示。選擇性去掉蝕刻阻止層16上方沉積的高濃度n型摻雜的半導(dǎo)體層18及金屬層19，以便形成源和漏電極19a和19b，如圖8b所示。這樣就得到了一個(gè)TFT。
在根據(jù)第三實(shí)施例制造TFT時(shí)，作為T(mén)FT有源層的半導(dǎo)體層15的寬度小于柵電極12的寬度。
圖9a～9d是分別表示根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例制造TFT的方法的剖面圖。根據(jù)該方法，采用圖8a和圖8b所示的斜蝕刻法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)蝕刻阻止層和半導(dǎo)體層的刻圖。用高濃度n型雜質(zhì)離子注入半導(dǎo)體層的裸露部分，以形成高濃度n型摻雜的半導(dǎo)體層。根據(jù)此方法，在依次沉積的高濃度n型摻雜半導(dǎo)體層和金屬層之間還形成一硅化物層，以便減小界面的接觸電阻。在圖9a～9d中，與圖4a～4f中相同的元件標(biāo)以相同的標(biāo)號(hào)。
根據(jù)第四實(shí)施例，在一絕緣襯底11上形成一不透明的金屬層，然后刻圖形成一柵電極12，如圖9a所示。在所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露表面上依次沉積高折射率的第一柵絕緣膜13和低折射率的第二柵絕緣膜14、半導(dǎo)體層15、蝕刻阻止層16以及光刻膠膜17。用柵電極12作掩模，隨后所得結(jié)構(gòu)用自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行反向曝光。此后，進(jìn)行顯影使光刻膠膜17刻成圖。
用刻成圖的光刻膠膜17作掩模，選擇性腐蝕蝕刻阻止層16和半導(dǎo)體層15。然后去掉光刻膠膜17。
用高濃度n型雜質(zhì)離子注入到刻過(guò)圖的半導(dǎo)體層15的裸露的兩側(cè)表面，以形成高濃度n型摻雜的半導(dǎo)體層23，如圖9b所示。離子注入無(wú)須采用任何形成工藝即可完成，只是簡(jiǎn)單地采用刻成圖的蝕刻阻止層16作掩模即可。
在離子注入中，用PH3氣體和H2氣體注入磷離子。
然后，在所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露表面上沉積由如具有高熔點(diǎn)的Cr或Mo構(gòu)成高熔點(diǎn)金屬層19，然后退火，如圖9C所示。在退火步驟中，高熔點(diǎn)金屬層19與半導(dǎo)體層23起反應(yīng)，分別在其界面形成硅化物層24，如圖9d所示。當(dāng)高熔點(diǎn)金屬層19由Cr構(gòu)成時(shí)，產(chǎn)生的硅化物呈CrSix形式。另一方面，在使用Mo的情況下，形成的硅化物呈MoSix形式。最后，選擇性地去掉位于蝕刻阻止層16上的高熔點(diǎn)金屬層19，以形成源和漏電極19a和19b。這就得到了TFT。
根據(jù)第四實(shí)施例，蝕刻阻止層、半導(dǎo)體層圖形及高濃度n型摻雜半導(dǎo)體層是用完全自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)形成的。所以，簡(jiǎn)化了制造工藝。
圖10a～10f分別是解釋根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例制造TFT的方法的剖面圖。根據(jù)該方法，對(duì)蝕刻阻止層和半導(dǎo)體層實(shí)行兩個(gè)獨(dú)立的刻圖步驟，代替上述同時(shí)進(jìn)行的刻圖步驟。進(jìn)行離子注入來(lái)形成高濃度n型摻雜半導(dǎo)體層。根據(jù)該方法，也形成一層硅化物。在圖10a～10f中，與圖4a～4f中相對(duì)應(yīng)的那些元件標(biāo)以相同的標(biāo)號(hào)。
根據(jù)第五實(shí)施例，在一絕緣透明的襯底11上形成一不透明的金屬層，然后刻圖形成一柵電極12，如圖10a所示。在所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露表面上，相繼沉積一高折射率的第一柵絕緣膜13和低折射率的第二柵絕緣膜14、一半導(dǎo)體層15、一蝕刻阻止層16以及第一光刻膠膜17。
用柵電極12作掩模，用自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，對(duì)所得結(jié)構(gòu)進(jìn)行反向曝光。然后，進(jìn)行顯影刻出第一光刻膠膜17的圖形，如圖10b所示。用刻出的光刻膠膜17作掩模，選擇性腐蝕蝕刻阻止層16。隨后，去掉光刻膠膜17。
在所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露表面上，沉積第二光刻膠膜25，如圖10C所示。用柵電極12作掩模，采用自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，對(duì)所得結(jié)構(gòu)進(jìn)行反向曝光。然后，進(jìn)行顯影刻出第二光刻膠膜25的圖形。用刻出的光刻膠膜25作掩模，選擇性蝕刻半導(dǎo)體層15。
完成刻圖步驟之后，刻圖后的半導(dǎo)體層15的寬度應(yīng)該大于蝕刻阻止層16的寬度，但小于柵電極12的寬度。為此，對(duì)第一光刻膠膜17實(shí)施曝光所用的能量高于對(duì)第二光刻膠膜25所用的能量(功率×?xí)r間)?；蛘?，將線性偏振光以45°角入射到襯底11，對(duì)第一光刻膠膜17曝光，對(duì)第二光刻膠膜25用90°入射角曝光。因而，光刻膠膜17和25可以被刻出寬度不同的圖形。采用按上述方式刻出的光刻膠膜17和25，刻制半導(dǎo)體層15的圖形，其寬度大于蝕刻阻止層16，但小于柵電極12的寬度。
然后，去掉第二光刻膠膜25，如圖10d所示，用蝕刻阻止層16作掩模，將高濃度n型雜質(zhì)離子注入到刻圖后的半導(dǎo)體層15的兩個(gè)裸露的外端部位，以形成高濃度n型摻雜的半導(dǎo)體層23。
然后，在所得結(jié)構(gòu)和整個(gè)裸露表面上，沉積由一種金屬如Cr或Mo構(gòu)成的高熔點(diǎn)金屬層19，然后實(shí)施退火，如圖10e所示。在退火步驟中，高熔點(diǎn)金屬層19與半導(dǎo)體層15和23起反應(yīng)，因而分別在高熔點(diǎn)金屬層19與半導(dǎo)體層15和23接觸的區(qū)域，形成硅化物層24。每個(gè)硅化物層24都是來(lái)自金屬層19與半導(dǎo)體層15和23間反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物，其蝕刻選擇性高于金屬層19和半導(dǎo)體層15及23。
最后，選擇性蝕刻去掉位于該蝕刻阻止層16上方的高熔點(diǎn)金屬層19，以形成源和漏電極19a和19b。如此就制成了TFT。
為了僅僅去掉位于蝕刻阻止層16上方的部分金屬層19，如上所述，可用另一光刻膠膜使作為光刻膠膜掩模僅僅使位于蝕刻阻止層16上方的金屬層部分曝光。然后，采用光刻膠膜掩模，選擇性去掉被露出的金屬層部分。在此情況下，與光刻工藝相比，提供一較大的容差。這是因?yàn)?，既使在形成光刻膠膜掩模的過(guò)程中出現(xiàn)些許的對(duì)不準(zhǔn)時(shí)，在金屬層19分別和半導(dǎo)體層15和23間界面形成的硅化物層24便成為蝕刻停止層。在此情況下，源和漏電極19a和19b可直接形成，而無(wú)須形成硅化物層24。
本發(fā)明的上述方法具有下列效果第一，可得到足夠的交疊長(zhǎng)度，因?yàn)椴捎脙煞N或三種折射率不同的柵絕緣膜的折射率之差異可將交疊長(zhǎng)度調(diào)節(jié)達(dá)2μm或更長(zhǎng)。其結(jié)果，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)率的改進(jìn);
第二，反向光引起的漏電流減到最小值，因?yàn)?，半?dǎo)體層的寬度小于柵電極的寬度。由于在半導(dǎo)體和金屬層之間形成了硅化物層，可以減小接觸電阻，因而改善了器件的特性;
第三，實(shí)現(xiàn)了制造工藝的簡(jiǎn)化并改進(jìn)了生產(chǎn)率，因?yàn)椋捎米詫?duì)準(zhǔn)工藝通過(guò)注入n型雜質(zhì)離子形成了高濃度n型摻雜半導(dǎo)體層。
第四，當(dāng)根據(jù)上述方法之一制造的TFT用作LCD的開(kāi)關(guān)元件時(shí)，可以改進(jìn)LCD的圖象質(zhì)量。
雖然，為了解釋之目的，介紹了發(fā)明的最佳實(shí)施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明了在不脫離如權(quán)利要求書(shū)所闡述的本發(fā)明的精神和范疇的情況下，可以作出各種改變、補(bǔ)充和替換。
權(quán)利要求
1.一種制造薄膜晶體管的方法，包括下列各步驟在一絕緣透明的襯底上形成一柵電極；在所說(shuō)的柵電極形成之后，在所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露表面上，按折射率由大至小的順序疊置多層具有不同折射率的柵絕緣膜，在所說(shuō)的柵絕緣膜形成之后，在所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露表面上，依次沉積一半導(dǎo)體層、一蝕刻阻止層和一光刻膠膜；用所說(shuō)的柵電極作掩模，使所得結(jié)構(gòu)經(jīng)反向曝光，然后顯影，將所述光刻膠膜刻成圖形，以使柵電極可與每個(gè)在后續(xù)步驟形成的源電極和漏電極按預(yù)定的交疊長(zhǎng)度交疊；用所說(shuō)的刻成圖的光刻膠膜作掩模，選擇性蝕刻所說(shuō)的蝕刻阻止層；去掉刻成圖的光刻膠膜，然后在所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露表面上，依次沉積一高濃度n型摻雜半導(dǎo)體層和一金屬層；以及選擇性去掉位于刻成圖的蝕刻阻止層上方的所說(shuō)的高濃度n型摻雜半導(dǎo)體層和所說(shuō)的金屬層的相應(yīng)部分，以形成所說(shuō)的源電極和所說(shuō)的漏電極。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所說(shuō)的柵絕緣膜由雙層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，包括折射率大于2的第一柵絕緣膜和折射率不大于2的第二柵絕緣膜。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所說(shuō)的第一柵絕緣膜由Ta2O5或TiO2制成，而所說(shuō)的第二柵絕緣膜由Al2O5、SiO2和SiOXNY中之一種構(gòu)成。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所說(shuō)的柵絕緣膜由三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，包括折射率大于2的第一柵絕緣膜、折射率為1～2的第二柵絕緣膜以及折射率不大于1的第三柵絕緣膜。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所說(shuō)的第一柵絕緣膜是由一折射率大于2的絕緣膜構(gòu)成，其厚度不小于1000A，所說(shuō)的第二柵絕緣膜是由折射率為1-2的絕緣膜構(gòu)成，其厚度不小于1000A，而所說(shuō)的第三柵絕緣膜是由折射率為1的絕緣膜構(gòu)成，其厚度小于1000A。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所說(shuō)的第二柵絕緣膜和所說(shuō)的第三柵絕緣膜分別由SiO2和SiNX。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所說(shuō)的形成柵電極和疊置多層?xùn)沤^緣膜的過(guò)程包括下列步驟用可陽(yáng)極氧化的金屬形成所說(shuō)的柵電極;陽(yáng)極氧化所述柵電極，在該柵電極的表面上形成第一柵絕緣膜;以及在所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露表面上，依次形成折射率小于第一柵絕緣膜的第二柵絕緣膜，及折射率小于第二柵絕緣膜的第三柵絕緣膜。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所說(shuō)的柵電極是由Ta或Ti制成的。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所說(shuō)的預(yù)定交疊長(zhǎng)度為1～2μm。
10.一種制造薄膜晶體管的方法，包括下列各步驟a)在一絕緣透明的襯底上形成一柵電極;b)在所說(shuō)的柵電極形成之后，在所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露表面上，按折射率由大至小的順序疊置多層具有不同折射率的柵絕緣膜，在所說(shuō)的柵絕緣膜形成之后，在所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露表面上，依次沉積一半導(dǎo)體層、一蝕刻阻止層和一光刻膠膜;c)用所說(shuō)的柵電極作掩模，使所得結(jié)構(gòu)經(jīng)反向曝光，然后顯影，將光刻膠膜刻成圖形;d)用所說(shuō)的刻成圖的光刻膠膜作掩模，選擇性地斜向蝕刻所說(shuō)的蝕刻阻止層及所說(shuō)的半導(dǎo)體層;e)去掉刻成圖的光刻膠膜，然后在所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露表面上，依次沉積一高濃度n型摻雜半導(dǎo)體層和一金屬層;以及f)選擇性去掉位于刻成圖的蝕刻阻止層上方的所述的高濃度n型摻雜半導(dǎo)體層和所說(shuō)的金屬層的相應(yīng)部分，以形成所說(shuō)的源電極和所說(shuō)的漏電極。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所說(shuō)的蝕刻阻止層和所說(shuō)的半導(dǎo)體層，在所說(shuō)的步驟d)中是有選擇地豎直蝕刻的。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括繼所說(shuō)的步驟d)之后代替所說(shuō)的步驟e)的步驟向刻成圖的半導(dǎo)體層兩側(cè)的裸露表面注入高濃度n型雜質(zhì)離子，以形成高濃度n型摻雜半導(dǎo)體層;以及在所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露表面上沉積高熔點(diǎn)金屬層，并使所說(shuō)的高熔點(diǎn)金屬層退火，以在金屬層和每個(gè)所說(shuō)的高濃度n型摻雜半導(dǎo)體層間的界面形成一硅化物層。
13.一種根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中在所說(shuō)的高濃度n型雜質(zhì)離子注入步驟中是用PH3氣體和H2氣體注入磷離子。
14.一種根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，所說(shuō)的高熔點(diǎn)金屬層是由Cr或Mo制成的。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所說(shuō)的步驟d)包括下列步驟在所說(shuō)的刻成圖的光刻膠膜用作掩模的條件下，用緩沖氧化腐蝕劑溶液，濕法蝕刻所說(shuō)的蝕刻阻止層;以及在與所說(shuō)的濕法蝕刻步驟相同的掩模條件下，用CF4+O2或C2ClF5∶O2作蝕刻氣體，干法蝕刻所說(shuō)的半導(dǎo)體層。
16.一種根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中在半導(dǎo)體層是由非晶硅制成的情況下，在所說(shuō)的干法蝕刻步驟中，用C2ClF5∶O2＝5∶4的蝕刻氣體斜向蝕刻該半導(dǎo)體層。
17.一種根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所說(shuō)的蝕刻阻止層和所說(shuō)的半導(dǎo)體層分別由SiNX和非晶硅制成，在所說(shuō)的步驟d)中，用C2ClF5∶SF6∶O2＝6∶4∶3的蝕刻氣體，同時(shí)對(duì)它們進(jìn)行蝕刻。
18.一種根據(jù)權(quán)利要求10或12所述的方法，其中在所說(shuō)的步驟d)中進(jìn)行的斜向蝕刻的傾角不大于20°。
19.一種制造薄膜晶體管的方法，包括下列各步驟在絕緣透明的襯底上形成一柵電極;在所說(shuō)的柵電極形成之后，在所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露表面上，按折射率由大至小的順序疊置多層具有不同折射率的柵絕緣膜，在所說(shuō)的柵絕緣膜形成之后，在所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露表面上，依次沉積一半導(dǎo)體層、一蝕刻阻止層和一第一光刻膠膜;用所說(shuō)的柵電極作掩模，對(duì)所得結(jié)構(gòu)進(jìn)行首次反向曝光，然后顯影，將所述第一光刻膠膜刻成圖形，以使刻成圖的第一光刻膠膜的寬度小于柵電極的寬度;用所說(shuō)的刻成圖的第一光刻膠膜作掩模，選擇性蝕刻所說(shuō)的蝕刻阻止層，然后去掉該刻成圖的第一光刻膠膜;在所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露表面上，沉積一第二光刻膠膜，用柵電極作掩模，對(duì)所得結(jié)構(gòu)進(jìn)行再次反向曝光，然后顯影，將所述第二光刻膠膜刻成圖形，以使刻成圖的第二光刻膠膜的寬度小于柵電極的寬度，但大于刻成圖的蝕刻阻止層的寬度;用所說(shuō)的刻成圖的第二光刻膠膜作掩模，選擇性蝕刻所說(shuō)的半導(dǎo)體層，然后去掉該刻成圖的第二光刻膠膜;用刻成圖的蝕刻阻止層作掩模，向刻成圖的半導(dǎo)體層的裸露的兩外端部位注入高濃度n型雜質(zhì)離子，然后在所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)裸露表面上沉積一金屬層;給所說(shuō)的金屬層退火，以在金屬層和半導(dǎo)體層間的界面形成一硅化物層;以及選擇性去掉位于刻成圖的蝕刻阻止層上方的部分金屬層，以形成所說(shuō)的源電極和漏電極。
20.一種根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所說(shuō)的首次反向曝光和所說(shuō)的再次反向曝光是在首次反向曝光所用光能大于再次反向曝光所用光能的條件下完成的，以使刻成圖的半導(dǎo)體層的寬度可以大于所說(shuō)的刻成圖的蝕刻阻止層的寬度，但小于柵電極的寬度。
21.一種根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，線性偏振光在首次反向曝光中是以45°角入射到所說(shuō)的襯底上的，在再次反向曝光中是以90°角入射到所說(shuō)的襯底上的。
22.一種根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所說(shuō)的源電極和漏電極的形成不需形成所說(shuō)的硅化物層。
全文摘要
一種制造薄膜晶體管的方法，在絕緣透明襯底上形成一柵電極，再疊置多層不同折射率的柵絕緣膜，然后依次沉積半導(dǎo)體層、蝕刻阻止層和光刻膠膜；再經(jīng)反向曝光、顯影將光刻膠膜制成圖形，并用其作為掩模選擇蝕刻該蝕刻阻止層；再除去光刻膠膜，再依次制成n型摻雜半導(dǎo)體層和金屬層，最后形成源、漏電極；用本法制造的薄膜晶體管用作LCD的開(kāi)關(guān)元件，可改善器作特性，提高并簡(jiǎn)化工藝，提高產(chǎn)品生產(chǎn)率。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1091551SQ93119958
公開(kāi)日1994年8月31日 申請(qǐng)日期1993年12月29日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月29日
發(fā)明者吳義烈 申請(qǐng)人:株式會(huì)社金星社