專利名稱：薄膜晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜晶體管(TFT)，例如其可被用在有源液晶顯示器(AMLCD)或其他平面顯示器中。
在本領(lǐng)域中眾所周知，薄膜晶體管(TFT)被用于AMLCD和其他平面顯示器中，以控制顯示器的各個(gè)像素的狀態(tài)。例如如第US-A-5130829號(hào)美國專利所述，利用多晶硅半導(dǎo)體膜，它們可被制造在譬如玻璃或塑料材料的廉價(jià)銫緣基底上。
普通的TFT由一個(gè)如二氧化硅的絕緣層、具有一個(gè)形成在二氧化硅層上并延伸在多摻雜源區(qū)和漏區(qū)間的多晶硅溝道組成。非晶硅層經(jīng)退火處理可形成多晶硅層，如S.D.Brotherton和D.J.McCulloch等于97年10月15日在J.Appl.Phys.82(8)上說明的這可使用受激準(zhǔn)分子激光器實(shí)現(xiàn)。該溝道被柵極區(qū)依次覆蓋的絕緣層覆蓋?？梢酝ㄟ^在多晶硅層中離子注入產(chǎn)生多摻雜源區(qū)和漏區(qū)，使用柵極作為掩膜以獲得自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。
這種普通結(jié)構(gòu)具有的問題是在高漏偏壓，例如＞10V處可發(fā)生熱載流子不穩(wěn)定性，這使通常使用在這樣電壓中的TFT，尤其用在AMLCD中的TFT喪失功能。同樣，由于多晶硅溝道和多摻雜漏區(qū)的缺陷，在晶體管關(guān)閉狀態(tài)中可發(fā)生漏電流。該缺陷也可在晶體管導(dǎo)通狀態(tài)中降低溝道遷移率。
已提出的一些觀點(diǎn)，使用包含一個(gè)在不摻雜多晶硅溝道和多摻雜漏區(qū)的輕摻雜漏極(LDD)區(qū)以釋放漏極場(chǎng)。US-A-5786241披露了一種具有在柵極下的不摻雜多晶硅溝道和多摻雜漏區(qū)間的LDD區(qū)的多晶硅溝道TFT。相應(yīng)的輕摻雜區(qū)也被形成在多摻雜源區(qū)和不摻雜溝道間。LDD區(qū)在關(guān)閉狀態(tài)中降低峰值場(chǎng)和降低峰值電流。使用柵極作為掩膜經(jīng)離子注入輕摻雜制造LDD區(qū)。然后在柵極的對(duì)面形成不摻雜絕緣二氧化硅的間隔區(qū)，并使用柵極和間隔區(qū)作為掩膜經(jīng)離子注入多摻雜多晶硅層，這樣在在多摻雜源區(qū)和漏區(qū)與柵極下的不摻雜溝道之間的間隔區(qū)下形成LDD區(qū)。
這些LDD區(qū)的缺點(diǎn)是它們有害地影響了導(dǎo)通狀態(tài)中的溝道電流。
又提出了安置TFT的柵極，以使它覆蓋LDD區(qū)以提供柵極覆蓋LDD或GOLDD區(qū)。柵極應(yīng)用場(chǎng)至LDD區(qū)作為覆蓋配置的結(jié)果，這有利于降低晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)中的電阻。參考S.S.Brotherton和J.R.Ayres等發(fā)表于ElectrochemicalSoc.Proc.Vol.98-22(1998).pp25-43的“The Technology and Applicationof Laser Crystallised Poly-Si TFTs”。該論述了GOLDD TFTs的參數(shù)并提出通過執(zhí)行首先在TFT的溝道中形成LDD區(qū)、然后覆蓋柵極以形成GOLDD配置的GOLDD區(qū)的制造方法。
本發(fā)明嘗試提出一種具有能通過自對(duì)準(zhǔn)(SA)技術(shù)制造GOLDD區(qū)的TFT。
依據(jù)本發(fā)明，提供一種TFT，其包括一個(gè)在源區(qū)和漏區(qū)間延伸的多晶硅溝道、一個(gè)覆蓋該溝道的柵極、和其中的厚度限定直立柵極側(cè)壁、LDD區(qū)和覆蓋LDD區(qū)的間隔，其中間隔包括既能覆蓋LDD區(qū)又能沿直立柵極側(cè)壁延伸的導(dǎo)電區(qū)。
優(yōu)選地，導(dǎo)電區(qū)包括一個(gè)比柵極的厚度薄且具有覆蓋LDD區(qū)的第一部分和沿柵極的直立側(cè)壁延伸的第二部分的層。
本發(fā)明也包含一種制造具有一個(gè)覆蓋溝道并具有直立柵極側(cè)壁的柵極的多晶硅溝道TFT的方法，該方法包括(a)提供一個(gè)通過一個(gè)絕緣層從多晶硅層中分離的柵極；(b)使用柵極作為掩膜，將摻雜物注入多晶硅層；(c)在步驟(b)后形成一個(gè)毗鄰柵極包括覆蓋多晶硅層并沿柵極側(cè)壁延伸的導(dǎo)電區(qū)的間隔；和(d)使用柵極和間隔作為掩膜，將摻雜物注入多晶硅層以形成源區(qū)或漏區(qū)，以使間隔覆蓋在多晶硅層中位于源區(qū)或漏區(qū)和溝道之間的LDD區(qū)。
通過在溝道和柵極上方沉積導(dǎo)電材料層可以形成間隔，并選擇蝕刻導(dǎo)電材料的沉積層以形成具有覆蓋溝道的第一部分和沿柵極的側(cè)壁延伸的第二部分的間隔。沉積層可具有一個(gè)小于柵極厚度的厚度。其可以是一個(gè)導(dǎo)電材料的非順形層。在優(yōu)選具體實(shí)施例中，其包含通過濺射沉積的金屬層。
導(dǎo)電層的選擇蝕刻可以通過形成覆蓋其第一部分的圓角實(shí)現(xiàn)，并且選擇蝕刻該層不被圓角保護(hù)。
可以是順形Si包含層的另一層例如通過PECVD可沉積在所述導(dǎo)電層上，并且選擇蝕刻以形成圓角。
為了更充分理解本發(fā)明，現(xiàn)參考


現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明的具體實(shí)施例，其中圖1A和1B分別是包括有TFT的公知有源板和公知AMLCD的示意性圖解；圖2是依據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施例的TFT的示意性截面圖；和圖3A-3G是為了制造圖2所示TFT執(zhí)行的處理步驟的示意性剖面圖。
參考圖1A，一個(gè)AMLCD板的有源板30包括一個(gè)可以透射光的平面支座1，以實(shí)質(zhì)上本領(lǐng)域公知的方式在其上提供一個(gè)LCD像素P的有源轉(zhuǎn)換矩陣。像素Px，y被布置以矩形x、y陣列排列，并被x和y驅(qū)動(dòng)電路D1、D2操作。眾所周知，如圖1B中示意所示，通過在有源板30和無源板34間夾入一層液晶材料32可以形成AMLCD板。
使用例子考慮像素P0，0，其包含一個(gè)通過一個(gè)其柵極連接到驅(qū)動(dòng)線x0和其源極連接到驅(qū)動(dòng)線y0的TFT0，0在不同的光透射性間轉(zhuǎn)換的液晶顯示單元L0，0，TFT的漏極連接到顯示單元L0，0，并通過應(yīng)用合適的電壓至線x0和y0上，晶體管TFT0，0就能在導(dǎo)通和關(guān)閉間轉(zhuǎn)換，從而控制LCD單元L0，0的操作?？梢岳斫怙@示器的各個(gè)像素P具有同樣的結(jié)構(gòu)，并x和y驅(qū)動(dòng)電路D1、D2以實(shí)質(zhì)上公知的方式操作、一排排地掃描像素。
圖2說明了依據(jù)本發(fā)明的TFT，其可以被用于如圖1A和1B顯示配置的有源板或AMLCD中。TFT是以截面顯示、被形成在玻璃或塑料基底1上、并包括氮化硅層2、通過PECVD形成、被二氧化硅層3覆蓋，也可以本領(lǐng)域公知的方式通過PECVD沉積。
TFT具有一個(gè)被形成在多晶硅層4中的溝道11，其開始作為非晶硅沉積、然后退火為多晶硅形式，其被多摻雜n+以形成具有金屬電阻連接7、8的源區(qū)和漏區(qū)5、6。自身被可由如AI或Ti的金屬或合金形成的導(dǎo)電柵極區(qū)10覆蓋的二氧化硅層9覆蓋多晶硅層4，其中合金如AI(1％Ti)。
多晶硅層4包含一個(gè)與n-摻雜的LDD區(qū)12a、12b一起位于柵極9的下面的不摻雜溝道區(qū)11，LDD區(qū)12a、12b在多摻雜n+區(qū)5、6和不摻雜區(qū)11之間。
間隔區(qū)13、14覆蓋LDD區(qū)12a、12b。間隔區(qū)13、14由在沿LDD區(qū)12a、12b之上的兩個(gè)氧化層9延伸并也沿柵極10的直立側(cè)壁15、16延伸的層中沉積導(dǎo)電材料制造，在這個(gè)例子中是金屬。這樣，如圖2所示，間隔區(qū)包含沿柵極10的上面伸展側(cè)壁15、16延伸的第一部分13a、14a和沿絕緣氧化層9的表面延伸的第二部分13b、14b，以覆蓋LDD區(qū)12a、12b。譬如n+Si或二氧化硅的材料的圓角17覆蓋間隔區(qū)13b、14b。二氧化硅的絕緣層18覆蓋整個(gè)器件。
現(xiàn)參考圖3更詳細(xì)說明制造圖2的器件的方法。參考圖3A，準(zhǔn)備玻璃基底1，其使用通常的PECVD技術(shù)沉積一層100nm厚的氮化硅層2。此后，生長(zhǎng)300-400nm厚的二氧化硅層。
然后，使用PECVD沉積40nm厚的非晶硅層4。譬如使用受激準(zhǔn)分子激光器使非晶硅層4退火，以使層4被轉(zhuǎn)變成多晶硅。此后，生長(zhǎng)40-150nm厚的二氧化硅層5。進(jìn)一步細(xì)節(jié)參考S.D.Brotherton和D.J.McCulloch等于97年10月15日在J.Appl.Phys.82(8)上的說明。
此后，通過濺射沉積沉積0.5-1μm厚的金屬層。然后，使用通常的光刻和蝕刻技術(shù)制版合成金屬層，以限定如圖3A所示的柵極區(qū)10。
參考圖3B，為了形成LDD區(qū)12a、12b，柵極區(qū)10被作為掩膜以允許相對(duì)低濃度的摻雜物沉積在層4中。在柵極10提供的掩膜下的層4的區(qū)在該處理中保持不摻雜。摻雜物可包括P離子，以獲得一個(gè)3E12-3E13個(gè)原子/cm-2的摻雜濃度。
參考圖3C，通過譬如濺射的標(biāo)準(zhǔn)非順形技術(shù)在器件的上表面沉積50-150nm厚的例如Cr的薄金屬層19。層19的厚度基本上小于柵極區(qū)10的厚度，以使濺射處理不必過加熱基底1，從而損害基底1。
參考圖3D，通過濺射或PECVD沉積一般為0.5μm-1.0μm厚的例如n+Si的順形層20，然后進(jìn)行非均勻性或平面刻蝕，如反應(yīng)離子刻蝕(RIE)以提供電絕緣圓角17。
此后，蝕刻金屬層19以剔除不被圓角17覆蓋的金屬區(qū)。結(jié)果構(gòu)造顯示在圖3F中。用于薄Cr層19的合適的濕蝕刻劑是一種六硝酸柿酸銨(ammoniumhexa-nitrato-cerate)(IV)和硝酸的水溶液混合物。然而，其它使用濕或干蝕刻劑可以更適合蝕刻、用于層19的金屬和合金，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。蝕刻處理形成被安置在柵極10對(duì)面的具有沿柵極10的直立側(cè)沿15、16延伸的區(qū)13a、14a和沿氧化層9的表面區(qū)21、22延伸的區(qū)13a、14a的導(dǎo)電間隔區(qū)13、14。
在多摻雜源區(qū)和漏區(qū)5、6的注入時(shí)，間隔區(qū)13、14與圓角17一起被用作掩膜。最終，P離子以箭頭X方向被導(dǎo)入基底以逐漸被注入層4，從而形成源區(qū)和漏區(qū)5、6。預(yù)先輕摻雜的區(qū)域12a、12b被間隔區(qū)13、14與圓角17屏蔽。這樣，獲得了GOLDD結(jié)構(gòu)。導(dǎo)體區(qū)13、14與柵極區(qū)10電連接，以延伸柵極的側(cè)邊；區(qū)域13、14形成柵極的部分并覆蓋LDD區(qū)12a、12b。
此后，如圖3G所示，通過PECVD沉積例如300nm厚的二氧化硅鈍化層18。隨后，通過普通的的制版和沉積技術(shù)沉積金屬源極和漏極7、8(顯示在圖2中)，以允許外部電連接多摻雜源區(qū)和漏區(qū)5、6。
使用普通的TFT，在漏極偏壓＞10V處發(fā)生熱載流子不穩(wěn)定性；而依據(jù)本發(fā)明的TFT，能最高穩(wěn)定至20V。
這里說明的制造技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是使用在現(xiàn)代TFT生產(chǎn)中容易獲得的標(biāo)準(zhǔn)沉積技術(shù)，即濺射沉積和CVD。濺射沉積可被用于形成間隔區(qū)13、14的金屬層19，和PECVD沉積可被用于形成圓角17的Si基底層20。因此，使用對(duì)已用于TFT制造的處理技術(shù)的簡(jiǎn)單改良，就可制造說明的TFT，而不必引入更多復(fù)雜沉積技術(shù)。
通過理解本發(fā)明，其它變化和改良對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。這些變化和改良可包含等效物和在包括TFT和其它半導(dǎo)體器件及其中的元件部分的設(shè)計(jì)、制造和使用中已經(jīng)公知的以及可被替代使用的其它特征或除在這里已經(jīng)描述之外的特征。盡管在這個(gè)申請(qǐng)中對(duì)特征的部分組合闡明權(quán)利要求，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的披露的范圍也包含在這里明確或含蓄披露的任何新特征或新特征組合或從其中的任何概括，無論其是否涉及與在任何權(quán)利要求中目前要求的相同的發(fā)明，以及無論其是否解決與本發(fā)明一樣的任一或全部的同樣的技術(shù)問題。因此，在實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)或任何進(jìn)一步來源于此的申請(qǐng)時(shí)，該申請(qǐng)給出了可由這些特征和/或這些特征組合闡明的新權(quán)利要求的提示。
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管，其包括在源區(qū)(5)和漏區(qū)(6)間延伸的多晶硅溝道(11)，覆蓋該溝道的柵極(10)，和其中的厚度限定直立柵極側(cè)壁(15、16)，輕摻雜漏極區(qū)(12a、12b)和覆蓋輕摻雜漏極區(qū)的間隔(13、14)，其中間隔包括既覆蓋輕摻雜漏極區(qū)又沿直立柵極側(cè)壁延伸的導(dǎo)電區(qū)(13a、13b、14a、14b)。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中導(dǎo)電區(qū)(13a、13b、14a、14b)包括一個(gè)比柵極(10)的厚度溥且具有覆蓋輕摻雜漏極區(qū)的第一部分(13a、14b)和沿柵極的直立側(cè)壁(15、16)延伸的第二部分(13a、14a)的層。
3.依據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜晶體管，其中導(dǎo)電區(qū)(13、14)包括一個(gè)導(dǎo)電材料層。
4.依據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜晶體管，其中層(13、14)是一個(gè)通過濺射沉積的金屬層。
5.依據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜晶體管，其中層(13、14)包括一個(gè)摻雜半導(dǎo)體材料。
6.依據(jù)權(quán)利要求2至5中任一個(gè)所述的薄膜晶體管，包含一個(gè)在導(dǎo)電區(qū)的第一部分上方的圓角(17)。
7.一種用于有源矩陣顯示器的有源板(30)，包含依據(jù)任何前述權(quán)利要求的薄膜晶體管。
8.一種有源矩陣液晶顯示器，包括一個(gè)依據(jù)權(quán)利要求7的有源板、一個(gè)無源板(34)、一個(gè)夾在有源板和無源板之間的液晶材料層。
9.一種制造具有覆蓋其溝道(11)并具有直立柵極側(cè)壁(15、16)的柵極(10)的多晶硅溝道薄膜晶體管的方法，該方法包括步驟(a)提供一個(gè)使用一個(gè)絕緣層(9)從多晶硅層(4)中分離出的柵極(10)；(b)使用柵極(10)作為掩膜，將摻雜物注入多晶硅層(4)；(c)在步驟(b)后形成一個(gè)毗鄰柵極(10)包括覆蓋多晶硅層并沿柵極側(cè)壁(15、16)延伸的導(dǎo)電區(qū)的間隔(13、14)；和(d)使用柵極(10)和間隔(13、14)作為掩膜，將摻雜物注入多晶硅層(4)以形成源區(qū)或漏區(qū)(5或6)，以使間隔(13、14)覆蓋在多晶硅層(4)中位于源區(qū)或漏區(qū)(5或6)和溝道(11)之間的輕摻雜漏極區(qū)(12a、12b)。
10.依據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中步驟(c)包括包含在多晶硅層和柵極上方沉積導(dǎo)電材料層(13、14)，以及選擇蝕刻沉積的導(dǎo)電材料層以形成具有覆蓋多晶硅層的第一部分和沿柵極的側(cè)壁延伸的第二部分的間隔。
11.依據(jù)權(quán)利要求10的方法，包含沉積其厚度小于柵極厚度的導(dǎo)電材料層。
12.依據(jù)權(quán)利要求10或11的方法，包含在非順形層中沉積導(dǎo)電材料。
13.依據(jù)權(quán)利要求10至12中的任一個(gè)的方法，包含通過濺射沉積層。
14.依據(jù)權(quán)利要求10至13中的任一個(gè)的方法，包含沉積所述層作為金屬層。
15.依據(jù)權(quán)利要求10或11的方法，其中通過在其的第一部分上方形成一個(gè)圓角(17)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電層的選擇蝕刻，并且圓角不保護(hù)選擇蝕刻層。
16.依據(jù)權(quán)利要求13的方法，包含在所述導(dǎo)電層上沉積另一層，并選擇蝕刻該另一層以形成圓角。
17.依據(jù)權(quán)利要求16的方法，包含沉積另一層作為順形層。
18.依據(jù)權(quán)利要求16的方法，包含沉積另一層作為Si包含層。
19.依據(jù)權(quán)利要求15至18中的任一個(gè)的方法，包含通過化學(xué)汽相沉積法沉積另一層。
全文摘要
一種通過在第一摻雜物注入步驟中使用柵極(10)作為掩膜制造的具有覆蓋其溝道的柵極(10)的多晶硅GOLDD薄膜晶體管。然后毗鄰柵極(10)形成包括在蝕刻處理中被圓角(17)限定的金屬層(19)部分的間隔(13、14)。然后間隔和棚極被用作用于摻雜源區(qū)和漏區(qū)的掩膜，從而提供一種能夠自對(duì)準(zhǔn)制造技術(shù)。
文檔編號(hào)H01L29/423GK1708856SQ200380102469
公開日2005年12月14日 申請(qǐng)日期2003年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月30日
發(fā)明者C·格拉斯, S·D·布羅特爾頓 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司