專利名稱：包含薄膜晶體管的電子器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到包含薄膜晶體管的電子器件的制造方法。
薄膜晶體管(TFT)及其制造方法在大面積電子器件中是眾所周知的。其應(yīng)用包括例如用作諸如顯示器和圖象傳感器之類的有源矩陣器件中的開關(guān)元件，其中，TFT被排列在行和列陣列中并分別經(jīng)由行和列地址導(dǎo)體組被選擇信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)尋址。在改進(jìn)TFT的性能特性以便產(chǎn)生質(zhì)量更高的能夠更快速被尋址、功耗更低、以及更可靠的有源矩陣器件方面，存在著很大的興趣。
TFT的半導(dǎo)體層通常由氫化的非晶硅、多晶硅、或單晶硅組成。氫化發(fā)生在制造工藝的一些階段中，并對(duì)半導(dǎo)體材料起電中性作用。這改善了TFT的特性，包括更高的載流子遷移率、更低的閾值電壓、以及更低的泄漏電流。
通常借助于在氫氣中將器件加熱到大約250℃或更高的溫度，或借助于在300℃或更高的溫度下暴露于等離子體中的原子氫，來得到TFT的氫化。但對(duì)于使用諸如聚合物襯底之類的抗熱性低的襯底來說，這些溫度是太高了。
US 2002/0004289-A1公開了一種制造TFT的方法，其中，在電極被形成在半導(dǎo)體層的源區(qū)和漏區(qū)上之后，含氫的膜被形成在TFT上。此含氫的膜被脈沖激光束輻照，引起氫擴(kuò)散到半導(dǎo)體層中。此步驟在低于襯底抗熱溫度的溫度下執(zhí)行。
但在US 2002/0004289-A1的方法中，在頂柵器件的情況下，氫必需在金屬柵下方沿位于源區(qū)與漏區(qū)之間的半導(dǎo)體材料的有源溝道區(qū)的長(zhǎng)度擴(kuò)散，或在底柵器件的情況下，必需在氧化硅膜下方擴(kuò)散。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)而不將器件加熱到過高的溫度，需要大量低功率的激光脈沖。這降低了制造工藝的產(chǎn)率。
本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)了的制造TFT的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種簡(jiǎn)化了的制造TFT的方法，其中縮短了半導(dǎo)體層氫化所需要的時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制造包含薄膜晶體管的電子器件的方法，此晶體管包含柵電極以及源電極和漏電極、被柵絕緣層分隔于柵電極的半導(dǎo)體層、安排來控制流過源電極與漏電極之間的半導(dǎo)體層的溝道區(qū)的電流的柵電極，此方法包含下列步驟(a)-在襯底上形成半導(dǎo)體層；(b)-在半導(dǎo)體層上形成含氫層；(c)-用能量束輻照含氫層，以便氫化至少部分半導(dǎo)體層；以及(d)-在半導(dǎo)體層上形成柵電極和/或源電極與漏電極。
此方法縮短了氫化周期，從而縮短了總的制造時(shí)間并降低了成本。在含氫層與溝道區(qū)之間不存在氫化過程中阻斷了氫的擴(kuò)散路徑的插入層。因此，氫的擴(kuò)散長(zhǎng)度被縮短，為了將氫擴(kuò)散到溝道區(qū)中所需要的能量束脈沖從而更少。而且，借助于在氫化步驟之后形成重疊的柵電極或源電極和漏電極，這些電極不經(jīng)受入射能量束產(chǎn)生的熱。這使得能夠用強(qiáng)度更高的能量束來進(jìn)行氫化，從而進(jìn)一步降低了所需脈沖的數(shù)目。
在一個(gè)實(shí)施方案中，制作了頂柵TFT，其中，在步驟(d)中形成柵電極，且柵絕緣層包含含氫層。有利的是，此柵絕緣層還可以包含直接形成在半導(dǎo)體層上的第二絕緣層。第二絕緣層最好由不同于含氫層的材料組成。可以對(duì)半導(dǎo)體層進(jìn)行圖形化，以便形成半導(dǎo)體小島，且柵絕緣層包含重疊半導(dǎo)體小島的第一區(qū)和橫向排列到半導(dǎo)體小島一側(cè)的第二區(qū)，其中，第一區(qū)的氫含量低于第二區(qū)的氫含量。有利的是，借助于使至少部分柵絕緣層也用來提供氫源而無(wú)須分離的含氫層，從而減少了制造步驟的數(shù)目。由于與諸如二氧化硅之類的大多數(shù)常規(guī)使用的柵絕緣層材料相比，氮化硅是天然富氫的并在給頂溫度下包含較少的針孔缺陷，故含氫層最好包含氮化硅(SiNx)。而且，與二氧化硅相比，當(dāng)在較低溫度下淀積時(shí)，SiNx產(chǎn)生更好的臺(tái)階覆蓋。
作為變通，此方法還可以包含下列步驟(e)-清除含氫層，以及(f)-在步驟(d)之前，在半導(dǎo)體層上形成柵絕緣層。這提供了其柵絕緣層由不同于含氫層材料的更合適的材料組成的頂柵TFT。
在另一實(shí)施方案中，可以提供底柵TFT，其中，源電極和漏電極在步驟(d)中形成，此方法還包含步驟(g)-在步驟(d)之前清除含氫層。
半導(dǎo)體層一開始可以包含非晶硅，且其中，此方法還包含在步驟(c)之前用能量束輻照半導(dǎo)體層，以便多晶化至少部分半導(dǎo)體層。
作為變通，半導(dǎo)體層一開始包含非晶硅，且能量束在步驟(c)中至少多晶化部分半導(dǎo)體層。因此，至少半導(dǎo)體層的溝道區(qū)在單個(gè)輻照步驟中被多晶化和氫化，從而有利地減少了工藝步驟的數(shù)目。
下面參照附圖來詳細(xì)地描述本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，在這些附圖中

圖1a-1f示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的各個(gè)制造階段中的TFT剖面；圖2a-2f示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的各個(gè)制造階段中的TFT剖面；圖3a-3e示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方案的各個(gè)制造階段中的TFT剖面；圖4示出了有源矩陣顯示器件部分；而圖5示出了有源矩陣液晶顯示(AMLCD)器件的剖面。
應(yīng)該理解的是，這些附圖僅僅是示意性的而沒有按比例繪制，特別是各層的厚度剖面圖更是如此。在所有附圖中，相同的參考號(hào)被用來表示相同或相似的零件。
根據(jù)本發(fā)明以及根據(jù)本發(fā)明制造的薄膜晶體管(TFT)，能夠構(gòu)成有源矩陣器件的開關(guān)元件。下面用舉例的方式來描述AMLCD器件。
TFT被安排在襯底上的矩陣陣列中，形成由正交的行和列導(dǎo)體組尋址的有源平板。熟知的淀積和光刻圖形化技術(shù)被用來在襯底上形成各種導(dǎo)電的、絕緣的、以及半導(dǎo)電的材料薄膜層。頂柵和底柵晶體管的制造都要被描述。雖然附圖僅僅示出了一種晶體管的剖面，但應(yīng)該理解的是，這個(gè)TFT和尋址導(dǎo)體的整個(gè)陣列被同時(shí)形成在同一個(gè)襯底上。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1a-1f來描述根據(jù)本發(fā)明的頂柵TFT的制造。首先，用PECVD方法在聚合物襯底12上淀積厚度約為500nm的二氧化硅保護(hù)性介質(zhì)層11。與諸如玻璃之類的常規(guī)用于AMLCD襯底的其它材料相比，聚合物襯底12具有比較低的熔點(diǎn)。然后，如圖1a所示，例如用低溫等離子體CVD方法，在介質(zhì)11上淀積非晶硅(a-Si)層10。此a-Si層的厚度約為40nm，并在稍后的階段中形成TFT的可開關(guān)的溝道區(qū)。
然后，如圖1b所示，借助于用來自激光能量密度為每平方厘米270-330毫焦耳的準(zhǔn)分子激光器100的脈沖對(duì)a-Si層10進(jìn)行輻照，此層被多晶化。硅層10的加熱不足以使下方的聚合物襯底12熔化或形變。
然后用濕法腐蝕或干法腐蝕方法，將多晶硅層圖形化成小島20，此小島20橫行分隔于陣列中也由此腐蝕步驟形成的其它小島。參照?qǐng)D1c，厚度為5-10nm的二氧化硅薄層21然后被淀積在整個(gè)襯底上，并將多晶硅小島20覆蓋。其上形成厚度約為10-100nm的氮化硅層22。氧化硅層21和氮化硅層22構(gòu)成最終TFT的柵絕緣層，將多晶硅小島20的溝道區(qū)分隔于上方的柵電極。
氮化硅層的氫含量約為10-20％原子比。這為下方多晶硅小島20的氫化提供了氫源。氧化硅層21用來穩(wěn)定與多晶硅小島20的界面。
圖1d示出了多晶硅小島20的氫化。氮化硅層22被直接對(duì)其加熱的脈沖激光束200輻照。多晶硅小島20也被激光引起的氮化硅利用熱傳導(dǎo)的間接加熱而被加熱。這使氫從氮化硅層22擴(kuò)散到下方的多晶硅小島20中。在氮化硅層22上不存在易受熱損傷的插入層，從而允許使用高的激光能量密度。而且，氮化硅層22緊鄰多晶硅小島20，為氫提供了短的擴(kuò)散長(zhǎng)度。因此，為了完全氫化此多晶硅小島20，只需要比較少的高激光能量密度的激光脈沖。這些脈沖不足以使聚合物襯底12熔化或形變。
氫化工藝降低了位于多晶硅小島上的氮化硅層22的氫含量。因此，圖1中“A”所示的多晶硅小島上方區(qū)域的氫含量低于“B”所示橫向排列到半導(dǎo)體小島一側(cè)的區(qū)域的氫含量。
在氫化之后，氮化硅層原地保留以便形成柵絕緣層。然后，如圖1e所示，借助于將金屬層淀積和圖形化成厚度為100-500nm，在多晶硅小島上形成柵電極24。可以理解的是，在此步驟中，還形成了第一組尋址導(dǎo)體，各個(gè)導(dǎo)體延伸跨過襯底并連接到其各個(gè)柵電極行。然后淀積絕緣層(未示出)，以便提供二個(gè)相交的尋址導(dǎo)體組之間的隔離。
然后，借助于用柵電極24作為掩模，以常規(guī)的方式進(jìn)行摻雜，在多晶硅小島20中形成源區(qū)和漏區(qū)。然后用激光輻照這些區(qū)域，以便激活雜質(zhì)(未示出)。
圖1f示出了已經(jīng)由淀積和圖形化另一金屬層而形成的源電極和漏電極26和28。分別各自通過氮化硅層22中的通道30在源區(qū)和漏區(qū)處與多晶硅小島20接觸。這就完成了TFT的制造。
然后，用熟知的方法來形成各個(gè)覆蓋層，這些覆蓋層確定了連接到陣列中各個(gè)TFT的第二組尋址導(dǎo)體和象素電極，從而完成AMLCD的有源平板。對(duì)于反射型AMLCD，金屬電極、尋址導(dǎo)體及其連接典型地由鋁組成，對(duì)于透射型AMLCD，則典型地由ITO或任何其它常規(guī)使用的材料或它們的組合形成。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2a-2f來描述制造根據(jù)本發(fā)明的頂柵TFT的一種變通方法。以相似于上述實(shí)施方案的方式，a-Si層被淀積在(由被介質(zhì)層11保護(hù)的)聚合物襯底12上。然后，如圖2a所示，例如用腐蝕方法對(duì)a-Si層進(jìn)行圖形化，以便形成半導(dǎo)體小島10。
然后如圖2b所示，在整個(gè)襯底上淀積厚度約為100-500nm的富氫的氮化硅層22。這就直接在a-Si小島上提供了含氫層。
圖2c示出了在單個(gè)步驟中進(jìn)行的a-Si小島的多晶化和氫化。覆蓋的氮化硅層被激光束200輻照，這間接地將非晶硅小島加熱到了足以對(duì)其進(jìn)行退火的溫度。在冷卻時(shí)，硅小島就變成多晶。而且，隨著一開始包含在直接覆蓋小島的氮化硅層22中的氫擴(kuò)散到相鄰的多晶硅中，硅就被氫化。
借助于在單個(gè)激光步驟中對(duì)半導(dǎo)體層的退火和氫化，縮短了總的制造時(shí)間，從而降低了制造成本。
然后如圖2d所示，用濕法腐蝕或干法腐蝕方法清除氮化硅層22，留下氫化了的多晶硅小島20。然后如圖2e所示，在整個(gè)襯底上淀積厚度約為10-100nm的二氧化硅層33。這就在完全構(gòu)成了的器件中的多晶硅小島20與相關(guān)的柵電極之間提供了柵絕緣層。
用干法腐蝕方法，在多晶硅小島20的源區(qū)和漏區(qū)上方形成內(nèi)含于柵絕緣層33中的通道30。然后以相似于上述第一實(shí)施方案的圖2f所示的方式形成各個(gè)TFT的柵電極、源電極、以及漏電極24、26、以及28。
現(xiàn)在來描述根據(jù)本發(fā)明的底柵TFT。參照?qǐng)D3a，導(dǎo)電層被淀積在(由介質(zhì)層11保護(hù)的)聚合物襯底12上，并被圖形化以形成柵電極24?？梢岳斫獾氖牵仃囍械乃袞烹姌O都在此步驟中與相關(guān)的行地址導(dǎo)體(未示出)一起被形成。然后例如在整個(gè)襯底上形成厚度為10-100nm的二氧化硅柵絕緣層33。然后在柵絕緣層上淀積a-Si層，并對(duì)其進(jìn)行圖形化，以便在柵電極上方形成半導(dǎo)體小島。柵絕緣層33用來在最終器件中將柵電極24隔離于有源小島10。
然后，如圖3b所示，借助于用激光束100輻照表面，a-Si小島就被多晶化。
參照?qǐng)D3c，氮化硅層22然后被淀積在整個(gè)陣列上。此氮化硅22是富氫的，從而提供了多晶硅小島20氫化所需的氫源。借助于用脈沖的激光束輻照氮化硅層22的表面而開始?xì)浠?duì)器件疊層的加熱使氫擴(kuò)散跨越氮化硅層22與多晶硅小島20之間的邊界。
在氫化之后，如圖3d所示，用干法腐蝕方法清除氮化硅層22。
然后，如圖3e所示，例如借助于淀積和圖形化ITO的導(dǎo)電層而形成各個(gè)TFT的源電極和漏電極26和28。
此實(shí)施方案的氫化和多晶化激光步驟可以變通地以氮化硅層22淀積之后的一個(gè)同時(shí)輻照的形式來進(jìn)行，從而無(wú)須圖3b所示的分隔的激光步驟。
上述實(shí)施方案的另一變種在氫化之后將氮化硅層22留在原處，以便鈍化多晶硅小島20的表面。在此情況下，源電極和漏電極通過氮化硅層22中的通道(未示出)而與半導(dǎo)體接觸。
雖然上述各個(gè)實(shí)施方案已經(jīng)被描述為具有多晶硅有源小島，但預(yù)計(jì)其它的半導(dǎo)電材料也可以被使用。同樣，諸如富氫的二氧化硅或SiON(氮氧化硅)之類的氮化硅之外的材料也能夠被用于含氫層。
完成的其上具有連接的TFT陣列構(gòu)成了部分AMLCD器件的有源平板。
參照?qǐng)D4和5，有源平板70包含液晶顯示元件40的行和列陣列。為簡(jiǎn)化起見，此處僅僅示出了幾個(gè)，但實(shí)際上可以有幾百行和列的顯示元件。這些顯示元件各具有用作開關(guān)器件的相關(guān)TFT 42，并分別經(jīng)由各組行和列地址導(dǎo)體44和46而被行和列驅(qū)動(dòng)電路尋址。TFT 42的漏被連接到位于各個(gè)行和列地址導(dǎo)體的交點(diǎn)附近的各個(gè)顯示電極48，而與各行顯示元件10相關(guān)的所有TFT的柵被連接到同一個(gè)行地址導(dǎo)體44。與各列顯示元件相關(guān)的所有TFT的源被連接到同一個(gè)列地址導(dǎo)體46。包括各組行和列地址導(dǎo)體44和46、TFT 42、以及圖象元件電極48的有源矩陣電路66，被承載在聚合物襯底12上，一起構(gòu)成了有源平板70。第二絕緣襯底62承載著陣列中所有顯示元件共用的一個(gè)連續(xù)的透明電極56，一起構(gòu)成了無(wú)源平板80。這被安排成分隔于聚合物襯底12，且二個(gè)襯底12和62環(huán)繞顯示元件陣列的外圍被密封在一起，并被隔距墊分隔開，以便確定一個(gè)其中包含液晶材料層75的封閉空間。各個(gè)顯示元件電極48與公共電極56的重疊部分以及其間的液晶材料75，確定了一個(gè)光調(diào)制液晶盒。無(wú)源平板還包含也承載在第二襯底62上的偏振層68和濾色層69。
再次參照?qǐng)D4，行和列驅(qū)動(dòng)電路50和55被集成在聚合物襯底12上，且特別包含用與形成開關(guān)元件42相同的工藝同時(shí)形成的TFT。在工作過程中，視頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)由襯底12邊沿處的連接90，被饋送到驅(qū)動(dòng)電路50和56。
參照?qǐng)D5，AMLCD器件60包含分隔于無(wú)源平板80的有源平板70。
如US-A-5130829僅僅用舉例方法所述，此器件的工作遵循常規(guī)的操作規(guī)程。
雖然所述的各個(gè)實(shí)施方案涉及到AMLCD器件，但本發(fā)明同樣可以應(yīng)用于包含TFT的其它電子器件，且特別可以應(yīng)用于采用多晶硅晶體管的任何現(xiàn)有的有源矩陣器件。本發(fā)明可以被應(yīng)用于諸如其內(nèi)容在此處被列為參考的EP-A-1116205所述的有源矩陣LED顯示器件，以及諸如電致變色顯示器件、電泳顯示器件、電致發(fā)光顯示器件之類的其它類型的有源矩陣顯示器件。本發(fā)明還可以被應(yīng)用于光學(xué)圖象傳感陣列器件以及電容型指紋傳感器件。
因此，總之本發(fā)明提供了一種制造包含薄膜晶體管的電子器件的方法，此方法包含在半導(dǎo)體層上形成含氫層，輻照此含氫層以便對(duì)此半導(dǎo)體層進(jìn)行氫化，以及在半導(dǎo)體層上形成電極。為氫提供了擴(kuò)散長(zhǎng)度短的直接路徑，從而能夠以比較少的高能量密度激光脈沖來進(jìn)行半導(dǎo)體層的快速氫化。支持用的襯底不被顯著地加熱，使得此方法特別適用于聚合物襯底上的TFT。半導(dǎo)體層的晶化和氫化能夠在同一個(gè)輻照步驟中進(jìn)行。
閱讀本公開之后，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員來說，其它的修正是顯而易見的。這些修正可能涉及到采用柔性襯底及其組成部分的薄膜晶體管領(lǐng)域中已知的且可以被用來取代或增加此處已經(jīng)描述的特點(diǎn)的其它一些特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種制造包含薄膜晶體管42的電子器件的方法，此晶體管包含柵電極24以及源電極和漏電極26和28；被柵絕緣層21、22、23分隔于柵電極的半導(dǎo)體層10，20；安排來控制流過源電極與漏電極26、28之間的半導(dǎo)體層的溝道區(qū)的電流的柵電極24，此方法包含下列步驟(a)-在襯底12上形成半導(dǎo)體層10，20；(b)-在半導(dǎo)體層上形成含氫層22；(c)-用能量束200輻照含氫層，以便氫化至少部分半導(dǎo)體層；以及(d)-在半導(dǎo)體層上形成柵電極24和/或源電極與漏電極26，28。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，在步驟(d)中形成柵電極24，且柵絕緣層包含含氫層22。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，柵絕緣層還包含直接形成在半導(dǎo)體層上的第二絕緣層21。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，在步驟(d)中形成柵電極24，此方法還包含下列步驟(e)-清除含氫層22，以及(f)-在步驟(d)之前，在半導(dǎo)體層上形成柵絕緣層33。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，源電極和漏電極在步驟(d)中形成，此方法還包含步驟(g)-在步驟(d)之前清除含氫層22。
6.根據(jù)前述任何一個(gè)權(quán)利要求的方法，其中，所述含氫層22包含氮化硅。
7.根據(jù)前述任何一個(gè)權(quán)利要求的方法，其中，半導(dǎo)體層一開始包含非晶硅，此方法還包含步驟在步驟(c)之前用能量束100輻照半導(dǎo)體層，以便多晶化至少部分半導(dǎo)體層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任何一個(gè)的方法，其中，半導(dǎo)體層一開始包含非晶硅，且能量束在步驟(c)中多晶化至少部分半導(dǎo)體層。
9.一種根據(jù)前述任何一個(gè)權(quán)利要求的方法制造的電子器件。
10.根據(jù)從屬于權(quán)利要求2或3的權(quán)利要求9的電子器件，其中，半導(dǎo)體層10已經(jīng)被圖形化以形成半導(dǎo)體小島20，柵絕緣層包含重疊半導(dǎo)體小島的第一區(qū)A和橫向排列到半導(dǎo)體小島一側(cè)的第二區(qū)B，其中，第一區(qū)的氫含量低于第二區(qū)的氫含量。
全文摘要
一種制造包含薄膜晶體管(42)的電子器件的方法，此方法包含在半導(dǎo)體層(10；20)上形成含氫層(22)，輻照此含氫層以便對(duì)此半導(dǎo)體層進(jìn)行氫化，以及然后在半導(dǎo)體層上形成電極(24；26，28)。為氫提供了擴(kuò)散長(zhǎng)度短的直接路徑，從而能夠用比較少的高能量密度激光脈沖來進(jìn)行半導(dǎo)體層的快速氫化。支持用的襯底(12)不被顯著地加熱，使得此方法特別適用于聚合物襯底上的TFT。半導(dǎo)體層的晶化和氫化能夠在同一個(gè)輻照步驟中進(jìn)行。
文檔編號(hào)H01L21/336GK1685488SQ03822933
公開日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2003年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月27日
發(fā)明者N·D·楊, S·Y·永, I·D·弗倫奇, D·J·麥卡洛 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司