專利名稱：薄膜晶體管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種薄膜晶體管及其制造方法，且特別是有關(guān)于一種多晶 硅的薄膜晶體管及其制造方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的低溫多晶硅薄膜晶體管中，其溝道中的晶粒邊界(grain boundary) 缺陷是元件特性劣化的主要因素。由于將溝道尺寸縮小至納米級(jí)，可有效改善 溝道中的晶粒邊界缺陷的問題。因此，如何制作納米級(jí)溝道(nanowire channel, NW channel)便成為了主要的研究方向。
現(xiàn)有納米級(jí)溝道的制作方法主要是利用電子束光刻(electron beam lithography)技術(shù)來圖案化多晶硅材料，以形成納米級(jí)寬度的溝道。然而，電 子束光刻技術(shù)的成本相當(dāng)高，且無(wú)法有效提升產(chǎn)能。因此，以蝕刻方式來制作 納米級(jí)溝道的技術(shù)逐漸被釆用。 一般而言，以蝕刻方式來制作納米級(jí)溝道通常 會(huì)搭配自我對(duì)準(zhǔn)形成邊襯(self-aligned sidewall spacer)的方式來進(jìn)行。
圖1A 1D是現(xiàn)有納米級(jí)溝道的制作流程剖面示意圖。請(qǐng)先參考圖1A，首 先提供一基板110，并于基板IIO上形成一熱氧化層112。之后請(qǐng)參考圖1B， 于熱氧化層112上形成一柵極114。接著請(qǐng)參考圖1C，依序形成一柵極絕緣層 115以及一多晶硅材料層116，以覆蓋柵極114與部分的熱氧化層112。然后請(qǐng) 參考圖1D，借由非等向性蝕刻的方式移除部分的多晶硅材料層116 (如1C所 示)，以于柵極114兩旁形成納米級(jí)溝道118。值得注意是，由于納米級(jí)溝道 118的高度主要取決于柵極114的高度，而柵極114的尺寸有一定的限制，并 無(wú)法任意的縮小。因此納米級(jí)溝道118的尺寸會(huì)直接受限于柵極114的尺寸。 此外，由于納米級(jí)溝道118僅有一側(cè)會(huì)與柵極114相對(duì)，因此柵極114對(duì)于納 米級(jí)溝道118的控制能力也無(wú)法有效提升。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種薄膜晶體管，具有良好的元件特性。 本發(fā)明提供一種薄膜晶體管的制造方法，其可有效地制作出所需尺寸的納 米級(jí)溝道。
為達(dá)上述或是其他目的，本發(fā)明提出一種薄膜晶體管的制作方法，其包括 下列步驟首先，提供一基板。接著，于基板上形成一犧牲層。然后，于基板 上形成一多晶硅圖案層，以圍繞犧牲層。之后，形成一柵極絕緣層，至少覆蓋 多晶硅圖案層。此外，于多晶硅圖案層上方的柵極絕緣層上形成一柵極圖案。 于此多晶硅圖案層中形成一源極區(qū)、 一漏極區(qū)與一有源區(qū)，且有源區(qū)位于源極 區(qū)與漏極區(qū)之間。另外，形成一保護(hù)層，以覆蓋部分柵極絕緣層與柵極圖案。 之后，于保護(hù)層上形成一源極導(dǎo)電層與一漏極導(dǎo)電層。源極導(dǎo)電層、漏極導(dǎo)電 層會(huì)分別與多晶硅圖案層的源極區(qū)、該漏極區(qū)電性連接。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，在形成犧牲層之前，還包括于基板上形成一緩沖層。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，在形成柵極絕緣層之前，還包括移除犧牲層。 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述形成多晶硅圖案層的步驟包括首先，于基
板上形成一非晶硅圖案層。接著，對(duì)非晶硅圖案層進(jìn)行一再結(jié)晶處理，以形成
一多晶硅圖案層。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的再結(jié)晶處理包括固相再結(jié)晶技術(shù)。 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的再結(jié)晶處理包括金屬誘發(fā)側(cè)向結(jié)晶技術(shù)。 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的再結(jié)晶處理包括激光再結(jié)晶技術(shù)。 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的保護(hù)層具有暴露出柵極圖案的一第一接觸
窗開口，而保護(hù)層與柵極絕緣層中具有分別暴露出源極區(qū)與漏極區(qū)的一第二接
觸窗開口與一第三接觸窗開口。源極導(dǎo)電層借由第二接觸窗開口而與源極區(qū)電 性連接，而漏極導(dǎo)電層借由第三接觸窗開口而與漏極區(qū)電性連接。
本發(fā)明提出一種薄膜晶體管，其包括一基板、 一多晶硅圖案層、 一柵極絕 緣層、 一柵極圖案、 一保護(hù)層、 一源極導(dǎo)電層與一漏極導(dǎo)電層。其中，多晶硅 圖案層配置于基板上。此多晶硅圖案層具有一源極區(qū)、 一漏極區(qū)與一有源區(qū)。 有源區(qū)位于源極區(qū)與漏極區(qū)之間，且多晶硅圖案層的有源區(qū)中具有一開口。此外，柵極絕緣層至少覆蓋多晶硅圖案層。另外，柵極圖案配置于柵極絕緣層上 且對(duì)應(yīng)多晶硅圖案層的有源區(qū)。本發(fā)明的保護(hù)層覆蓋部分柵極絕緣層與柵極圖 案。上述源極導(dǎo)電層與漏極導(dǎo)電層配置于該保護(hù)層上，且分別與多晶硅圖案層 的源極區(qū)、漏極區(qū)電性連接。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的薄膜晶體管還包括一犧牲層，配置于多晶 硅圖案層的開口中，且柵極絕緣層覆蓋犧牲層。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的薄膜晶體管還包括一緩沖層，配置于基板 與多晶硅圖案層之間。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的保護(hù)層具有暴露出柵極圖案的一第一接觸 窗開口，而保護(hù)層與柵極絕緣層中具有分別暴露出源極區(qū)與漏極區(qū)的一第二接 觸窗開口與一第三接觸窗開口。源極導(dǎo)電層借由第二接觸窗開口而與源極區(qū)電 性連接，而漏極導(dǎo)電層借由第三接觸窗開口而與漏極區(qū)電性連接。
本發(fā)明薄膜晶體管的制作方法是利用犧牲層來決定多晶硅圖案層的高度。 因此，本發(fā)明薄膜晶體管的制作方法可借由控制犧牲層的高度，而制作出所需 尺寸的多晶硅圖案層。此外，本發(fā)明薄膜晶體管也具有良好的元件特性。


為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā) 明的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說明，其中
圖1A 1D是現(xiàn)有納米級(jí)溝道的制作流程剖面示意圖。
圖2A 2H是本發(fā)明第一實(shí)施例薄膜晶體管的制作方法的流程俯視圖。 圖3A 3H是本發(fā)明第一實(shí)施例薄膜晶體管的制作方法的流程剖面示意圖。
圖4A 4D是本發(fā)明第二實(shí)施例薄膜晶體管的制作方法的流程俯視圖。 圖5A 5D是本發(fā)明第二實(shí)施例薄膜晶體管的制作方法的流程剖面示意圖。
主要元件符號(hào)說明 110、 210:基板 112:熱氧化層114:柵極
115:柵極絕緣層
116:多晶硅材料層
118:納米級(jí)溝道
200、 300:薄膜晶體管
212:緩沖層
220:犧牲層
228:非晶硅圖案層
230:多晶硅圖案層
230a:有源區(qū) 230s:源極區(qū) 230d:漏極區(qū) 240:柵極絕緣層 250:柵極圖案 260:保護(hù)層
272:源極導(dǎo)電層
274:漏極導(dǎo)電層
A-A'、 B-B'、 C-C':剖面線
CI:第一接觸窗開口
C2:第二接觸窗開口
C3:第三接觸窗開口
S:開口
具體實(shí)施方式
第一實(shí)施例
圖2A 2H是本發(fā)明第一實(shí)施例薄膜晶體管的制作方法的流程俯視圖，而 圖3A 3H是本發(fā)明第一實(shí)施例薄膜晶體管的制作方法的流程剖面示意圖。請(qǐng) 先參考圖2A與圖3A，首先，提供一基板210。 一般而言，于此基板210上可 選擇性地形成一緩沖層212，以利后續(xù)膜層的制作。此緩沖層212的材料可包括氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。
接著請(qǐng)參考圖2B與圖3B，于基板210上形成一犧牲層220。詳細(xì)地說， 此犧牲層220的形成方式例如是先全面性地沉積一材料層(未繪示)于緩沖層 212上。此材料層可采用氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或金屬材料。接著，再借 由一道光掩模制程來圖案化此材料層，以形成所需的犧牲層220。當(dāng)然，所屬 技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者可視實(shí)際需要而改變犧牲層220的高度與圖案，在 此僅用以舉例說明并無(wú)意局限。
然后請(qǐng)參考圖2C與圖3C，于基板210上的緩沖層212形成一多晶硅圖案 層230，以圍繞犧牲層220。此多晶硅圖案層230具有一源極區(qū)230s、 一漏極 區(qū)230d與一有源區(qū)230a，且有源區(qū)230a位于源極區(qū)230s與漏極區(qū)230d之間。 在一實(shí)施例中，形成多晶硅圖案層230的方法包括首先，于緩沖層212上例 如是以化學(xué)氣相沉積法(CVD)全面性地沉積一非晶硅材料層(Amorphous silicon)，以覆蓋犧牲層220。之后再圖案化此非晶硅材料層，以形成一非晶硅 圖案層。上述圖案化的方式可選用干蝕刻。其例如是以氧或碳-氟(C-F based) 氣體為反應(yīng)氣體源并對(duì)反應(yīng)氣體源施以一偏壓，以形成等離子體(Plasma)來 對(duì)此非晶硅材料層進(jìn)行非等向性地蝕刻，以形成所需形狀的非晶硅圖案層。接 著，對(duì)此非晶硅圖案層進(jìn)行一再結(jié)晶處理，以形成一多晶硅圖案層230。本發(fā) 明的再結(jié)晶處理可采用固相再結(jié)晶技術(shù)(Solid phase crystallization)、金屬誘 發(fā)側(cè)向結(jié)晶技術(shù)(Metal-induced lateral crystallization)或激光再結(jié)晶技術(shù)(Laser crystallization)，在此并無(wú)意局限。
特別的是，形成于犧牲層220兩旁的多晶硅圖案層230的尺寸主要取決于 犧牲層220的高度。換言之，位于犧牲層220兩旁的多晶硅圖案層230的尺寸 可視需要而自由調(diào)整。如圖1D所示，由于現(xiàn)有柵極114的尺寸必須有一定的 限制，因此現(xiàn)有的納米級(jí)溝道118的尺寸會(huì)直接受限于柵極114的尺寸。相較 之下，本發(fā)明薄膜晶體管的制作方法可有效改善現(xiàn)有的納米級(jí)溝道118無(wú)法進(jìn) 一步縮小的問題，以有效避免晶粒邊界產(chǎn)生缺陷。
之后請(qǐng)參考圖2D與圖3D，在一實(shí)施例中，在形成后續(xù)膜層之前可選擇性 地移除犧牲層220，以于多晶硅圖案層230中形成一開口 S。當(dāng)然，犧牲層220 也可以保留，這將在第二實(shí)施例中詳述。然后請(qǐng)參考圖2E與圖3E，形成一柵極絕緣層240,以覆蓋多晶硅圖案層 230。此柵極絕緣層240的材料可選用以氮化硅(SiN)或是以四乙氧基硅烷 (TEOS)為反應(yīng)氣體源而形成的氧化硅(SiO)。
接著請(qǐng)參考圖2F與圖3F，于多晶硅圖案層230上方的柵極絕緣層240上 形成一柵極圖案250。此柵極圖案250例如是以物理氣相沉積法(PVD)沉積 金屬材料于柵極絕緣層240上。然后借由一道光掩模制程對(duì)此金屬材料進(jìn)行圖 案化，以形成所需的柵極圖案250。上述的金屬材料可選用鋁、金、銅、鉬、 鉻、鈦、鋁合金、鋁鎂合金或鉬合金等低阻值材料。然后，對(duì)多晶硅圖案層230 進(jìn)行一離子摻雜，以于多晶硅圖案層230的相對(duì)兩端形成源極區(qū)230s與漏極區(qū) 230d，而源極區(qū)230s與漏極區(qū)230d之間的區(qū)域則是有源區(qū)230a。
之后請(qǐng)參考圖2G與圖3G，形成一保護(hù)層260，以覆蓋部分柵極絕緣層240 與柵極圖案250。此保護(hù)層260具有暴露出柵極圖案250的一第一接觸窗開口 Cl。此外，保護(hù)層260與柵極絕緣層240中具有分別暴露出源極區(qū)230s與漏 極區(qū)230d的一第二接觸窗開口 C2與一第三接觸窗開口 C3。
此外請(qǐng)參考圖2H與圖3H,于保護(hù)層260上形成一源極導(dǎo)電層272與一漏 極導(dǎo)電層274。源極導(dǎo)電層272、漏極導(dǎo)電層274會(huì)分別透過第二接觸窗開口 C2與第三接觸窗開口 C3，而與源極區(qū)230s、漏極區(qū)230d電性連接。上述至此， 本發(fā)明的薄膜晶體管200已大致制作完成。
由于本發(fā)明薄膜晶體管200的多晶硅圖案層230是釆用干蝕刻來進(jìn)行圖案 化，因此可有效提升產(chǎn)能并降低制造成本。由圖3H可知，有源區(qū)230a的多晶 硅圖案層230除了底面以外皆會(huì)與柵極圖案250對(duì)應(yīng)，因此本發(fā)明薄膜晶體管 200能有較佳的溝道控制能力。
第二實(shí)施例
第二實(shí)施例與第一實(shí)施例類似，兩者主要不同之處在于:本實(shí)施例并未將犧 牲層移除。第二實(shí)施例中薄膜晶體管的初始制作流程與圖2A 圖2C以及圖 3A 圖3C所示的步驟相同，于此不再多加贅述。
接著請(qǐng)參考圖4A與圖5A，形成一柵極絕緣層240，以覆蓋多晶硅圖案層 230與犧牲層220。此柵極絕緣層240的材料可選用以氮化硅(SiN)或是以四
9乙氧基硅烷(TEOS)為反應(yīng)氣體源而形成的氧化硅(SiO)。
接著請(qǐng)參考圖4B與圖5B，于多晶硅圖案層230上方的柵極絕緣層240上 形成一柵極圖案250。此柵極圖案250例如是以物理氣相沉積法(PVD)沉積 金屬材料或多晶硅材料于柵極絕緣層240上。然后借由一道光掩模制程對(duì)此金 屬材料或多晶硅材料進(jìn)行圖案化，以形成所需的柵極圖案250。上述的金屬材 料可選用鋁、金、銅、鉬、鉻、鈦、鋁合金、鋁鎂合金或鉬合金等低阻值材料。 然后，對(duì)多晶硅圖案層230進(jìn)行一離子摻雜，以于多晶硅圖案層230的相對(duì)兩 端形成源極區(qū)230s與漏極區(qū)230d，而源極區(qū)230s與漏極區(qū)230d之間的區(qū)域 則是有源區(qū)230a。
之后請(qǐng)參考圖4C與圖5C，形成一保護(hù)層260，以覆蓋部分柵極絕緣層240 與柵極圖案250。此保護(hù)層260具有暴露出柵極圖案250的一第一接觸窗開口 Cl。此外，保護(hù)層260與柵極絕緣層240中具有分別暴露出源極區(qū)230s與漏 極區(qū)230d的一第二接觸窗開口 C2與一第三接觸窗開口 C3。
然后請(qǐng)參考圖4D與圖5D，于保護(hù)層260上形成一源極導(dǎo)電層272與一漏 極導(dǎo)電層274。源極導(dǎo)電層272、漏極導(dǎo)電層274會(huì)分別透過第二接觸窗開口 C2與第三接觸窗開口 C3，而與源極區(qū)230s、漏極區(qū)230d電性連接。上述至此， 本實(shí)施例的薄膜晶體管300已大致制作完成。
綜上所述，本發(fā)明薄膜晶體管的制作方法是利用犧牲層來決定多晶硅圖案 層的高度。因此，本發(fā)明薄膜晶體管的制作方法可視需要而制作出所需尺寸的 多晶硅圖案層。本發(fā)明薄膜晶體管的制作方法是利用干蝕刻來制作出多晶硅圖 案層，因而能有效提升產(chǎn)能并降低制造成本。此外，本發(fā)明薄膜晶體管還具有 良好的元件特性。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本 領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善， 因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種薄膜晶體管的制作方法，包括提供一基板；于該基板上形成一犧牲層；于該基板上形成一多晶硅圖案層，以圍繞該犧牲層；形成一柵極絕緣層，至少覆蓋該多晶硅圖案層；于該多晶硅圖案層上方的該柵極絕緣層上形成一柵極圖案；于該多晶硅圖案層形成一源極區(qū)、一漏極區(qū)與一有源區(qū)，且該有源區(qū)位于該源極區(qū)與該漏極區(qū)之間；形成一保護(hù)層，以覆蓋部分該柵極絕緣層與該柵極圖案；以及于該保護(hù)層上形成一源極導(dǎo)電層與一漏極導(dǎo)電層，該源極導(dǎo)電層、該漏極導(dǎo)電層會(huì)分別與該多晶硅圖案層的該源極區(qū)、該漏極區(qū)電性連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制作方法，其特征在于，在形成該犧 牲層之前，還包括于該基板上形成一緩沖層。
3. 如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制作方法，其特征在于，在形成該柵 極絕緣層之前，還包括移除該犧牲層。
4. 如權(quán)利要求l所述的薄膜晶體管的制作方法，其特征在于，形成該多晶 硅圖案層的步驟包括于該基板上形成一非晶硅圖案層；對(duì)該非晶硅圖案層進(jìn)行一再結(jié)晶處理，以形成一多晶硅圖案層。
5. 如權(quán)利要求4所述的薄膜晶體管的制作方法，其特征在于，該再結(jié)晶處 理包括固相再結(jié)晶技術(shù)。
6. 如權(quán)利要求4所述的薄膜晶體管的制作方法，其特征在于，該再結(jié)晶處 理包括金屬誘發(fā)側(cè)向結(jié)晶技術(shù)。
7. 如權(quán)利要求4所述的薄膜晶體管的制作方法，其特征在于，該再結(jié)晶處 理包括激光再結(jié)晶技術(shù)。
8. 如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制作方法，其特征在于，該保護(hù)層具 有暴露出該柵極圖案的一第一接觸窗開口，該保護(hù)層與該柵極絕緣層中具有分別暴露出該源極區(qū)與該漏極區(qū)的一第二接觸窗開口與一第三接觸窗開口，該源 極導(dǎo)電層借由該第二接觸窗開口而與該源極區(qū)電性連接，而該漏極導(dǎo)電層借由 該第三接觸窗開口而與該漏極區(qū)電性連接。
9. 一種薄膜晶體管，包括 一基板；一多晶硅圖案層，配置于該基板上，且該多晶硅圖案層具有一源極區(qū)、一 漏極區(qū)與一有源區(qū)，其中該有源區(qū)位于該源極區(qū)與該漏極區(qū)之間，且該多晶硅 圖案層的該有源區(qū)中具有一開口；一柵極絕緣層，至少覆蓋該多晶硅圖案層；一柵極圖案，配置于該柵極絕緣層上且對(duì)應(yīng)該多晶硅圖案層的該有源區(qū)； 一保護(hù)層，覆蓋部分該柵極絕緣層與該柵極圖案；一源極導(dǎo)電層與一漏極導(dǎo)電層，配置于該保護(hù)層上，且分別與該多晶硅圖 案層的該源極區(qū)、該漏極區(qū)電性連接。
10. 如權(quán)利要求9所述的薄膜晶體管，其特征在于，還包括一犧牲層，配置 于該多晶硅圖案層的該開口中，且該柵極絕緣層覆蓋該犧牲層。
11. 如權(quán)利要求9所述的薄膜晶體管，其特征在于，還包括一緩沖層，配置 于該基板與該多晶硅圖案層之間。
12. 如權(quán)利要求9所述的薄膜晶體管，其特征在于，該保護(hù)層具有暴露出該 柵極圖案的一第一接觸窗開口，該保護(hù)層與該柵極絕緣層中具有分別暴露出該 源極區(qū)與該漏極區(qū)的一第二接觸窗開口與一第三接觸窗開口，該源極導(dǎo)電層借由該第二接觸窗開口而與該源極區(qū)電性連接，而該漏極導(dǎo)電層借由該第三接觸 窗開口而與該漏極區(qū)電性連接。
全文摘要
本發(fā)明公開一種薄膜晶體管的制作方法，包括下列步驟首先，提供一基板。接著，于基板上形成一犧牲層。然后，于基板上形成一多晶硅圖案層，以圍繞犧牲層。之后，形成一柵極絕緣層，至少覆蓋多晶硅圖案層。此外，于多晶硅圖案層上方的柵極絕緣層上形成一柵極圖案。于多晶硅圖案層中形成一源極區(qū)、一漏極區(qū)與一有源區(qū)，且有源區(qū)位于源極區(qū)與漏極區(qū)之間。另外，形成一保護(hù)層，以覆蓋柵極圖案與部分柵極絕緣層。之后，于保護(hù)層上形成一源極導(dǎo)電層與一漏極導(dǎo)電層。源極導(dǎo)電層、漏極導(dǎo)電層會(huì)分別與多晶硅圖案層的源極區(qū)、該漏極區(qū)電性連接。
文檔編號(hào)H01L29/786GK101533775SQ200810085809
公開日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月14日
發(fā)明者張子恒, 張家文, 陳司芬, 雷添福, 黃俊嘉 申請(qǐng)人:中華映管股份有限公司