專利名稱：：下柵極式薄膜晶體管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種薄膜晶體管與其制造方法，且特別涉及一種下柵極式薄膜晶體管與其制造方法。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有技術(shù)在制作下柵極式薄膜晶體管的過程中，會(huì)在柵極絕緣層(通常由氮化硅材料制作而成)上形成一層微結(jié)晶硅薄膜，借以解決因柵極的臨界(threshold)電壓飄移而造成顯示面板亮度不均的問題。然而，由于上述微結(jié)晶硅薄膜與柵極絕緣層之間的特性差異較大，使得兩者之間接口的薄膜質(zhì)量較差，反而易形成多孔性或非晶硅的薄膜。具體地來說，當(dāng)使用等離子輔助式化學(xué)氣相沉積(PECVD)的方式來形成微結(jié)晶硅薄膜時(shí)，由于微結(jié)晶硅薄膜與氮化硅薄膜之間的附著性差，以致于微結(jié)晶硅薄膜較容易剝落；此外，由于兩者間接口的結(jié)晶率不高，使得整體微結(jié)晶硅薄膜的結(jié)晶率也因此降低，間接影響了薄膜晶體管的組件特性。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題再也提供一種下柵極式薄膜晶體管，借以改善其中微結(jié)晶硅薄膜較容易剝落且結(jié)晶率不高的問題。本發(fā)明的另一目的在于提供一種制作下柵極式薄膜晶體管的方法，借以提升其中微結(jié)晶硅薄膜的結(jié)晶率。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種下柵極式薄膜晶體管，其包含一柵極、一柵極絕緣層以及一微結(jié)晶硅層。柵極配置于一基板上，而柵極絕緣層由氮化硅材料制成，并配置于柵極與基板上。微結(jié)晶硅層則是配置于柵極絕緣層上，且對(duì)應(yīng)于柵極。其中，柵極絕緣層與微結(jié)晶硅層接觸的界面具有多數(shù)個(gè)氧原子，且這些氧原子的濃度范圍介于102()個(gè)原子/立方公分與1025個(gè)原子/立方公分之間。而且，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明本發(fā)明還提供了一種制作下柵極式薄膜晶體管的方法，其包含形成一柵極于一基板上；形成一氮化硅層于柵極與基板上；對(duì)氮化硅層的表面進(jìn)行一氧化表面改質(zhì)處理；以及形成一微結(jié)晶硅層于氮化硅層上，其中對(duì)氮化硅層的表面進(jìn)行氧化表面改質(zhì)處理的步驟使得氮化硅層與微結(jié)晶硅層接觸的接口的氧原子的濃度范圍介于102G個(gè)原子/立方公分與1025個(gè)原子/立方公分之間。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，應(yīng)用前述下柵極式薄膜晶體管及其制作方法，不僅可使其中微結(jié)晶硅薄膜的結(jié)晶率提升，有助于微結(jié)晶硅薄膜的形成，更可因此改善微結(jié)晶硅薄膜的質(zhì)量，進(jìn)而加強(qiáng)整個(gè)薄膜晶體管的組件特性。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。圖1A至圖1G為本發(fā)明下柵極式薄膜晶體管的一實(shí)施例的制作流程圖；圖2為本發(fā)明經(jīng)表面改質(zhì)的一實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)未經(jīng)表面改質(zhì)的拉曼光譜比較圖；以及圖3為本發(fā)明經(jīng)表面改質(zhì)的一實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)未經(jīng)表面改質(zhì)處理的電性量測比較示意圖。其中，附圖標(biāo)記:102:基板106:氮化硅層110:非晶硅層112b:源極區(qū)域114b:源極104:柵極108:微結(jié)晶硅層112a:漏極區(qū)域114a:漏極120:間隙具體實(shí)施方式圖1A至圖1G為本發(fā)明下柵極式薄膜晶體管的一實(shí)施例的制作流程圖。首先，在基板102上形成一柵極104，如圖1A所示。接著，于柵極104和基板102上形成一柵極絕緣層，其較佳者可為一由氮化硅材料(SiNJ所制成的氮化硅層106，如圖1B所示。然后，先對(duì)氮化硅層106的表面進(jìn)行一氧化表面改質(zhì)處理，如圖1C所示；接著再于氮化硅層106上形成一微結(jié)晶硅層108，如圖1D所示，以作為通道層使用。其中，上述形成氮化硅層106的步驟可通過一等離子輔助式化學(xué)氣相沉積(PECVD)的方式來形成，而形成微結(jié)晶硅層108的步驟，則可在引入一含有氫氣與硅垸的比例(H2/SiH4)范圍介于80與200之間，特別是介于120與140之間的氣體后，通過等離子輔助式化學(xué)氣相沉積的方式來形成。上述進(jìn)行氧化表面改質(zhì)處理的步驟，可通過一含氧氣體或一含氧等離子對(duì)氮化硅層106的表面進(jìn)行表面改質(zhì)處理，使得氮化硅層106與微結(jié)晶硅層108兩者間接觸的界面具有多數(shù)個(gè)氧原子，且這些氧原子在經(jīng)由二次離子質(zhì)量分析法(SecondaryIonMassSpectrometry,SIMS)量測之后，其濃度范圍可介于102°個(gè)原子/立方公分與1025個(gè)原子/立方公分之間。此外，在表面改質(zhì)處理后所形成的微結(jié)晶硅層108，可能另包括有硅、硼、磷和氫等原子。當(dāng)?shù)鑼?06的表面通過含氧氣體來進(jìn)行表面改質(zhì)處理時(shí)，所使用的含氧氣體可選自由一氧化氮、一氧化二氮、二氧化氮、過氧化氫、氧氣和臭氧所組成的群組，含氧氣體也可通過加熱或分解含氧化合物等方式產(chǎn)生，在此并不限定其來源或取得方式，且表面改質(zhì)處理的時(shí)間范圍可介于9秒與5.5小時(shí)之間。另一方面，當(dāng)?shù)鑼?06的表面通過含氧等離子來進(jìn)行表面改質(zhì)處理時(shí)，則所使用的含氧等離子可選自由一氧化氮等離子、一氧化二氮等離子、二氧化氮等離子、過氧化氫等離子、氧氣等離子和臭氧等離子所組成的群組，含氧等離子也可通過加熱或分解含氧化合物等方式產(chǎn)生，在此并不限定其來源或取得方式，且表面改質(zhì)處理的時(shí)間范圍可介于9秒與132秒之間。其中，上述表面改質(zhì)處理的時(shí)間長短僅與含氧的濃度有關(guān)，而與所使用的含氧氣體或含氧等離子類型無直接關(guān)系，且所使用的含氧氣體或含氧等離子類型也不影響結(jié)晶率。此外，上述形成微結(jié)晶硅層108的步驟，可以一同位(insitu)方式于氮化硅層106上完成，也即在不改變成長環(huán)境的情形下，以連續(xù)成膜的方式進(jìn)行，或是以一非同位(exsitu)方式于氮化硅層106上完成，例如在氮化硅層形成后，將樣品自成長環(huán)境中取出置于空氣，接著再進(jìn)行薄膜沉積。而且，在形成微結(jié)晶硅層108時(shí)，其成膜溫度范圍可控制在介于200。C與380。C之間，特別是252。C與308。C之間，使得微結(jié)晶硅層108的結(jié)晶率范圍介于20%與60%之間(甚至更高)，其厚度范圍可介于50埃(A)與1500埃(A)之間，且其中的硅原子在經(jīng)由SIMS量測之后，其濃度范圍可介于1021個(gè)原子/立方公分與1025個(gè)原子/立方公分之間。在氮化硅層106上形成微結(jié)晶硅層108之后，接著再于微結(jié)晶硅層108上形成一非晶硅層IIO，如圖1E所示。然后，在非晶硅層110上形成由n型非晶硅材料或n型微結(jié)晶硅材料所制成的一漏極區(qū)域112a以及一源極區(qū)域112b，其中漏極區(qū)域112a和源極區(qū)域112b之間存在一間隙120，且此間隙120對(duì)應(yīng)于柵極104，如圖1E所示。之后，再分別于漏極區(qū)域112a和源極區(qū)域112b上形成一漏極114a以及一源極114b，完成下柵極式薄膜晶體管的制作，如圖1G所示。下列將以實(shí)際的例子來具體地說明沉積微結(jié)晶硅薄膜時(shí)所使用的制程條件，以及其成長后與氮化硅薄膜間界面的氧原子濃度和結(jié)晶率。下列表(一)繪示在制作下柵極式薄膜晶體管時(shí)成長不同薄膜以及進(jìn)行不同表面改質(zhì)處理的的不同例子。表(一)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>對(duì)照組1是利用含有氫氣與硅烷的比例(H2/SiH4)約為4的氣體，搭配成膜溫度在約28(TC的情形下，以射頻等離子輔助式化學(xué)氣相沉積(RFPECVD)的方式連續(xù)成長氮化硅薄膜和非晶硅薄膜。由表(一)可知，非晶硅薄膜與氮化硅薄膜間界面的氧原子濃度為5.00X1018，而其結(jié)晶率為0。對(duì)照組2是利用含有氫氣與硅烷的比例(H2/SiH4)約為130的氣體，搭配成膜溫度在約28(TC的情形下，以射頻等離子輔助式化學(xué)氣相沉積的方式連續(xù)成長氮化硅薄膜和微結(jié)晶硅薄膜。在此例中，于氮化硅薄膜形成后，并未接續(xù)利用含氧氣體或等離子對(duì)其表面進(jìn)行表面改質(zhì)處理，而是直接成長微結(jié)晶硅薄膜。由表(一)可知，微結(jié)晶硅薄膜與氮化硅薄膜間界面的氧原子濃度為4.00X1019，而其結(jié)晶率為16%。實(shí)施例1是利用含有氫氣與硅垸的比例(H2/SiH4)約為130的氣體，搭配成膜溫度在約28(TC的情形下，以射頻等離子輔助式化學(xué)氣相沉積的方式連續(xù)成長氮化硅薄膜和微結(jié)晶硅薄膜。其中，在氮化硅薄膜形成后，更接續(xù)利用含氧等離子對(duì)其表面進(jìn)行IO秒的表面改質(zhì)處理，之后，再成長微結(jié)晶硅薄膜。由表(一)可知，微結(jié)晶硅薄膜與氮化硅薄膜間界面氧原子濃度為4.00X1021，而其結(jié)晶率為53%。實(shí)施例2是利用含有氫氣與硅垸的比例(H2/SiH4)約為130的氣體，搭配成膜溫度在約28(TC的情形下，以射頻等離子輔助式化學(xué)氣相沉積的方式連續(xù)成長氮化硅薄膜和微結(jié)晶硅薄膜。其中，在氮化硅薄膜形成后，更接續(xù)利用含氧等離子對(duì)其表面進(jìn)行120秒的表面改質(zhì)處理，之后，再成長微結(jié)晶硅薄膜。由表(一)可知，微結(jié)晶硅薄膜與氮化硅薄膜間界面的氧原子濃度為1.00X1022，而其結(jié)晶率為53%。實(shí)施例3是利用含有氫氣與硅烷的比例(H2/SfflU)約為130的氣體，搭配成膜溫度在約28(TC的情形下，以射頻等離子輔助式化學(xué)氣相沉積的方式連續(xù)成長氮化硅薄膜和微結(jié)晶硅薄膜。其中，在氮化硅薄膜形成后，更接續(xù)利用含氧氣體對(duì)其表面進(jìn)行10秒的表面改質(zhì)處理，之后，再成長微結(jié)晶硅薄膜。由表(一)可知，微結(jié)晶硅薄膜與氮化硅薄膜間界面的氧原子濃度為1.00X1021，而其結(jié)晶率為52%。實(shí)施例4是利用含有氫氣與硅烷的比例(H2/SiH4)約為130的氣體，搭配成膜溫度在約28(TC的情形下，以射頻等離子輔助式化學(xué)氣相沉積的方式成長氮化硅薄膜和微結(jié)晶硅薄膜。在此例中，于氮化硅薄膜形成后，則是直接將樣品取出置放于空氣中5小時(shí)，之后再成長微結(jié)晶硅薄膜。由表(一)可知，微結(jié)晶硅薄膜與氮化硅薄膜間界面的氧原子濃度為4.00X1021，而其結(jié)晶率為53%。由于一般空氣中的含氧濃度為20%，低于成膜環(huán)境中的含氧濃度，其范圍可介于30%與95%之間，可知上述表面改質(zhì)處理的時(shí)間長短僅與含氧的濃度有關(guān)，而與所使用的含氧氣體或含氧等離子類型無直接關(guān)系，且所使用的含氧氣體或含氧等離子類型也不影響結(jié)晶率。由上述對(duì)照組1與對(duì)照組2以及實(shí)施例1至實(shí)施例4的結(jié)果可知，微結(jié)晶硅薄膜與氮化硅薄膜間界面的氧原子濃度和結(jié)晶率，均較非晶硅薄膜與氮化硅薄膜間界面的氧原子濃度和結(jié)晶率來得高。此外，當(dāng)?shù)璞∧ば纬珊?，利用含氧氣體或等離子對(duì)其表面進(jìn)行表面改質(zhì)處理，使得其中含氧濃度提高的話，可借此大幅地提升微結(jié)晶硅薄膜與氮化硅薄膜間界面的結(jié)晶率。圖2為本發(fā)明經(jīng)表面改質(zhì)的一實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)未經(jīng)表面改質(zhì)的拉曼光譜比較圖，其橫軸為波數(shù)(cm—"，即頻率/光速或波長的倒數(shù)，縱軸則為無因次的拉曼強(qiáng)度。其中，——表示以N20改質(zhì)的實(shí)施例的拉曼光譜圖；------表示現(xiàn)有技術(shù)未經(jīng)N20表面改質(zhì)的拉曼光譜圖。一般而言，在特定的波數(shù)范圍內(nèi)，拉曼強(qiáng)度的曲線斜率變化愈大，其所圍成區(qū)域的寬度愈窄，表示結(jié)晶率愈高，但結(jié)晶率的確切數(shù)字需另以公式計(jì)算，不在本發(fā)明所討論的范圍之內(nèi)。因此，由圖2可明顯地看出，當(dāng)?shù)璞∧け砻娼?jīng)由一氧化二氮(N20)進(jìn)行表面改質(zhì)后，其波數(shù)在510cm—1附近時(shí)的結(jié)晶率由16.9%明顯地提升至60.1%。如此一來，也有助于微結(jié)晶硅薄膜的形成，并因此改善微結(jié)晶硅薄膜的質(zhì)量。圖3為本發(fā)明經(jīng)表面改質(zhì)的一實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)未經(jīng)表面改質(zhì)處理的電性量測比較示意圖，其橫軸為應(yīng)力時(shí)間(sec)，或稱為量測時(shí)間，縱軸則為臨界電壓(VH)的飄移量(V)。O符號(hào)所連接而成的曲線表示下柵極式薄膜晶體管含微結(jié)晶硅薄膜，且未經(jīng)表面改質(zhì)處理的臨界電壓飄移曲線；國符號(hào)所連接而成的曲線表示下柵極式薄膜晶體管含非晶硅薄膜，且未經(jīng)表面改質(zhì)處理的臨界電壓飄移曲線；A符號(hào)所連接而成的曲線表示下柵極式薄膜晶體管含微結(jié)晶硅薄膜，且經(jīng)表面改質(zhì)處理的臨界電壓飄移曲線。其中，W/L-47.4/5.5;Vds=5V;溫度為80°C。故由圖3可知，含微結(jié)晶硅薄膜并經(jīng)表面改質(zhì)處理的下柵極式薄膜晶體管，相較于僅含非晶硅薄膜之下柵極式薄膜晶體管，或是相較于含微結(jié)晶硅薄膜但未經(jīng)表面改質(zhì)處理的下柵極式薄膜晶體管，其臨界(threshold)電壓的飄移量明顯較低，其范圍介于0V與-2V之間。如此一來，可使得組件的穩(wěn)定性增加，其組件特性也因此而獲得大幅度地改善。由上述本發(fā)明的實(shí)施例可知，應(yīng)用本案的下柵極式薄膜晶體管及其制作方法，不僅可使其中微結(jié)晶硅薄膜的結(jié)晶率提升，有助于微結(jié)晶硅薄膜的形成，更可因此改善微結(jié)晶硅薄膜的質(zhì)量，進(jìn)而加強(qiáng)整個(gè)薄膜晶體管的組件特性。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。權(quán)利要求1.一種下柵極式薄膜晶體管，其特征在于，包含一柵極，配置于一基板上；一柵極絕緣層，由氮化硅材料制成，并配置于該柵極與該基板上；以及一微結(jié)晶硅層，配置于該柵極絕緣層上，且對(duì)應(yīng)于該柵極；其中，該柵極絕緣層與該微結(jié)晶硅層接觸的界面具有多數(shù)個(gè)氧原子，且該些氧原子的濃度范圍介于1020個(gè)原子/立方公分與1025個(gè)原子/立方公分之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的下柵極式薄膜晶體管，其特征在于，還包含一非晶硅層，配置于該微結(jié)晶硅層上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的下柵極式薄膜晶體管，其特征在于，還包含一源極區(qū)域與一漏極區(qū)域，由n型非晶硅材料或n型微結(jié)晶硅材料制成，并配置于該非晶硅層上，該源極區(qū)域與該漏極區(qū)域之間存在一間隙，該間隙對(duì)應(yīng)于該柵極。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的下柵極式薄膜晶體管，其特征在于，還包含一源極與一漏極，分別配置于該源極區(qū)域與該漏極區(qū)域上。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的下柵極式薄膜晶體管，其特征在于，該微結(jié)晶硅層的厚度范圍介于50埃與1500埃之間。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的下柵極式薄膜晶體管，其特征在于，該微結(jié)晶硅層的硅原子濃度范圍介于1021個(gè)原子/立方公分與1025個(gè)原子/立方公分之間。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的下柵極式薄膜晶體管，其特征在于，該微結(jié)晶硅層的結(jié)晶率范圍介于20%與60%之間。8.—種制作下柵極式薄膜晶體管的方法，其特征在于，包含形成一柵極于一基板上；形成一氮化硅層于該柵極與該基板上；對(duì)該氮化硅層的表面進(jìn)行一氧化表面改質(zhì)處理；以及形成一微結(jié)晶硅層于該氮化硅層上，其中對(duì)該氮化硅層的表面進(jìn)行該氧化表面改質(zhì)處理的步驟使得該氮化硅層與該微結(jié)晶硅層接觸的界面的氧原子的濃度范圍介于102()個(gè)原子/立方公分與1025個(gè)原子/立方公分之間。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，該氧化表面改質(zhì)處理是通過一含氧氣體對(duì)該氮化硅層的表面進(jìn)行表面改質(zhì)處理。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，該含氧氣體選自由一氧化氮、一氧化二氮、二氧化氮、過氧化氫、氧氣和臭氧所組成的群組。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，該氮化硅層的表面進(jìn)行表面改質(zhì)處理的時(shí)間范圍介于9秒與5.5小時(shí)之間。12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，該氧化表面改質(zhì)處理通過一含氧等離子對(duì)該氮化硅層的表面進(jìn)行表面改質(zhì)。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該含氧等離子選自由一氧化氮等離子、一氧化二氮等離子、二氧化氮等離子、過氧化氫等離子、氧氣等離子和臭氧等離子所組成的群組。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該含氧等離子的表面改質(zhì)處理的時(shí)間范圍介于9秒與132秒之間。15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，形成該微結(jié)晶硅層的步驟是以一同位方式于該氮化硅層上完成。16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，形成該微結(jié)晶硅層的步驟是以一非同位方式于該氮化硅層上完成。17.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，形成該微結(jié)晶硅層的步驟另包含引入一含有氫氣與硅垸的氣體，且氫氣與硅烷的比例范圍介于80與200之間。18.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，該氮化硅層是以一等離子輔助式化學(xué)氣相沉積方式形成。19.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，該微結(jié)晶硅層是以一等離子輔助式化學(xué)氣相沉積方式形成。20.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，該微結(jié)晶硅層的成膜溫度范圍介于200。C與380。C之間。全文摘要本發(fā)明公開了一種下柵極式薄膜晶體管，包含柵極、柵極絕緣層以及微結(jié)晶硅層。柵極配置于基板上，而柵極絕緣層由氮化硅材料制成，并配置于柵極與基板上。微結(jié)晶硅層則是配置于柵極絕緣層上，且對(duì)應(yīng)于柵極。其中，柵極絕緣層與微結(jié)晶硅層接觸的界面具有數(shù)個(gè)氧原子，且這些氧原子的濃度范圍介于10²⁰個(gè)原子/立方公分與10²⁵個(gè)原子/立方公分之間。此外，一種制作下柵極式薄膜晶體管的方法也在此揭露。文檔編號(hào)H01L29/40GK101393936SQ200810175280公開日2009年3月25日申請(qǐng)日期2008年11月10日優(yōu)先權(quán)日2008年11月10日發(fā)明者彭雅慧,曾以亞,林漢涂,陳志軒,黃坤富申請(qǐng)人:友達(dá)光電股份有限公司