专利名称：薄膜晶体管及其制造方法
技术领域：
本发明系关于一种薄膜晶体管及其制造方法，特别是关于一种双沟道的薄膜晶体管及其制造方法。
背景技术：
有源的有机电激发光显示器以薄膜晶体管驱动有机发光二极管来显示画面。有机发光二极管为电流驱动的发光组件。因此，当驱动有机发光二极管的电流密度被改变，其亮度也同时被改变。有些有源的有机电激发光显示器采用双沟道薄膜晶体管提供两倍的电流密度(double current densities)至有机发光二极管，以提供更多的亮度选择，而且不用增加电路布设的面积。
请参照图1，系为一有源有机电激发光显示器的像素单元布线(layout)图。像素单元100包括一扫描线102、一数据线104、一开关晶体管106、一驱动晶体管108、一电源线110、一有机发光二极管112及一电容114等组件。上述组件之电性连接关系为技术人员所熟知，在此不再赘述。值得一提的是，驱动晶体管108具有双沟道，其剖面请参照图2。
请参照图2，系为驱动晶体管108的剖面图。驱动晶体管108具有一源极金属1081、一漏极金属1082、一栅极金属1083以及重叠于栅极金属1083的两沟道1084及1085。沟道1084位于栅极金属1083下方，两者之间以一绝缘层1086隔开。沟道1085位于栅极金属1083上方，两者之间以一绝缘层1087隔开。值得一提的是，沟道1084及1085均采用非晶硅材料以适合传统的低温工艺。
然而，由于非晶硅的电子移动效能(mobility)相对而言较弱，例如其电子移动效能可能仅有低温多晶硅的千分之一，因此有机电激发光二极管的效能表现也会受到影响。解决的方式为增加一额外的金属1088及1089于沟道1084两端，并分别接触于源极金属1081及漏极金属1082。须强调的是，源极金属1081及金属1088必须有一部分重叠于栅极金属1083；漏极金属1081及金属1089也必须有一部分重叠于栅极金属1083以增加电子移动效能。
如上所述，增加金属1088及1089意味着必须多一道光掩膜。此外，金属1088及1089的光掩膜图案，以及源极金属1081及漏极金属1082的光掩膜图案必须配合栅极金属1083的光掩膜图案以达到重叠的目的，如此表示在光掩膜图案的设计上应有较严格的要求。
发明内容
本发明之目的在于以较简化的方法制作一双沟道薄膜晶体管，该薄膜晶体管的两个沟道皆为多晶硅沟道。
本发明之薄膜晶体管包括一第一多晶硅层、一第一绝缘层、一栅极金属、一第二绝缘层、一第二多晶硅层及一金属层。该第一绝缘层位于该第一多晶硅层上方。该栅极金属位于该第一绝缘层上方。该第二绝缘层位于该栅极金属及该第一绝缘层上方。该第一绝缘层与该第二绝缘层的重叠部位具有两接触孔分别对应于该第一多晶硅层之两端。该第二多晶硅层位于该第二绝缘层上方。以及，该金属层位于每个该接触孔中，以接触该第一多晶硅层与该第二多晶硅层。
上述薄膜晶体管之制造方法如下。首先，形成一第一多晶硅层于一基板上方。再依序形成一第一绝缘层、一栅极金属及一第二绝缘层于该第一多晶硅层上方。接着，形成一第二多晶硅层于该第二绝缘层上方。然后，移除一部分该第一绝缘层与该第二绝缘层以形成两接触孔。以及，形成一金属层于每个该接触孔中以接触该第一多晶硅层及该第二多晶硅层。
综上所述，本发明较习知技术少一道光掩膜。另外，由于采用多晶硅层作为沟道，因此源极金属及漏极金属不须与栅极金属部分重叠，可以降低光掩膜图案设计上之要求。
图1系为习知有源有机电激发光显示器的像素单元布线图；图2系为图1的驱动晶体管剖面图；图3系根据本发明第一实施例之双沟道薄膜晶体管；图4A-4G系为本发明之双沟道薄膜晶体管的工艺步骤示意图；以及图5系根据本发明第二实施例之双沟道薄膜晶体管；
主要组件符号说明100像素单元 308第一多晶硅层102扫描线3082 掺杂区104资料线3084 掺杂区106开关晶体管3086 沟道区108驱动晶体管309光阻层1081 源极金属 310第二多晶硅层1082 漏极金属 3102 掺杂区1083 栅极金属 3104 掺杂区1084 沟道 3106 沟道区1085 沟道 312绝缘层1086 绝缘层314色缘层1087 绝缘层316接触孔1088 金属 318接触孔1089 金属 320钝化层110电源线322通孔112有机发光二极管324覆盖层114电容 400有机发光二极管300薄膜晶体管402透明电极301基板 404有机层302栅极金属 410发光区303绝缘层420非发光区304漏极金属 500薄膜晶体管305第一非晶硅层 504漏极金属306源极金属 506源极金属307第二非晶硅层 510第二多晶硅层具体实施方式
兹配合图标详述本发明的薄膜晶体管及其制造方法，并列举较佳实施例说明如下
请参照图3，系为本发明之薄膜晶体管。薄膜晶体管300包括一栅极金属302、一漏极金属304、一源极金属306与一第一多晶硅层308与一第二多晶硅层310。栅极金属302夹置于第一多晶硅层308与第二多晶硅层310之间。第一多晶硅层308包括两掺杂区3082及3084及一沟道区3086，位于栅极金属302下方，并以绝缘层312与栅极金属302相隔。第二多晶硅层310包括两掺杂区3102及3104及一沟道区3106，位于栅极金属302上方，以绝缘层314与栅极金属302相隔。
两接触孔316及318分别位于栅极金属302两侧，并贯穿绝缘层314与312而曝露第一多晶硅层308的掺杂区3082及3084。源极金属306形成于接触孔316中，以接触于第一多晶硅层308的掺杂区3082，以及接触于第二多晶硅层310的掺杂区3102。漏极金属304形成接触孔318中，以接触于第一多晶硅层308的掺杂区3084，以及接触于第二多晶硅层310的掺杂区3104。
以薄膜晶体管300作为有机电激发光面板的有源组件时，源极金属306系电性连接至一有机发光二极管400。由于第一多晶硅层308及第二多晶硅层310为上下重叠，因此并不占用额外的面板面积而避免减小开口率。
值得一提的是，源极金属306与掺杂区3082之间，或是漏极金属304与掺杂区3084之间系直接接触，不需增设额外的金属层与栅极金属302保持重叠来促进电子移动。原因在于，第一多晶硅层308的电子移动效率优于习知非晶硅的沟道。由此可知，本发明之薄膜晶体管在制造上较习知技术少一道光掩膜。详细的工艺步骤叙述如下。
请参照图4A-4G，系为双沟道薄膜晶体管的工艺步骤示意图。如图4A，先在基板301上形成一绝缘层303以保护薄膜晶体管300不受其它电路组件干扰，例如来自电容或其它薄膜晶体管的电性干扰。再形成一第一非晶硅层305于绝缘层303上方，并将第一非晶硅层305图案化。接着，形成绝缘层312于第一非晶硅层305上方。再将栅极金属302制作于绝缘层312上方，并重叠于第一非晶硅层305。然后，形成绝缘层314覆盖于栅极金属302上方。以及，形成一第二非晶硅层307于绝缘层314上方，并重叠于栅极金属302。此处绝缘层312及314之用途在于分隔栅极金属302与第一非晶硅层305及第二非晶硅层307，因此一般称为“栅极绝缘层”。
如图4B，图4A的第一非晶硅层305与第二非晶硅层307被结晶化以形成第一多晶硅层308及第二多晶硅层310。本实施例中，结晶化步骤采用场强化快速热退火工艺(FERTA，field enhanced RTA)来进行。场强化快速热退火工艺是快速热退火工艺(rapid thermal anneal，RTA)的一种，其特色是非晶硅层在进行快速热退火时，以一高磁场加速帮助其结晶成多晶硅。结晶化步骤并不限定为场强化快速热退火工艺，也可以利用其它的热退火工艺、固相结晶法(SPC，solid-phase-crystallization)，或直接用化学气相沉积法(CVD)来沉积多晶硅。
如图4C，系为离子注入程序。首先，形成一光阻层309覆盖一部分的第二多晶硅层310。由于第二多晶硅层310与第一多晶硅层308重叠，因此光阻层309也同时覆盖了一部分的第一多晶硅层308。接着，施以离子注入程序使第一多晶硅层308与第二多晶硅层310未被光阻层309覆盖的部分形成掺杂区3082、3084、3102及3104，位置如图4D所示。由于第一多晶硅层308位于较深处，而第二多晶硅层310位于表面，所以分两次实施不同深度的离子注入为较佳方式。
如图4D，移除光阻层309后，原本被光阻层309所覆盖而未掺杂的区域即作为沟道区3086及3106。
如图4E，移除一部分绝缘层312与绝缘层314以形成两接触孔316及318于第二多晶硅层310两侧，并对应于第一多晶硅层308的掺杂区3082及3084。
如图4F，形成一金属层于第二多晶硅层310之上，以及每个接触孔316及318与第一多晶硅层308的曝露表面上。接着移除第二多晶硅层310沟道区3106上方之该金属层以定义源极金属306及漏极金属304。如此一来，源极金属306与漏极金属304均同时接触于第一多晶硅层308与第二多晶硅层310。至此，双沟道薄膜晶体管300的结构已制作完成。
如图4G所示，于图4F所示之结构上再增加一钝化层320，并于钝化层320上方形成一通孔322。一透明电极402形成于钝化层320上方，并藉由通孔322接触于源极金属306。一覆盖层324形成于透明电极402与钝化层320上方以定义一发光区410及一非发光区420。接着再参照图3，再将有机发光二极管400的各种有机层404形成于透明电极402及覆盖层324表面。
请参照图5，系为本发明之第二实施例。相较于图3，主要差异点在于第二多晶硅层之形成位置。本实施例中，薄膜晶体管500之第二多晶硅层510形成于源极金属506与漏极金属504之上，而不影响其操作时之电子移动效率。在工艺方面，除了源极金属506、漏极金属504与第二多晶硅层510的形成次序不同于图3所示之薄膜晶体管300，其余步骤均可通用。
在以上两实施例中，非晶硅层的结晶化步骤不限于采用快速热退火工艺，亦可采用低温多晶硅等结晶方法。两个非晶硅层不限于同时结晶化，亦可分两次进行结晶化。值得一提的是，源极金属与漏极金属两者与栅极金属之间不限于保持重叠或不重叠。因此，在源极金属、漏极金属与门极金属所用的光掩膜图案设计上可以较为灵活。
综上所述，本发明至少有如下之优点1.较习知技术少一道光掩膜。
2.源极金属及漏极金属所用的光掩膜图案不须配合栅极金属所用的光掩膜图案，可以降低光掩膜图案设计上之要求。
上列详细说明系针对本发明较佳实施例之具体说明，惟上述实施例并非用以限制本发明之专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为之等效实施或变更，均应包含于本案之专利范围中。
权利要求
1.一种薄膜晶体管制造方法，包括提供一基板；形成一第一多晶硅层于该基板上方；形成一第一绝缘层于该第一多晶硅层上方；形成一栅极金属于该第一绝缘层上方；形成一第二绝缘层于该栅极金属上方；形成一第二多晶硅层于该第二绝缘层上方；移除一部分该第一绝缘层与该第二绝缘层以形成两接触孔；以及形成一金属层于每个该接触孔中以电性连接该第一多晶硅层及该第二多晶硅层。
2.如权利要求1所述之方法，更包括施以一离子注入程序于该第一多晶硅层与该第二多晶硅层。
3.如权利要求2所述之方法，其中上述离子注入程序更包括形成一光阻层覆盖该第一多晶层及该第二多晶层之中央区域，并重叠于该栅极金属；对该第一多晶硅层及该第二多晶硅层之两侧区域注入一p型掺杂物。
4.如权利要求1所述之方法，更包括形成一第三绝缘层于该基板与该第一多晶硅层之间。
5.一种薄膜晶体管制造方法，包括提供一基板；形成一第一非晶硅层于该基板上方；形成一第一绝缘层于该第一非晶硅层上方；形成一栅极金属于该第一绝缘层上方，并重叠于该第一非晶硅层；形成一第二绝缘层于该栅极金属上方；形成一第二非晶硅层于该第二绝缘层上方，并重叠于该栅极金属；结晶化该第一非晶硅层与该第二非晶硅层以形成一第一多晶硅层及一第二多晶硅层；移除一部分该第一绝缘层与该第二绝缘层以形成两接触孔对应于该第一多晶硅层之两端；以及形成一金属层于每个该接触孔中以接触该第一多晶硅层与该第二多晶硅层。
6.如权利要求5所述之方法，其中上述结晶化步骤系藉由一快速热退火工艺。
7.一种薄膜晶体管，包括一第一多晶硅层；一第一绝缘层，位于该第一多晶硅层上方；一栅极金属，位于该第一绝缘层上方；一第二绝缘层，位于该栅极金属及该第一绝缘层上方，其中该第一绝缘层与该第二绝缘层的重叠部位具有两接触孔分别对应于该第一多晶硅层之两端；一第二多晶硅层，位于该第二绝缘层上方；以及一金属层，位于每个该接触孔中，以接触该第一多晶硅层与该第二多晶硅层。
8.如权利要求7所述之薄膜晶体管，其中该第二多晶硅层系形成于该金属层上方。
9.如权利要求7所述之薄膜晶体管，其中该第二多晶硅层系形成于该金属层与该第二绝缘层之间。
10.如权利要求7所述之薄膜晶体管，其中该金属层系为一源极金属或一漏极金属。
全文摘要
一种薄膜晶体管，具有两个上下重叠的多晶硅层作为沟道区，其制造方法如下。首先，形成一第一多晶硅层于一基板上方。再依序形成一第一绝缘层、一栅极金属及一第二绝缘层于该第一多晶硅层上方。接着，形成一第二多晶硅层于该第二绝缘层上方。然后，移除一部分该第一绝缘层与该第二绝缘层以形成两接触孔。以及，形成一金属层于每个该接触孔中以电性连接该第一多晶硅层及该第二多晶硅层。
文档编号H01L29/66GK1828852SQ20061006820
公开日2006年9月6日 申请日期2006年3月20日 优先权日2006年3月20日
发明者姚智文 申请人:友达光电股份有限公司