低温多晶硅薄膜晶体管、其制备方法及显示设备的制作方法
【专利摘要】本发明是有关于一种低温多晶硅薄膜晶体管、其制备方法及显示设备，尤指在制备过程中，于源极及漏极与第一导电层间形成一金属薄膜层，经由此金属薄膜层与构成源极以及漏极的多晶硅产生反应，形成金属硅化物，则可于低温下活化源极以及漏极，可限制低温多晶硅薄膜晶体管的工艺温度于350℃以下。
【专利说明】低温多晶硅薄膜晶体管、其制备方法及显示设备
【技术领域】
[0001]本发明是关于一种低温多晶硅薄膜晶体管、其制备方法、及显示设备，尤指一种于工艺中减少退火次数以及降低工艺温度的低温多晶硅薄膜晶体管的制备方法。
【背景技术】
[0002]现今平面显示器多使用液晶显示器，由于液晶显示器具有省电、低辐射、质轻等优点，在市面上已成为主流商品，而现今的液晶显示器中的薄膜晶体管是主要分为两种:由非晶娃(Amorphous-Silicon ;a-Si)所制成、或由多晶娃(Poly-Silicon ；p-Si)所制成,而目前薄膜晶体管是以非晶硅的工艺为主流，相关技术相较的下也较为成熟。然而，由于多晶硅的载体移动度(Mobility)是非晶硅的100倍以上，且具有高亮度、高分辨率、低耗电，轻薄等优点，因此，多晶硅液晶显示器的制造技术被大量的研究。
[0003]多晶娃液晶显示器技术中，以低温多晶娃(Low Temperature PolySilicon ；LTPS)为新一代主要制造技术。由于低温多晶硅工艺的显示器更为轻薄，可将组件微小化，并整合更多电子电路，使低温多晶硅薄膜晶体管小型化，因此可降低产品的重量且制造成本更低廉，故在液晶显示器市场上受到瞩目。
[0004]然而，已知的低温多晶硅薄膜晶体管工艺中包括氢化(hydrogenation)、去氢化(dehydrogenation)、以及掺杂活化(dopantactivation)过程，皆需要再经由热或激光能量处理。其中，掺杂活化是将掺杂的不纯物活化，使多晶硅层的源极和漏极低电阻化，使关闭电压值提高。然而，使用激光活化的成本相当高，且高温的工艺则会限制基板材料的选择而限制低温多晶硅薄膜晶体管的应用。因此目前急需一种能替代使用激光活化掺杂区以及高温工艺的低温多晶硅薄膜晶体管制备方法，除了节省成本，更可扩大低温多晶硅薄膜晶体管的应用方式。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的是在提供一种低温多晶硅薄膜晶体管、其制备方法、及显示设备，本发明的特色在于不需使用激光活化掺杂其他原子的源极以及漏极，而是在制备过程中，于源极及漏极以及第一导电层间形成一金属薄膜层，此金属薄膜层是选自镍、钛、钴、以及钨金属所组成的群组，经由此金属薄膜层与源极以及漏极产生反应，形成金属硅化物层，则可于低温下活化源极以及漏极，不但可省去使用激光活化的成本，整体工艺的温度最高可控制于350°C以下，如此一来，由于整体工艺温度的降低，增加了基板材料的选择，可利用于未来更多种类的液晶显示面板的工艺上。
[0006]本发明的低温多晶硅薄膜晶体管的制备方法，其方法至少包括以下步骤:(A)提供一低温多晶硅薄膜晶体管基板，其结构包括:基板；形成于基板上的缓冲层；形成于缓冲层上的多晶硅层，其中，多晶硅层是具有源极、漏极、以及通道；第一绝缘层部分形成于多晶硅层上，并暴露出多晶硅层的源极以及漏极；部分形成于第一绝缘层上的栅极；部分形成于栅极以及部分第一绝缘层上的第二绝缘层；(B)于低温多晶硅薄膜晶体管结构中暴露该源极及漏极上形成一金属薄膜层；(C)于金属薄膜层上形成第一导电层，且第一导电层是凸出于第二绝缘层上，并进行退火工艺时同时活化该掺杂物质，使金属薄膜层与源极及漏极反应形成金属硅化物层，而该金属硅化物层存在于该源极、漏极与该金属薄膜层；以及
(D)形成保护层于第一导电层以及第二绝缘层上，以形成低温多晶硅薄膜晶体管。
[0007]如上所述的步骤(A)中，多晶硅层的厚度较佳为30nm-100nm，且多晶硅层是经由非晶硅层激光退火的多结晶化处理后形成。缓冲层的厚度是为100nm-400nm，且其材料是至少一选自氧化娃、及氮化娃所组成的群组。而第一绝缘层的厚度是为40nm-300nm,其材料亦是至少一选自氧化硅、及氮化硅所组成的群组。栅极是使用钥、钨或其合金等金属材料所制成，较佳为使用钥金属。
[0008]再者，于步骤(B)中，金属薄膜层的材料是由至少一选自镍、钛、钴、以及钨金属所组成的群组，其中以镍金属为较佳。金属薄膜层可使用溅射法将厚度约为数十到数百纳米的金属薄膜镀于源极以及漏极上。而于步骤(C)中，第一导电层是为钥、钥/铝/钥、或钛/铝/钛其中的一所组成，而形成于源极的金属硅化物层以及漏极的金属硅化物层间的最小距离(D min)或等于2 μ m。
[0009]本发明还包括一种显示设备，该显示面板装置是包括低温多晶硅薄膜晶体管，其中该低温多晶硅薄膜晶体管基板包括:基板；缓冲层，形成于基板上；多晶硅层，形成于缓冲层上，其中，多晶硅层是具有完成掺杂物质的源极、漏极、以及通道；第一绝缘层，是形成于多晶硅层上；栅极，是形成于第一绝缘层上且相对应于该通道，而该栅极是被图案化；第二绝缘层，形成于栅极以及第一绝缘层上；连接孔，是贯穿该第二绝缘层与第一绝缘层且相对形成于源极以及漏极处；金属薄膜层，形成于源极以及漏极上处的连接孔；第一导电层，形成于该金属薄膜层上，且第一导电层是凸出于第二绝缘层上；其中，金属薄膜层与多晶硅层的源极与漏极之间具有一金属硅化物层；以及，保护层形成于第一导电层以及第二绝缘层上。
[0010]在上述的显示设备中，于低温多晶硅薄膜晶体管中，基板是为玻璃基板或塑料基板，而金属硅化物层是由至少一选自镍、钛、钴、以及钨金属所组成的群组与源极以及漏极反应而形成，且位于源极的金属硅化物层与漏极的金属硅化物层间的最小距离(D min)需大于或等于2 μ m。
[0011]形成于源极以及漏极与金属薄膜层之间的金属硅化物层是由至少一选自镍、钛、钴、以及钨金属所组成的群组与源极以及漏极的多晶硅层反应而形成，且位于该源极的该金属硅化物层与该漏极的该金属硅化物层间的最小距离(D min)大于或等于2 μ m。再者，第一导电层是为钥、钥/铝/钥、或钛/铝/钛其中的一所组成
[0012]源极与漏极之间的金属薄膜层与形成源极与漏极的多晶硅可于退火工艺时反应成为金属娃化物，而该金属娃化物分布于重掺杂的多晶娃层，或是扩散到轻掺杂的多晶娃层，但该金属硅化物是不可扩散到多晶硅的通道区，然而金属硅化物之间的距离可经由控制退火的温度及时间，使该金属硅化物并不会被扩散到该通道区，如退火温度是为330°C，时间为I至2小时，而调控位于该通道区两侧的该源极与该汲区的该金属硅化物之间须至少保持2到3 μ m之间隔，以维持信道的操作功能。而该金属硅化物可降低该源极与该漏极进行掺杂物质活化时所需要的活化能量，因此可降低活化的温度，将低温多晶硅薄膜晶体管的工艺温度降低，对于低温多晶硅薄膜晶体管工艺是一重大改良。【专利附图】
【附图说明】
[0013]为使审查员能对本发明的目的、技术特征及其功效，做更进一步的认识与了解，以下列举实施例配合附图，详细说明如下，其中:
[0014]图1A-图10是本发明的低温多晶硅薄膜晶体管的制作流程。
[0015]图2A及图2B是本发明中金属硅化物层的态样。
【具体实施方式】
[0016]本发明的低温多晶硅薄膜晶体管结构的较佳实施态样如图10所示，而该结构的较佳工艺是如图1A-10所示。
[0017]本发明的低温多晶硅薄膜晶体管结构如图1M所示，包括控制区以及像素区，控制区包括NMOS晶体管区以及PMOS晶体管区，像素区包括了 NMOS晶体管区，其制备方法如下所述。
[0018]首先，如图1A所示，提供一基板，该基板包括基板100、形成于基板上的氮化硅缓冲层101、以及形成于氮化硅缓冲层101上的氧化硅缓冲层102，非晶硅层103形成于该基板上，非晶硅层103的厚度约为30nm-100nm。经激光退火将非晶硅层103转换成多晶硅层104,如图1B所不,利用光刻蚀刻工艺形成一第一光刻胶105于多晶娃层104上,蚀刻多晶硅层104后，再以化学溶剂去除第一光刻胶105得到如图1C所示的结构，其中，左方多晶硅层区域是成为一控制区10的NMOS晶体管区1041与PMOS晶体管区1042，而右方多晶硅层是成为一像素区11的NMOS晶体管区1043。
[0019]接着，形成一第二光刻胶106于控制区10的PMOS晶体管区1042，如图1D所示，对基板植入硼的掺杂物质以形成通道(Channel doping)，剂量约为1E11-1E12。如图1E所示，再于控制区10的NMOS晶体管区1041以及像素区11的NMOS晶体管区1043上部分形成第三光刻胶107，对暴露的多晶硅层植入重浓度的磷的掺杂物质，其剂量约为1E14-1E15，于控制区10的NMOS晶体管1041以及像素区11的NMOS晶体管1043形成源极104a、104c以及漏极104b、104e后，移除第三光刻胶107。
[0020]如图1F所示，于多晶硅层以及氧化硅缓冲层102上形成第一氧化硅绝缘层108以及第一氮化硅绝缘层109后，再于第一氮化硅绝缘层109上形成一栅极导电层110，该栅极导电层110是为钥金属所构成，并于栅极导电层110上形成第三光刻胶111，利用光刻与蚀刻工艺，形成栅极112，如图1G所示，再利用栅极112作为光刻胶，对于该结构植入轻浓度的磷的掺杂物质(Light Doping Drain)，其剂量约为1E12-1E14，形成轻掺杂区104f、104g、104h、1041、104j、104k、1041、以及1041，。接着，如图1H所示，形成一第四光刻胶113于控制区10的NMOS晶体管区1041以及像素区11的NMOS晶体管区1043上，暴露出控制区10的PMOS晶体管区1042，并对其结构植入重浓度的硼掺杂，其剂量约为1E14-1E15，以形成控制区10的PMOS晶体管区1042的源极104m及漏极104η。
[0021]接着，如图1I所示，移除第四光刻胶113后，于栅极112以及的第一氮化硅绝缘层109上形成的第二氮化硅绝缘层114，其厚度约为数百纳米，再于第二氮化硅绝缘层114上形成第二氧化硅绝缘层115，其厚度约为数百纳米，以及于第二氧化硅绝缘层上115形成第五光刻胶116。如图1J所示，利用光刻与蚀刻工艺，形成多个连接孔117以暴露出控制区10的NMOS晶体管区1041，控制区10的PMOS晶体管区1042、以及像素区11的NMOS晶体管区1043的源极104a、104m、104c及漏极104b、104n、104b，接着，于暴露出的源极104a、104m、104c、漏极104b、104n、104b、以及连接孔117上形成一层镍金属薄膜层118后，再依序于镍金属薄膜层118上沉积形成一第一导电层119，该第一导电层119是为钥/铝/钥的多层金属沉积而成。
[0022]其形态如图2A，于该镍金属薄膜层118与该第一导电层119沉积完成后，其会进行退火工艺，而退火工艺是先提高环境温度到预定要进行退火的温度后，再快速降低温度到环境温度，由此，于退火工艺中可活化多晶硅层20其重掺杂区、轻掺杂区与通道区的掺杂物质，如图2A及2B所示，其中包括第一导电层22、使镍金属薄膜层23、以及经由与其所接触的源极与漏极产生反应而形成的一镍硅化物层24，并控制其退火工艺的时间使该镍硅化物24可于重掺杂的多晶硅层20的该源极与该漏极处及该镍金属薄膜层处层扩散，而形成于该源极与该漏极间的镍硅化物之间的最小距离(D min)至少需距离2-3μπι(含)以上，以保持良好的晶体管性质。由于镍金属薄膜层118的存在，可降低多晶硅层的重掺杂区、轻掺杂区、以及信道区域中掺杂物质的活化温度。
[0023]表一:镍硅化物退火工艺时间与扩散距离
【权利要求】
1.一种低温多晶硅薄膜晶体管的制备方法，该方法至少包括: (A)提供一低温多晶娃薄膜晶体管基板，包括:一基板；一缓冲层形成于该基板上；一多晶硅层形成于该缓冲层上，其中，该多晶硅层具有一源极、一漏极、以及一通道；一第一绝缘层部分形成于该多晶硅层上，并暴露出该多晶硅层的该源极以及该漏极；一栅极，部分形成于该第一绝缘层上；一第二绝缘层部分形成于该栅极以及部分该第一绝缘层上； (B)于该低温多晶硅薄膜晶体管结构中暴露的该源极及漏极上形成一金属薄膜层； (C)于该金属薄膜层上形成一第一导电层，且该第一导电层凸出于该第二绝缘层上，并进行一退火工艺，使该金属薄膜层与该源极及该漏极反应形成一金属硅化物层；以及 (D)形成一保护层于该第一导电层以及该第二绝缘层上，以形成一低温多晶硅薄膜晶体管。
2.如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制备方法，其中，步骤(A)中，该缓冲层至少一选自氧化硅、及氮化硅所组成的群组。
3.如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制备方法，其中，步骤(A)中，该第一绝缘层至少一选自氧化硅层、及氮化硅层所组成的群组。
4.如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制备方法，其中，步骤(A)中，该栅极为钥、鹤或其合金。
5.如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制备方法，其中，步骤(C)中，该第二绝缘层至少一选自氧化硅层、及氮化硅层所组成的群组。
6.如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制备方法，其中，步骤(B)中，该金属薄膜层的材料由至少一选自镍、钛、钴、以及钨金属所组成的群组。
7.如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制备方法，其中，步骤(C)中，该金属硅化物层位于该金属薄膜层与该源极及该漏极处，并控制该退火工艺时间，使该源极的该金属硅化物层及该漏极的该金属硅化物层间的最小距离大于或等于2 μ m。
8.如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制备方法，其中，步骤(C)中，该第一导电层为钥、钥/铝/钥、或钛/铝/钛其中的一所组成。
9.一种显示设备，包括: 一显示面板，显示由一低温多晶硅薄膜晶体管基板所提供的影像，而该低温多晶硅薄膜晶体管基板还包括: 一基板； 一缓冲层，形成于该基板上； 一多晶硅层，形成于该缓冲层上，其中，该多晶硅层具有完成掺杂物质的一源极、一漏极、以及一通道； 一第一绝缘层,形成于该多晶娃层上，； 一栅极，是形成于该第一绝缘层上且相对应于该通道，而该栅极被图案化； 一第二绝缘层，形成于该栅极以及该第一绝缘层上； 一连接孔，贯穿该第二绝缘层与该第一绝缘层且相对形成于该源极以及该漏极处； 一金属薄膜层，形成于该源极以及该漏极处的该连接孔； 一第一导电层，形成于该金属薄膜层上，且该第一导电层凸出于该第二绝缘层上； 其中，一金属硅化物层位于该金属薄膜层与多晶硅层的该源极与该漏极之间；以及一保护层形成于该第一导电层以及该第二绝缘层上。
10.如权利要求9所述的显示设备，其中，该基板为玻璃基板或塑料基板。
11.如权利要求9所述的显示设备，其中，该缓冲层至少一选自氧化硅、及氮化硅所组成的群组。
12.如权利要求9所述的显示设备，其中，该第一绝缘层至少一选自氧化硅层、及氮化硅层所组成的群组。
13.如权利要求9所述的显示设备，其中，该栅极为钥、钨或其合金。
14.如权利要求9所述的显示设备，其中，该第二绝缘层至少一选自氧化硅层、及氮化硅层所组成的群组。
15.如权利要求9所述的显示设备，其中该源极的该金属硅化物层及该漏极的该金属硅化物层间的最小距离是大于或等于2 μ m。
16.如权利要求9所述的显示设备，其中，该金属硅化物层由至少一选自镍、钛、钴、以及钨金属所组成的群组与该源极以及该漏极反应而形成。
17.如权利要求9所述的显示设备，其中，该金属硅化物层间的距离大于或等于2μ m。
18.如权利要求9所述的显示设备，其中，该第一导电层为钥、钥/铝/钥、或钛/铝/钛其中的一所组成。`
【文档编号】H01L21/336GK103730364SQ201210389726
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年10月15日 优先权日:2012年10月15日
【发明者】刘侑宗, 李淂裕, 黄建达 申请人:群康科技(深圳)有限公司, 奇美电子股份有限公司