[发明专利]微晶硅薄膜晶体管结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明关于一种微晶硅薄膜晶体管及其制造方法；特别是有关于一种上栅极式微晶硅薄膜晶体管及其制造方法。

背景技术

低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS-TFTs)与传统非晶硅薄膜晶体管(a-SiTFTs)相较，拥有更高的电子迁移率(electron mobility)及较好的可靠度(reliability)。然而目前多采用高温固相结晶法(solid phase crystallization)或设备成本高的激光结晶法(excimer laser annealing)进行多晶硅薄膜制造工艺。固相结晶法所需的结晶温度较高，必须以硅晶圆或石英晶圆等做为基板，成本昂贵而不利于大面积化量产。激光结晶法虽可降低结晶温度，但机台设备成本极高且产能不高。至于利用等离子辅助化学气相沉积系统制作的微晶硅薄膜晶体管，在传统上延续非晶硅薄膜晶体管的下栅极式(bottom gate type)元件结构。参照图1，一般在成长微晶硅薄膜(μc-Si layer)103的过程中，在绝缘层薄膜101与该微晶硅薄膜103之间会存在着一层非晶相孕核层(incubationlayer)102，造成后续制作完成的微晶硅薄膜晶体管元件的反转层(inversionlayer)通道区形成于该非晶相孕核层102中，而无法形成在具有结晶性的薄膜上，使得元件电性表现不佳。

图2为一传统下栅极式微晶硅薄膜晶体管的截面结构示意图，其包括一基板200、一下栅极电极201、一绝缘层202、一微晶硅层203、一对具n⁺掺质微晶硅层204a及204b及一对源极/漏极金属电极205a及205b。该下栅极电极201位于该基板200上方，而该绝缘层202位于该下栅极电极201上方。该微晶硅层203位于该绝缘层202上方，而该对具n⁺掺质微晶硅层204a及204b分别位于该下栅极电极201两侧该微晶硅层203上方。该对源极/漏极金属电极205a及205b分别位于一该具n⁺掺质微晶硅层204a或204b上方。该对源极/漏极金属电极205a及205b分别与形成于其上方的一电性接触(未示出)形成欧姆接触。该下栅极式微晶硅薄膜晶体管的反转通道区则形成于该绝缘层202与该微晶硅层203的下方接口。前述传统下栅极式微晶硅薄膜晶体管可以直接利用等离子辅助化学气相沉积方式来连续成长该绝缘层202、该微晶硅层203及该对具n⁺掺质微晶硅层204a或204b。但在连续成长薄膜过程中，会在该绝缘层202与该微晶硅层203的接口产生一层非晶相孕核层(incubation layer)，如图1所示，造成该下栅极式微晶硅薄膜晶体管的该反转通道区无法形成在具有结晶性的薄膜上，而使得电性表现不佳。

发明内容

本发明提供一种微晶硅薄膜晶体管结构，是一种上栅极式微晶硅薄膜晶体管设计，其反转通道(inversion channel)形成于其微晶硅主动层的上方接口结晶性薄膜中，而与位于该微晶硅主动层下方接口的非晶相孕核层薄膜分开，进而可提高本发明微晶硅薄膜晶体管的电子迁移率及其电性可靠度。

在一方面，本发明提供的微晶硅薄膜晶体管结构包括一基板、一对源极/漏极电极、一具第一导电性掺质微晶硅层、一微晶硅层、一绝缘层及一上栅极电极。该对源极/漏极电极位于该基板上方，而该具第一导电性掺质微晶硅层分别位于每一该源极/漏极电极上方。该微晶硅层位于该具第一导电性掺质微晶硅层上方，而该绝缘层位于该微晶硅层上方。该上栅极电极位于该对源极/漏极电极之间的该绝缘层上方。该对源极/漏极电极之间该微晶硅层与该绝缘层接口具有一通道区。

在另一方面，本发明提供的微晶硅薄膜晶体管结构包括一基板、一微晶硅层、一对具第一导电性掺质微晶硅层、一对源极/漏极电极、一绝缘层及一上栅极电极。该微晶硅层位于该基板上方，而该对具第一导电性掺质微晶硅层位于该微晶硅层上方。该对源极/漏极电极分别位于一该具第一导电性掺质微晶硅层上，而该绝缘层位于该对源极/漏极电极上方。该上栅极电极位于该对源极/漏极电极之间的该绝缘层上方。该对具第一导电性掺质微晶硅层之间该微晶硅层与该绝缘层接口具有一通道区。

本发明前述微晶硅薄膜晶体管的通道区形成于该微晶硅层与其上方的该绝缘层接口，而与该微晶硅层下方接口的非晶相孕核层分开。该通道区具有结晶性结构，因而可提升本发明该微晶硅薄膜晶体管的电性表现。