專利名稱：一種多晶硅薄膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及多晶硅薄膜晶體管(TFT)技術(shù)，更具體地，涉及ー種具有搭橋晶粒結(jié)構(gòu)的多晶硅薄膜。
背景技術(shù)：
為實(shí)現(xiàn)多晶硅TFT有源矩陣顯示器面板的エ業(yè)化制造，通常需要高質(zhì)的多晶硅膜，并且滿足以下要求低溫加工、可以在大面積玻璃襯上實(shí)現(xiàn)、低制造成本、穩(wěn)定的制造エ
藝、高性能、一致性、以及多晶硅TFT的高可靠性。高溫多晶硅技術(shù)可以用來實(shí)現(xiàn)高性能TFT，但是它不能用于商業(yè)顯示器面板中使用的普通玻璃襯底。在這樣的情形下，必須使用低溫多晶硅(LTPS)。有三種主要的LTPS技術(shù)1、通過在600°C長(zhǎng)時(shí)間退火的固相結(jié)晶(SPC) ;2、準(zhǔn)分子激光晶化(ELC)或閃光燈退火；3、金屬誘導(dǎo)結(jié)晶(MIC)及其有關(guān)變體。ELC可以產(chǎn)生最好的結(jié)果，但是花費(fèi)昂貴。SPC成本最低，但是處理時(shí)間長(zhǎng)。注意到，所有多晶薄膜材料所共有的是，膜的晶粒在尺寸、晶體取向和形狀上基本上隨機(jī)分布，晶界通常也對(duì)優(yōu)良TFT的形成有害。當(dāng)該多晶薄膜被用作TFT中的有源層時(shí)，電特性取決于在有源溝道中存在多少晶粒和晶界。所有現(xiàn)有技術(shù)的共同問題是，它們以不可預(yù)料的模式(pattern)在TFT有源溝道內(nèi)形成許多晶粒。晶粒的分布是隨機(jī)的，使得TFT的電特性在襯底上分布不均勻。該電特性的寬分布對(duì)顯示器的性能有害并且會(huì)導(dǎo)致諸如mura缺陷和亮度不均勻的問題。對(duì)于任何半導(dǎo)體材料例如硅、鍺、硅鍺合金、三五族化合物半導(dǎo)體以及有機(jī)半導(dǎo)體來說，多晶薄膜晶體管的晶粒會(huì)形成隨機(jī)的網(wǎng)絡(luò)。晶粒內(nèi)部的傳導(dǎo)幾乎與晶體材料相同，而跨過晶界的傳導(dǎo)更差，并且增加閾值電壓。在由這種多晶薄膜制成的薄膜晶體管(TFT)的有源溝道內(nèi)部，晶粒結(jié)構(gòu)幾乎是ニ維隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)，隨機(jī)性以及相應(yīng)而生的可變電導(dǎo)不利地影響顯示器性能和圖像質(zhì)量。如圖Ia所示的典型多晶硅結(jié)構(gòu)，低溫多晶硅膜1101，其包括晶粒1102。在相鄰的晶粒1102之間具有明顯的晶界1103。每個(gè)晶粒1102的長(zhǎng)度大小從數(shù)十納米到幾微米不等，并且被認(rèn)為是單晶；許多位錯(cuò)、堆垛層錯(cuò)以及懸掛鍵的缺陷分布在所述晶界1103中。由于不同的制備方法，低溫多晶硅膜1101內(nèi)部的晶粒1102可以隨機(jī)分布或沿確定的取向。至于常規(guī)的低溫多晶硅膜1101，在晶界1103中有嚴(yán)重的缺陷，如圖Ib中所示。在晶界1103中的嚴(yán)重缺陷將引入高勢(shì)壘1104，垂直于載流子1105的輸運(yùn)方向的所述勢(shì)壘1104(或傾抖勢(shì)壘的垂直分量)將影響載流子的初始狀態(tài)和能力。對(duì)于在該低溫多晶硅膜1101上制造的薄膜晶體管，閾值電壓和場(chǎng)效應(yīng)遷移率受晶界勢(shì)壘1104限制。當(dāng)高的反向柵電壓施加在TFT中時(shí)分布在結(jié)區(qū)域中的晶界1103也將引起大的漏電流。在美國(guó)專利US 2010/0171546A1中，披露了ー種搭橋晶粒(BG)結(jié)構(gòu)的多晶硅薄膜晶體管(TFT)。采用摻雜BG多晶硅線，本征或輕摻雜通道被分隔成多個(gè)區(qū)域。單個(gè)柵極覆蓋了整個(gè)包括摻雜線的有源通道，用來控制電流的流動(dòng)。使用BG多晶硅作為有源層，TFT被設(shè)計(jì)成使電流垂直流過通道結(jié)晶區(qū)域的平行線，從而可以減少晶界的影響。與傳統(tǒng)的低溫多晶硅TFT相比，BG多晶硅TFT的可靠性、均勻性和電學(xué)性能都得到顯著的改善。同時(shí)，從美國(guó)專利US 2010/0171546A1也可以知道，要獲得高可靠性和均勻性的BG TFT，就得使用BG線來把有源區(qū)分隔成多個(gè)區(qū)域，形成一連串的PN結(jié)，這就意味著BG線的數(shù)目不能太少。由于現(xiàn)有的光刻エ藝的限制，形成的BG線的最小寬度通常為O. 5微米左右，同時(shí)考慮到BG線與線之間擴(kuò)散短路等因素，BG線之間的間隔不能太小，以O(shè). 5微米左右為佳，這也就決定了 BG TFT的有源溝道長(zhǎng)度比一般TFT的要長(zhǎng)。從美國(guó)專利US2010/0171546A1的較佳實(shí)施例來看，BG TFT的有源溝道長(zhǎng)度為10微米，這是一般TFT有源溝道長(zhǎng)度的2-3倍。較長(zhǎng)的有源溝道就意味著占據(jù)著較大的空間，這并不利于往后的布線和開ロ率
實(shí)用新型內(nèi)容
為解決以上問題，本實(shí)用新型提供ー種具有搭橋晶粒(BG)結(jié)構(gòu)多晶硅薄膜。本實(shí)用新型提供ー種多晶硅薄膜，該薄膜生長(zhǎng)在具有V字型凹槽或V字型凸起的襯底表面上，該多晶硅薄膜均勻地覆蓋V字型凹槽或V字型凸起的各個(gè)側(cè)壁，部分多晶硅薄膜被摻雜，部分多晶娃薄膜未摻雜，其特征在于，摻雜的部分形成搭橋晶粒線。多晶硅薄膜的離子注入摻雜方向平行于V字型凹槽或V字型凸起的ー個(gè)側(cè)面。V字型凹槽或V字型凸起的一個(gè)側(cè)面上的多晶硅薄膜被摻雜，而另一個(gè)側(cè)面上的多晶娃薄膜未被摻雜。離子注入方向與襯底之間的角度小于V字型的一個(gè)側(cè)面與襯底之間的角度。根據(jù)本實(shí)用新型提供的制造方法，其中所述多晶硅薄膜均勻地覆蓋凹陷或凸起結(jié)構(gòu)的各個(gè)表面。根據(jù)本實(shí)用新型提供的制造方法，其中所述條狀的凹陷或凸起結(jié)構(gòu)的橫截面為矩形。根據(jù)本實(shí)用新型提供的制造方法，其中所述條狀的凹陷或凸起結(jié)構(gòu)的橫截面為V字型。根據(jù)本實(shí)用新型提供的制造方法，其中離子注入的方向垂直于襯底。根據(jù)本實(shí)用新型提供的制造方法，其中離子注入方向與襯底之間的角度小于或等于V字型的一個(gè)側(cè)面與襯底之間的角度。本實(shí)用新型還提供一種薄膜晶體管的制造方法，包括1)利用上述方法形成具有搭橋晶粒線結(jié)構(gòu)的多晶硅薄膜；2)將該多晶硅薄膜作為有源層，形成柵絕緣層、柵極、源極和漏極。本實(shí)用新型還提供一種薄膜晶體管的制造方法，包括1)在襯底上形成柵極，并在柵極上形成條狀的凹陷或凸起結(jié)構(gòu)；2)在該條狀的凹陷或凸起結(jié)構(gòu)上沉積柵極絕緣層，然后在柵極絕緣層上沉積多晶硅薄膜；3)對(duì)多晶硅薄膜進(jìn)行離子注入，離子注入的角度使部分多晶硅薄膜被摻雜，同時(shí)使部分多晶硅薄膜未摻雜，形成搭橋晶粒線；4)將步驟3)得到的多晶硅薄膜作為有源層，形成源極和漏扱。本實(shí)用新型還提供一種上述方法制備的多晶硅薄膜。本實(shí)用新型還提供一種上述方法制備的薄膜晶體管。本實(shí)用新型通過設(shè)計(jì)有別于傳統(tǒng)BG TFT的平面的有源溝道形狀的立體型溝道，在沒有增加額外的光刻エ藝的情況下，減少了 BG結(jié)構(gòu)TFT占用像素面積的比例，從而增加了OLED面板的開ロ率，并使得布線更為靈活性。[0021]對(duì)于相同尺寸的TFT，也可以利用本實(shí)用新型提供的有源溝道結(jié)構(gòu)，増大柵極與有源層的接觸面，從而增加?xùn)艠O對(duì)溝道層的電控制能力。除了上面所述的優(yōu)點(diǎn)并且很好地保持BG多晶硅TFT的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，還可以把BG線摻雜和源漏極摻雜合并成一歩，進(jìn)ー步地簡(jiǎn)化工藝。

圖Ia是現(xiàn)有技術(shù)中典型多晶硅結(jié)構(gòu)；圖Ib是圖Ia的相應(yīng)勢(shì)壘的示意圖；圖2a為經(jīng)離子摻雜后的多晶硅薄膜橫截面示意圖；圖2b為濺射柵極金屬并刻蝕形成柵極圖案后的多晶硅薄膜橫截面示意圖；圖2c為“凹”字型有源溝道的頂柵多晶硅TFT橫截面示意圖；圖3為“凹”字型有源溝道的底柵多晶硅TFT橫截面示意圖；圖4為V字型多晶硅溝道摻雜后，多晶硅薄膜橫截面示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型提供的一種減少有源溝道所占面積的搭橋晶粒多晶硅薄膜進(jìn)行詳細(xì)描述。同時(shí)在這里做以說明的是，為了使實(shí)施例更加詳盡，下面的實(shí)施例為最佳、優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)于ー些公知技術(shù)本領(lǐng)域技術(shù)人員也可采用其他替代方式而進(jìn)行實(shí)施；同吋，附圖并不是按比例嚴(yán)格繪制，其重點(diǎn)僅是放在公開的原理上。本實(shí)用新型采用具有起伏結(jié)構(gòu)的立體型溝道，從而達(dá)到了節(jié)省有源溝道的占用空間，増大面板的開ロ率的目的，具體實(shí)施方法如下實(shí)施例I本實(shí)施例提供ー種具有搭橋晶粒(BG)結(jié)構(gòu)的多晶硅薄膜的制造方法，包括I)、如附圖2a所示，在玻璃襯底101上沉積ー層厚度為600nm的低溫氧化物(LTO)作為阻擋層201，再把阻擋層201刻蝕成如圖2a所示的矩形凹凸結(jié)構(gòu)，其中凹槽的寬度為600nm,深度為500nm,凸齒寬度為400nm ；2)、在阻擋層201上形成ー層厚度為50nm的多晶硅層301，多晶硅層301均勻地覆蓋阻擋層201的凸齒的頂部以及凹槽的側(cè)壁和底部；3)、對(duì)多晶硅層301進(jìn)行離子注入，離子注入的方向垂直于玻璃襯底，從而使得凸齒的頂部和凹槽的底部的部分多晶硅層301被摻雜，形成BG線302，而凹槽的側(cè)壁未被摻雜，形成非摻雜部分303。本實(shí)施例通過使阻擋層形成為具有起伏結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)，可大大節(jié)省有源溝道的占用空間，另外通過控制離子注入的方向，自對(duì)準(zhǔn)地形成了 BG線，無需掩模光刻エ藝，簡(jiǎn)化了エ藝、節(jié)約了成本。實(shí)施例2本實(shí)施例提供ー種薄膜晶體管的制造方法，包括I)、采用上述實(shí)施例I提供的方法制備具有BG線的多晶硅層301 ；2)、如圖2b所示，將多晶硅層301按照設(shè)計(jì)好的布局利用掩膜光刻技術(shù)刻蝕成孤立的硅島；[0041]3)、用LPCVD(低壓化學(xué)汽相沉積)直接在多晶硅層301上沉積ー層厚度為80nm的LTO柵絕緣層401 ；4)、在柵絕緣層401上沉積Al/Si-1%合金，作為柵極層，柵極層的厚度為500nm，光刻?hào)艠O層成為柵電極501，使柵電極501覆蓋多晶硅層的凹凸區(qū)，柵極兩側(cè)未被覆蓋、且被摻雜的區(qū)域作為源區(qū)和漏區(qū)；5)、利用PECVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)沉積氧化物層間絕緣體601，然后在層間絕緣體601中形成接觸孔，濺射鋁-1%硅作為源漏極接觸電極；6)、燒結(jié)并進(jìn)行摻雜劑激活，形成如圖2c所示的具有“凹”字型有源溝道的頂柵多晶硅TFT。假設(shè)美國(guó)專利US2010/0171546A1的BG有源溝道所占的面積為WX L (其中W為有源溝道的寬，L為有源溝道的長(zhǎng))，從該實(shí)施例可以看出，由于把非摻雜區(qū)303豎了起來，從而把非摻雜區(qū)占用的空間節(jié)省了。如果摻雜區(qū)與非摻雜區(qū)的長(zhǎng)度一祥，則有源溝道所占的面積就差不多節(jié)省了一半，約為WXL/2。另外通過控制離子注入的方向，自對(duì)準(zhǔn)地形成了 BG線，無需掩模光刻エ藝，且BG線的摻雜和源漏區(qū)的摻雜在同一步驟中完成，進(jìn)ー步地簡(jiǎn)化了エ藝。實(shí)施例3本實(shí)施例提供ー種薄膜晶體管的制造方法，包括I)、如附圖3所示，在玻璃襯底101上沉積Al/Si-1%合金，作為柵極層，柵極層的厚度為500nm，再把柵極層201刻蝕成如圖2a所示的凹凸結(jié)構(gòu)，形成具有凹凸結(jié)構(gòu)的柵電極501，其中凹槽的寬度為600nm，深度為500nm，凸齒寬度為400nm ；2)、在柵電極501上形成ー層厚度為80nm的LTO柵絕緣層401，覆蓋柵極上的凸齒的頂部以及凹槽的側(cè)壁和底部，并覆蓋柵極兩端的端面以及柵極兩側(cè)的玻璃襯底；3)、在柵絕緣層401上沉積厚度為50nm的多晶硅層301，多晶硅層301覆蓋柵極上的凸齒的頂部以及凹槽的側(cè)壁和底部，并覆蓋柵極兩端的端面以及柵極兩側(cè)的玻璃襯底上的柵絕緣層401 ；4)、對(duì)多晶硅層301進(jìn)行離子注入，離子注入的方向垂直于玻璃襯底，從而使得凸齒的頂部和凹槽的底部的部分多晶硅層301被摻雜，形成BG線302，使得柵極兩側(cè)的多晶硅層301被摻雜而形成源區(qū)和漏區(qū)，而凹槽的側(cè)壁以及柵極兩端的端面未被摻雜，形成非摻雜部分303 ；5)、將多晶娃層301按照設(shè)計(jì)好的布局利用掩膜光刻技術(shù)刻蝕成孤立的娃島；6)、利用PECVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)沉積氧化物層間絕緣體601，然后在層間絕緣體601中形成接觸孔，濺射鋁-1%硅作為源漏極接觸電極；7)、燒結(jié)并進(jìn)行摻雜劑激活，形成如圖3所示的具有“凹”字型有源溝道的底柵多晶硅TFT。本實(shí)施例提供的底柵多晶硅TFT，無需考慮粗略對(duì)準(zhǔn)問題，且能夠保證柵電極完全覆蓋凹凸的多晶硅有源區(qū)。實(shí)施例4本實(shí)施例提供ー種具有搭橋晶粒(BG)結(jié)構(gòu)多晶硅薄膜的制造方法，包括I)、如附圖4所示，在玻璃襯底101上沉積ー層厚度為600nm的低溫氧化物(LTO)作為阻擋層201，再把阻擋層201刻蝕成如圖4所示的V字型凹槽結(jié)構(gòu)；2)、在阻擋層201上形成ー層厚度為50nm的多晶硅層301，多晶硅層301均勻地覆蓋V字型凹槽結(jié)構(gòu)的各個(gè)側(cè)壁；3)、對(duì)多晶硅層301進(jìn)行離子注入，離子注入的方向平行于V字型凹槽的ー個(gè)側(cè)面，從而使得V字型凹槽ー個(gè)側(cè)面上的部分多晶硅層301被摻雜形成BG線302，而另ー個(gè)側(cè)面上的部分多晶娃層301未被摻雜,形成非摻雜部分303。本實(shí)施例通過使阻擋層形成為具有起伏結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)，大大節(jié)省了有源溝道的占用空間，另外通過控制離子注入的方向，自對(duì)準(zhǔn)地形成了 BG線，無需掩模光刻エ藝，簡(jiǎn)化了エ藝、節(jié)約了成本。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，其中通過使多晶硅薄膜沉積在具有條狀的凹陷或 凸起結(jié)構(gòu)的表面上，從而使多晶硅薄膜具有高低起伏的結(jié)構(gòu)，其中該條狀的凹陷或凸起結(jié)構(gòu)的橫截面的形狀不限于上述的矩形、V字型，也可以為其他形狀。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，其中條狀的凹陷或凸起結(jié)構(gòu)的數(shù)目不限于上述實(shí)施例的附圖中所示的數(shù)目。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，其中離子注入的角度也不限于上述實(shí)施例中的角度，可以配合多晶硅薄膜的起伏結(jié)構(gòu)來選擇注入角度，使部分多晶硅薄膜被摻雜，同時(shí)使部分多晶硅薄膜未摻雜，從而形成BG線。例如上述實(shí)施例I中，離子注入的方向可以與襯底呈ー較小角度，從而使凸齒頂部和凹槽的ー個(gè)側(cè)壁被摻雜，而使得凹槽底部和凹槽的另一側(cè)壁未被摻雜。又例如上述實(shí)施例4中，離子注入方向與襯底之間的角度可小于V字型的一個(gè)側(cè)面與襯底之間的角度。盡管參照上述的實(shí)施例已對(duì)本實(shí)用新型作出具體描述，但是對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，以上實(shí)施例僅用以描述本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對(duì)本技術(shù)方法進(jìn)行限制，本實(shí)用新型在應(yīng)用上可以延伸為其他的修改、變化、應(yīng)用和實(shí)施例，并且因此認(rèn)為所有這樣的修改、變化、應(yīng)用、實(shí)施例都在本實(shí)用新型的精神和教導(dǎo)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.ー種多晶硅薄膜，該薄膜生長(zhǎng)在具有V字型凹槽或V字型凸起的襯底表面上，該多晶硅薄膜均勻地覆蓋V字型凹槽或V字型凸起的各個(gè)側(cè)壁，部分多晶硅薄膜被摻雜，部分多晶硅薄膜未摻雜，其特征在于，摻雜的部分形成搭橋晶粒線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多晶硅薄膜，其特征在于，多晶硅薄膜的離子注入摻雜方向平行于V字型凹槽或V字型凸起的ー個(gè)側(cè)面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多晶硅薄膜，其特征在干，V字型凹槽或V字型凸起的ー個(gè)側(cè)面上的多晶硅薄膜被摻雜，而另一個(gè)側(cè)面上的多晶硅薄膜未被摻雜。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多晶硅薄膜，其特征在于，離子注入方向與襯底之間的角度小于V字型的一個(gè)側(cè)面與襯底之間的角度。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種多晶硅薄膜，該薄膜生長(zhǎng)在具有V字型凹槽或V字型凸起的襯底表面上，該多晶硅薄膜均勻地覆蓋V字型凹槽或V字型凸起的各個(gè)側(cè)壁，部分多晶硅薄膜被摻雜，部分多晶硅薄膜未摻雜，其特征在于，摻雜的部分形成搭橋晶粒線。
文檔編號(hào)H01L29/786GK202405264SQ201120577309
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者史亮亮, 趙淑云, 黃宇華 申請(qǐng)人:廣東中顯科技有限公司