低溫多晶硅薄膜的制造方法、tft、陣列基板及顯示裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低溫多晶硅薄膜的制造方法、TFT、陣列基板及顯示裝置。所述低溫多晶硅薄膜的制造方法，包括在襯底上形成非晶硅層，利用掩膜板保護(hù)非晶硅層上源電極和漏電極所在區(qū)域，經(jīng)干刻形成圖案，再經(jīng)晶化處理后形成低溫多晶硅層。本發(fā)明通過在原工藝中，非晶硅層晶化之前對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，使其形成特定的圖案，從而使得在晶化過程中圖案下的非晶硅層接近完全熔融，而其他部分完全熔融，硅沿著圖案下的籽晶生長，可以提高區(qū)域晶粒生長的均勻性。
【專利說明】低溫多晶硅薄膜的制造方法、TFT、陣列基板及顯示裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多晶硅薄膜領(lǐng)域，尤其涉及一種低溫多晶硅薄膜的制造方法、TFT、陣列基板及顯示裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]TFT-1XD受玻璃基板溫度的限制，不能采用高溫工藝。鑒于傳統(tǒng)成膜方式溫度過高的缺點(diǎn)，可以采用XeCl激光使非晶硅層晶化。因?yàn)榉蔷Ч鑼訉?duì)308nm波長的激光有很強(qiáng)的吸收效率，并且激光在非晶硅層內(nèi)部僅有20nm的穿透深度，能夠有效的保護(hù)襯底(如玻璃基板)，所以準(zhǔn)分子激光晶化成為低溫多晶娃技術(shù)(LTPS,Low Temperature Poly-silicon)的主流技術(shù)之一，已被廣泛應(yīng)用。
[0003]為了盡量使Si晶粒成長為比較接近單晶硅的狀態(tài)，人們多采用外加保溫層(S12)和提高外界溫度的方法使非晶硅層的晶粒度增加，這兩種技術(shù)主要是利用晶化溫度梯度來控制晶粒生長的大小。但上述方法沒有提到如何控制TFT溝道層中晶粒的大小和個(gè)數(shù)，以及如何解決大面積器件中局部電學(xué)特性不均勻(大面積器件中局部電學(xué)特性不均勻，主要是指在集成的TFT器件中，每一個(gè)溝道中的晶粒的分布都有一定的隨機(jī)性)的技術(shù)缺陷。
[0004]有鑒于此，特提出本發(fā)明。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術(shù)問題
[0006]本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有非晶硅層表面存在粗糙度會(huì)使籽晶的產(chǎn)生存在一定的隨機(jī)性，從而造成晶粒的無規(guī)生長，進(jìn)而對(duì)大面積器件的局部電學(xué)特性有不良影響的技術(shù)問題。
[0007]( 二 )技術(shù)方案
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種低溫多晶硅薄膜的制造方法，包括在襯底上形成非晶硅層，利用掩膜板保護(hù)非晶硅層上源電極和漏電極所在區(qū)域，經(jīng)干刻形成圖案，再經(jīng)晶化處理后形成低溫多晶硅層。
[0009]其中，所述的晶化為橫向誘導(dǎo)晶化。
[0010]其中，利用氣相沉積法(PECVD)在襯底上形成非晶硅層。
[0011]其中，非晶硅層的厚度為48?52nm，優(yōu)選50nm。
[0012]其中，干刻(曝光處理)的深度為3?5nm。在該深度范圍內(nèi)，能夠使晶化過程中對(duì)非保護(hù)區(qū)域內(nèi)晶粒的大小和個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)理想的控制。
[0013]所述的襯底為玻璃基板或石英基板，優(yōu)選玻璃基板。
[0014]此外，所述方法還包括對(duì)低溫多晶硅層表面進(jìn)行平整化的后處理。所述的后處理包括但并不局限于:采用非晶硅層預(yù)處理時(shí)的掩膜板，以反性PR膠再進(jìn)行干刻，使低溫多晶硅層表面平整化。
[0015]本發(fā)明同時(shí)提供了上述方法得到的低溫多晶硅薄膜，基于本發(fā)明對(duì)制備方法的優(yōu)化調(diào)整，使所制備得到的低溫多晶硅薄膜具有理想的電學(xué)性能，從物理角度考慮，籽晶的均勻性，決定了以后多晶硅生長的均勻性(長程有序)。溝道層晶化硅的均勻生長對(duì)器件的穩(wěn)定性有很大幫助。通過控制干刻后源電極和漏電極所在區(qū)域(即SD區(qū))圖形的高度差，可以調(diào)整籽晶的大小和個(gè)數(shù)，從而影響激光晶化后多晶的大小和個(gè)數(shù)。
[0016]本發(fā)明還提供了一種低溫多晶硅薄膜晶體管，包括襯底，以及在襯底上形成的非晶硅層，所述的低溫多晶硅薄膜晶體管利用掩膜板保護(hù)非晶硅層上源電極和漏電極所在區(qū)域，經(jīng)干刻形成圖案，再經(jīng)晶化處理后形成低溫多晶硅層。
[0017]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的薄膜晶體管還包括在所述低溫多晶硅層的上方依次形成的柵絕緣層、柵電極、層間絕緣層，以及源電極和漏電極，所述源電極和漏電極分別通過貫穿層間絕緣層和柵絕緣層過孔與所述低溫多晶硅層的兩端相連。本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種陣列基板，包含上述的低溫多晶硅薄膜晶體管。
[0018]本發(fā)明還提供了含有上述陣列基板的顯示裝置。
[0019](三)有益效果
[0020]本發(fā)明通過在原工藝中，非晶硅層晶化之前對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，使其形成特定的圖案，從而使得非晶硅層在晶化過程中圖案下的非晶硅層接近完全熔融，而其他部分完全熔融，Si沿著圖案下的籽晶生長，可以提高區(qū)域晶粒生長的均勻性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明掩膜圖案設(shè)計(jì)圖；
[0022]圖2為本發(fā)明形成圖案后的非晶硅層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]其中，I為襯底；2為非晶硅層；3為源電極和漏電極所在區(qū)域(非曝光區(qū))；4為曝光區(qū)，其中圖2中的箭頭方向?yàn)榫Щ瘨呙璺较颉?br>
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明所述橫向誘導(dǎo)晶化低溫多晶硅薄膜的方法，通過對(duì)非晶硅層進(jìn)行預(yù)處理，即對(duì)非晶硅層先進(jìn)行一次掩膜和干刻工藝做出特定圖案，保護(hù)源電極和漏電極所在區(qū)域(SD區(qū))，使該區(qū)域略高于其它區(qū)域(此時(shí)SD并未形成，只是做出SD的位置)，通過預(yù)處理可以在SD區(qū)下方形成籽晶并延溝道方向生長，實(shí)現(xiàn)晶粒生長的均一性。
[0025]以下結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作詳細(xì)說明。
[0026]實(shí)施例1
[0027]本實(shí)施例提供了一種低溫多晶硅薄膜的制造方法(橫向誘導(dǎo)晶化)，以實(shí)現(xiàn)晶粒的均勻生長，具體而言，所述方法包括在襯底I上形成非晶硅層2，利用掩膜板保護(hù)非晶硅層2上源電極和漏電極所在區(qū)域3 (見圖1和圖2)，經(jīng)干刻形成圖案，再經(jīng)晶化處理后形成低溫多晶娃層。
[0028]在非晶硅晶化的過程中，圖案下的非晶硅接近完全熔融，而其它部分完全熔融，Si沿著圖案下的籽晶生長，可以提高各區(qū)域晶粒生長的均勻性。
[0029]進(jìn)一步地，本實(shí)施例優(yōu)選控制干刻的深度為3?5nm，實(shí)現(xiàn)工藝可以采用現(xiàn)有工藝，本發(fā)明對(duì)此不作特別限定。
[0030]本發(fā)明通過干刻來改變非晶硅層表面的形貌，針對(duì)各溝道層導(dǎo)電的特性設(shè)計(jì)了特殊的掩膜圖案，在準(zhǔn)分子激光晶化后可以對(duì)大面積器件整體的導(dǎo)電特性有所改善。其中對(duì)于掩膜圖案的設(shè)計(jì)是依據(jù)源電極和漏電極所在區(qū)域來設(shè)計(jì)的，使源電極和漏電極所在區(qū)域3為受保護(hù)的非曝光區(qū)域，TFT溝道區(qū)和其他部分則設(shè)計(jì)為曝光區(qū)4，以更好地促成晶粒沿非曝光區(qū)域下方的籽晶定向均勻生長，得到高質(zhì)量的低溫多晶硅層。
[0031]本發(fā)明利用氣相沉積法在襯底上形成非晶硅層。具體的形成手段可以采用現(xiàn)有工藝，非晶娃層的厚度可選48-52nm,優(yōu)選50nm。
[0032]其中，襯底I可以選擇多種可用于多晶硅薄膜形成的襯底，如玻璃基板、石英基板等，其厚度采用常規(guī)尺寸即可。
[0033]此外，所述方法還包括對(duì)低溫多晶硅層的表面進(jìn)行平整化的后處理。所述平整化處理可采用多種具體實(shí)施方案，包括但并不局限于:采用非晶硅層預(yù)處理時(shí)的掩膜板，以反性PR膠(photoresist)再進(jìn)行干刻(按反方式進(jìn)行)，使低溫多晶硅層表面回歸到平的狀態(tài)，再進(jìn)行LTPS后續(xù)工作。
[0034]本發(fā)明對(duì)掩膜圖案的特殊設(shè)計(jì)，使晶粒的增長能夠得到保證，同時(shí)還能兼顧到大面積晶粒均勻性的控制，同時(shí)能夠控制TFT溝道層中晶粒大小和個(gè)數(shù)。
[0035]基于本實(shí)施例對(duì)制備方法的改進(jìn)，本實(shí)施例制備得到的低溫多晶硅薄膜具有理想的電學(xué)性能，從物理角度考慮，籽晶的均勻性，決定了以后多晶硅生長的均勻性(長程有序)。溝道層晶化硅的均勻生長對(duì)器件的穩(wěn)定性有很大幫助。通過控制干刻后SD區(qū)圖形的高度差，可以調(diào)整籽晶的大小和個(gè)數(shù)，從而影響激光晶化后多晶的大小和個(gè)數(shù)。
[0036]實(shí)施例2
[0037]本實(shí)施例公開了一種薄膜晶體管(TFT)，該薄膜晶體管包括襯底，以及在襯底上形成的非晶硅層，同時(shí)，本實(shí)施例所述的低溫多晶硅薄膜晶體管利用掩膜板保護(hù)非晶硅層上源電極和漏電極所在區(qū)域，經(jīng)干刻形成圖案，再經(jīng)晶化處理后形成低溫多晶硅層。
[0038]同時(shí)，本實(shí)施例所述的薄膜晶體管還包括在所述低溫多晶硅層的上方依次形成的柵絕緣層、柵電極、層間絕緣層，以及源電極和漏電極，所述源電極和漏電極分別通過貫穿層間絕緣層和柵絕緣層過孔與所述低溫多晶硅層的兩端相連。
[0039]本實(shí)施例在非晶硅層的晶化過程前先加設(shè)一步掩膜，使晶化過程中，圖案外的Si沿著圖案下的籽晶生長，提高各區(qū)域的晶粒生長的均勻性。應(yīng)用至薄膜晶體管后，使薄膜晶體管(大面積)電學(xué)特性更均一，如保證開啟電壓的收斂性，同時(shí)具有更高的電子遷移率坐寸ο
[0040]實(shí)施例3
[0041]本實(shí)施例提供了一種陣列基板，該陣列基板包括實(shí)施例2中所述的低溫多晶硅薄膜晶體管，由此形成的陣列基板用于顯示器背板中時(shí)，能夠進(jìn)一步改善其電學(xué)特性，適用于有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管顯示器(AMOLED)、低溫多晶硅薄膜晶體管液晶顯示器(LTPSTFT-LCD)等領(lǐng)域。
[0042]實(shí)施例4
[0043]本實(shí)施例提供一種顯示裝置，該顯示裝置包括實(shí)施例3中所述的陣列基板。本實(shí)施例的顯示裝置，可以為有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管顯示器(AMOLED)或者液晶顯示器等，由于該顯示裝置中采用了實(shí)施例2所述的低溫多晶硅薄膜晶體管，在電學(xué)性能方面較現(xiàn)有產(chǎn)品有很大改善，能夠提高器件的開啟速度(溝道大晶粒生長)，可應(yīng)用于3D顯示行業(yè)，提高該顯示裝置的競爭能力。
[0044]試驗(yàn)例I
[0045]為了進(jìn)一步驗(yàn)證本發(fā)明所述橫向誘導(dǎo)晶化低溫多晶硅薄膜的方法的優(yōu)勢(shì)，以實(shí)施例I所制備得到的低溫多晶硅薄膜作為實(shí)驗(yàn)組，以常規(guī)方法制備得到的低溫多晶硅薄膜(即對(duì)非晶硅層不進(jìn)行預(yù)處理，不加設(shè)掩膜，直接對(duì)非晶硅層進(jìn)行晶化處理得到低溫多晶硅層，其他操作條件相同)作為對(duì)照組，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的晶化效果對(duì)比，
[0046]利用掃描電鏡(SEM)進(jìn)行觀察(先利用重鉻酸和氫氟酸進(jìn)行表面處理，使晶界更清晰，再用SEM觀察表面形貌)，觀察后的結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)組晶粒在每一柵極(Gate)對(duì)應(yīng)的多晶硅(P-Si)位置集中分布且晶粒較大，而對(duì)照組發(fā)現(xiàn)晶粒呈無歸分布方式且晶粒大小無法在特定區(qū)域控制。
[0047]此外,上述實(shí)施例中的實(shí)施方案可以進(jìn)一步組合或者替換,且實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)思想的前提下，本領(lǐng)域中專業(yè)技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變化和改進(jìn)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種低溫多晶硅薄膜的制造方法，包括在襯底上形成非晶硅層，其特征在于:利用掩膜板保護(hù)非晶硅層上源電極和漏電極所在區(qū)域，經(jīng)干刻形成圖案，再經(jīng)晶化處理后形成低溫多晶硅層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述非晶硅層的厚度為48?52nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造方法，其特征在于:所述非晶硅層的厚度為50nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于:干刻的深度為3?5nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述的襯底為玻璃基板或石英基板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述方法還包括對(duì)低溫多晶硅層表面進(jìn)行平整化的后處理。
7.—種低溫多晶硅薄膜晶體管，包括襯底，以及在襯底上形成的非晶硅層，其特征在于:利用掩膜板保護(hù)非晶硅層上源電極和漏電極所在區(qū)域，經(jīng)干刻形成圖案，再經(jīng)晶化處理后形成低溫多晶娃層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的低溫多晶硅薄膜晶體管，其特征在于:還包括在所述低溫多晶硅層的上方依次形成的柵絕緣層、柵電極、層間絕緣層，以及源電極和漏電極，所述源電極和漏電極分別通過貫穿層間絕緣層和柵絕緣層過孔與所述低溫多晶硅層的兩端相連。
9.一種陣列基板，其特征在于，包含權(quán)利要求7或8所述的低溫多晶硅薄膜晶體管。
10.一種顯示裝置，其特征在于:包含權(quán)利要求9所述的陣列基板。
【文檔編號(hào)】H01L27/12GK104078365SQ201410281754
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】王志強(qiáng), 康峰 申請(qǐng)人:京東方科技集團(tuán)股份有限公司, 鄂爾多斯市源盛光電有限責(zé)任公司