一種具有搭橋晶粒結(jié)構(gòu)的多晶硅薄膜及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種多晶硅薄膜，其中薄膜中具有平行的導(dǎo)電帶或?qū)щ娋€，所述導(dǎo)電帶或?qū)щ娋€連接多個晶粒。本發(fā)明還提供一種制備多晶硅薄膜的方法，包括：1)形成多晶硅薄膜；2)在多晶硅薄膜上形成掩膜；3)離子注入，在多晶硅薄膜中形成摻雜的導(dǎo)電帶或?qū)щ娋€。
【專利說明】一種具有搭橋晶粒結(jié)構(gòu)的多晶硅薄膜及其制備方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多晶硅技術(shù)，更具體地涉及一種具有搭橋晶粒結(jié)構(gòu)的多晶硅薄膜技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)的有源矩陣顯示領(lǐng)域，TFT通常是用非晶硅(a-Si)材料做成的。這主要是因?yàn)槠湓诖竺娣e玻璃底板上的低處理溫度和低制造成本。最近多晶硅用于高分辨率的液晶顯示器(IXD)和有源有機(jī)電致發(fā)光顯示器(AMOLED)。多晶硅還有著在玻璃基板上集成電路的優(yōu)點(diǎn)。此外，多晶硅具有較大像素開口率的可能性，提高了光能利用效率并且減少了 LC和底部發(fā)光OLED顯示器的功耗。眾所周知，多晶硅TFT更適合用于驅(qū)動OLED像素，不僅因?yàn)镺LED是電流驅(qū)動設(shè)備，a-Si TFT有驅(qū)動OLED的長期可靠性問題，而且也是因?yàn)榉蔷Ч桦娮舆w移率較小，需要大的W/L的比例，以提供足夠的OLED像素驅(qū)動電流。因此，對于高清晰度顯不器，聞品質(zhì)多晶娃TFT是必不可少的。
[0003]為了實(shí)現(xiàn)有源矩陣TFT顯示板的工業(yè)化生產(chǎn)，需要非常高的多晶硅薄膜的質(zhì)量。它需要滿足在大面積的玻璃基板上低溫處理，低成本的制造，制造工藝穩(wěn)定，高性能，器件性能的高均勻性和高可靠性。
[0004]高溫多晶硅技術(shù)可以用來實(shí)現(xiàn)高性能的TFT，但它不能被應(yīng)用在商業(yè)面板中使用的普通玻璃基板。在這種情況下，必須使用低溫多晶硅(LTPS)。有三個主要的LTPS技術(shù):(I)在600°C下退火很長一段時間的固相結(jié)晶(SPC) ；(2)準(zhǔn)分子激光結(jié)晶、退火(ELC/ELA)或快速加熱退火；(3)金屬誘導(dǎo)結(jié)晶(MIC)。ELC可以產(chǎn)生最佳效果，但受限于高的設(shè)備投資和維護(hù)成本，而且玻璃基板的尺寸也難以進(jìn)一步增加。SPC是最便宜的技術(shù)，但需要在600°C下退火24小時左右才 結(jié)晶。MIC的缺點(diǎn)是金屬污染和TFT器件的非均勻性。從而，還沒有任何一種技術(shù)能夠滿足所有上述的低成本和高性能的要求。
[0005]所有的多晶硅薄膜材料的共同點(diǎn)是，薄膜上的晶粒的結(jié)晶方向的大小和形狀在本質(zhì)上是隨機(jī)分布。當(dāng)這種多晶硅薄膜被用做TFT的有源層，TFT的電學(xué)特性受限于溝道中出現(xiàn)的晶界。晶粒的分布是隨機(jī)的，使得整個基板的TFT的電學(xué)特性不均勻。正是這種電學(xué)特性分布離散的問題，使得最終的顯示出現(xiàn)如mura的缺陷和非均勻的亮度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服上述缺陷，本申請?zhí)岢鲆环N新的方法來改善以上的TFT特性，包括ELA、SPC和MIC技術(shù)。通過摻雜多晶硅線，本征的多晶硅是由摻雜的平行線，稱之為搭橋晶粒結(jié)構(gòu)(BG)進(jìn)行連接。
[0007]本發(fā)明提供一種多晶硅薄膜，其中薄膜中具有平行的導(dǎo)電帶或?qū)щ娋€，所述導(dǎo)電帶或?qū)щ娋€連接多個晶粒。
[0008]根據(jù)本發(fā)明提供的多晶硅薄膜，其中所述導(dǎo)電帶或?qū)щ娋€由高摻雜的線條組成。
[0009]根據(jù)本發(fā)明提供的多晶硅薄膜，其中導(dǎo)電帶或?qū)щ娋€中的摻雜濃度在IO1Vcm2到IOlfVcm2范圍內(nèi)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明提供的多晶硅薄膜，其中多個導(dǎo)電帶或?qū)щ娋€的寬度和間距與晶粒大小類似。
[0011]本發(fā)明還提供一種制備多晶硅薄膜的方法，包括:1)形成多晶硅薄膜；2)在多晶硅薄膜上形成掩膜；3)離子注入，在多晶硅薄膜中形成摻雜的導(dǎo)電帶或?qū)щ娋€。
[0012]根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法，其中步驟I)可通過固相結(jié)晶、準(zhǔn)分子激光結(jié)晶、金屬誘導(dǎo)結(jié)晶而形成。根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法，其中金屬誘導(dǎo)結(jié)晶包括緩釋鎳誘導(dǎo)橫向晶化，使用鎳/硅氧化物作為誘導(dǎo)源。
[0013]根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法，其中使用鎳硅合金耙材，通過濺射形成所述鎳/硅氧化物。
[0014]本發(fā)明提供又一種制備多晶硅薄膜的方法，包括:1)形成非晶硅薄膜；2)在非晶硅薄膜上形成掩膜；3)離子注入，在非晶硅薄膜中形成摻雜的導(dǎo)電帶或?qū)щ娋€；4)使非晶硅薄膜晶化，形成多晶硅薄膜。
[0015]這種先在非晶硅上摻雜形成BG線再結(jié)晶的方法，與先把非晶硅結(jié)晶，再在多晶硅上形成BG線的方法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):當(dāng)在非晶硅上進(jìn)行P型摻雜，退火時更能促進(jìn)非晶硅的結(jié)晶；由于摻雜物質(zhì)在非晶硅結(jié)晶時會進(jìn)行擴(kuò)散，利用這點(diǎn)，可以更好地控制摻雜區(qū)與非摻雜區(qū)的比例，進(jìn)一步地縮小存在于非摻雜區(qū)的晶界的幾率，同時降低短路的風(fēng)險；再有，由于退火工藝是在摻雜之后，在把非晶硅結(jié)晶化的同時也把摻雜物激活了。
[0016]本發(fā)明還提供一種薄膜晶體管，采用所述的多晶硅薄膜作為有源層。根據(jù)本發(fā)明提供的薄膜晶體管，其中平行的導(dǎo)電帶或?qū)щ娋€的方向垂直于電流方向。
[0017]本發(fā)明還提供一種薄膜晶體管的制備方法，包括:1)采用所述的方法形成多晶硅薄膜；2)采用所述多晶硅薄膜用作有源層，形成源極、漏極、柵極。本發(fā)明提供一種有源矩陣顯示器，包括所述的薄膜晶體管。
[0018]使用這種BG多晶硅層作為有源層，保證電流垂直流過平行線TFT設(shè)計，晶界的影響可以減少。閾值電壓，開關(guān)比率，器件遷移率，整個基板的均勻性，亞閾值斜率和器件的可靠性這些重要的特性都可以使用現(xiàn)在的這種技術(shù)得到改進(jìn)。這些改進(jìn)，同時也可以使得成本較低，價格更為低廉，使高性能的LTPS TFT成為現(xiàn)實(shí)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]以下參照附圖對本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說明，其中:
[0020]圖1a和圖1b分別為低溫多晶硅薄膜和對應(yīng)的勢壘分布的示意圖；
[0021]圖2a和圖2b分別為搭橋晶粒多晶娃薄I旲和對應(yīng)的勢魚分布的不意圖；
[0022]圖3為形成BG線結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖；
[0023]圖4為以PR1075形成的周期為I μ m的BG線圖案的SEM圖片；
[0024]圖5為勞埃德干涉示意圖；
[0025]圖6為使用LIL形成BG線的橫截面示意圖；
[0026]圖7為通過LIL系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的正膠片的SEM圖片；
[0027]圖8為通過LIL系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的負(fù)膠片的SEM圖片；
[0028]圖9為NIL過程示意圖，圖9a為壓膜，圖9b為脫模；[0029]圖10a、IOb和IOc分別為樣品A、樣品B和樣品C結(jié)晶的橫截面不意圖；
[0030]圖11為所有樣品通過光刻膠和離子注入形成BG線后的橫截面示意圖；
[0031]圖12a、12b和12c為TMAH刻蝕大晶粒多晶硅、小晶粒多晶硅和SR-MILC多晶硅的顯微照片；
[0032]圖13為BG TFT結(jié)構(gòu)橫截面示意圖；
[0033]圖14為TMAH的蝕刻后的SR-MILC多晶硅的區(qū)域微觀圖.可以看到晶粒及其低角度晶界與MILC方向基本平行，已用點(diǎn)線圈標(biāo)出A型和B型TFTs的電流方向平行和垂直于MILC方向；
[0034]圖15為一般的A型和B型SR-MILC TFTs的特有的對數(shù)比例曲線，主要的差異在于亞閾值區(qū)域；
[0035]圖16a 和 16b 分別為以 Vgs 作為函數(shù)，當(dāng) Vds = -0.1V 和 Vds = -5V 時，SR-MILC和不同劑量摻雜BG SR-MILC P型TFT的轉(zhuǎn)移特性曲線；
[0036]圖17a和17b分別為樣品SI和樣品S2的BG結(jié)構(gòu)的不意圖；
[0037]圖18為Tsuprem4過程模擬仿真儀得到的SI和S2沿多晶硅薄膜縱深方向硼分布的剖面圖；
[0038]圖19 為當(dāng) Vds = -5V 時，p-channel BG SR-MILC TFTs SI 和 S2 以 VGS 作為函數(shù)的轉(zhuǎn)移特性曲線；
[0039]圖20為不同溝道長度的SR-MILC TFTs的閾值電壓。
【具體實(shí)施方式】
[0040]通常情況下，多晶硅由兩個部分組成，一種是單一的晶粒區(qū)域，另一種是晶界。晶粒內(nèi)的導(dǎo)電特性幾乎是相同的，而跨晶界的傳導(dǎo)較差，這會導(dǎo)致整體的遷移率的損失和閾值電壓的增加。多晶硅薄膜的薄膜晶體管(TFT)的有源通道通常由這樣的多晶硅薄膜組成。隨意性和變化的導(dǎo)電特性不利于顯示性能和畫面質(zhì)量。典型的多晶硅結(jié)構(gòu)圖如圖1a所示，低溫多晶硅薄膜包括晶粒和晶粒的邊界。相鄰的晶粒之間有明顯的晶界。通常情況下，晶粒的長度是在幾十納米，到幾微米大小之間，被認(rèn)為是一個單一的晶體。晶界處通常分布有很多錯位，堆棧故障和懸掛鍵缺陷。由于不同的制備方法，低溫多晶硅薄膜內(nèi)的晶?？赡苁请S機(jī)分布或呈方向性分布的。
[0041]在晶界存在嚴(yán)重缺陷，將引起高勢壘，如在圖1b所示。勢壘(或斜勢壘的垂直分量)垂直方向的載流子傳輸會影響到初始狀態(tài)和載流能力。這種低溫多晶硅薄膜制備的薄膜晶體管閾值電壓，場效應(yīng)遷移率都受限于晶界勢壘。起連結(jié)作用的晶粒邊界應(yīng)用于TFT時，也會在高的反向柵極電壓下，造成較大的漏電流。
[0042]搭橋晶粒(BG)的多晶硅技術(shù)是在TFT的有源層，通過使用平行導(dǎo)電帶或線連接晶粒的技術(shù)。形成導(dǎo)電帶或垂直方向的電流流過的晶粒的跨越線，可以大大提高TFT的性能。這些跨越線可以減少結(jié)晶晶界的影響，如在圖2(b)項(xiàng)所示。這種結(jié)構(gòu)被定義為搭橋晶粒(BG)的結(jié)構(gòu)。
[0043]所述“搭橋”是由平行的高摻雜的線條組成，我們稱之為BG線。多晶硅薄膜上形成的BG線應(yīng)狹窄，彼此非常接近。該線的寬度和間距應(yīng)與晶粒的大小類似。導(dǎo)電線不應(yīng)互相接觸，并應(yīng)涵蓋整個多晶硅薄膜以便以后處理。BG線的主要功能是在晶粒之間垂直于電流的流動方向架橋。因此，電流沿著這些線路流動不再是一個重要問題。
[0044]圖2a為所示的搭橋晶粒結(jié)構(gòu)的多晶硅薄膜示意圖。導(dǎo)電線垂直于電流的流動方向。這些導(dǎo)電線可用P或η型摻雜半導(dǎo)體摻雜離子形成。摻雜量可以調(diào)整，以創(chuàng)建導(dǎo)電通道，通常在IO1Vcm2到IOlfVcm2范圍。摻雜的模式可以用各種的方法進(jìn)行，如簡單的光刻，激光干涉，或納米壓印光刻技術(shù)等。
[0045]實(shí)施例1
[0046]本實(shí)施例提供形成具有搭橋晶粒(BG)線的多晶硅薄膜的方法，包括:
[0047]I)在多晶硅薄膜表面旋涂一層PR 1075光刻膠，PR光刻膠旋涂之后，樣品被加熱到90度進(jìn)行軟烤，加熱時間為I分鐘，軟烤的目的是為了減少光刻膠的溶劑，從?20%到?5%，同時釋放誘導(dǎo)旋涂薄膜的應(yīng)力，軟烤后，使用ASM PAS5000步進(jìn)光刻機(jī)在波長為365nm光下對光刻膠進(jìn)行曝光，在110°C燒烤I分鐘之后，然后樣品被浸泡到FHD-530秒進(jìn)行顯影處理，顯露在光下的光刻膠溶解在溶解液里，并沒有接觸到光的部分是保持原樣，從而使BG線圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上(如圖3所示)，形成周期為Iym的BG線圖案(其SEM照片如圖4所示)；
[0048]2)在120°C硬烤后，樣品被送到CF3000里進(jìn)行離子注入。
[0049]NFF(The Nanoelectronics Fabrication Facility 納米電子制造工廠)的 ASML5000型的步進(jìn)光刻機(jī)，比率為5比1，這保證了最小線寬和最小間隔為0.5μπι。因此，最低的線周期限制在I μ m。
[0050]本實(shí)施例通過光刻生成BG圖案和離子注入兩個步驟，得到了由單個重復(fù)周期為I μ m的摻雜多晶硅平行線組成的BG線。
[0051]在其他實(shí)施例中，也可以在非晶硅上先形成BG線后再將非晶硅結(jié)晶成多晶硅，即BG線可以形成在結(jié)晶前或后。
[0052]這種先在非晶硅上摻雜形成BG線再結(jié)晶的方法，與先把非晶硅結(jié)晶，再在多晶硅上形成BG線的方法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):當(dāng)在非晶硅上進(jìn)行P型摻雜，退火時更能促進(jìn)非晶硅的結(jié)晶；由于摻雜物質(zhì)在非晶硅結(jié)晶時會進(jìn)行擴(kuò)散，利用這點(diǎn)，可以更好地控制摻雜區(qū)與非摻雜區(qū)的比例，進(jìn)一步地縮小存在于非摻雜區(qū)的晶界的幾率，同時降低短路的風(fēng)險；再有，由于退火工藝是在摻雜之后，在把非晶硅結(jié)晶化的同時也把摻雜物激活了。
[0053]實(shí)施例2
[0054]BG線圖案也可以用激光干涉光刻技術(shù)(LIL)來實(shí)現(xiàn)，這是容易在大面積基板實(shí)現(xiàn)，而不需要一個掩膜版。激光干涉光刻技術(shù)(LIL)是在一個較大的區(qū)域基板上制造周期性的和準(zhǔn)周期性圖案的首選方法。
[0055]使用基于如圖5所示的勞埃德干涉的裝置。正規(guī)圖案是由干涉激光束和反射激光束構(gòu)成。由于第二束激光束是由一面非常接近基板的鏡子形成，這樣的設(shè)置與一個真正的雙光束干涉設(shè)置相比，其對振動不太敏感。干涉圖案的周期，以及在基板上的抗蝕層光柵記錄，是由公式P= X/(2sin0)決定。使用363.8nm的光源,300納米至1000納米的周期，是可以很容易調(diào)出的。
[0056]本實(shí)施例提供形成具有搭橋晶粒(BG)線的多晶硅薄膜的方法，包括:
[0057]I)在多晶硅薄膜上旋涂一層280nm的防反射涂層(ARC)并在175°C下硬烤，然后于ARC層上旋涂?300nm厚的PR 1075光刻膠，把樣品放到90度環(huán)境加熱lmins，然后把光刻膠放在LIL系統(tǒng)中進(jìn)行曝光，如對于PR1075光刻膠，選?60mJ/cm2光能，曝光后在110°C燒烤I分鐘，然后樣品被浸泡到FHD-530秒進(jìn)行顯影處理，從而使BG線圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上，其截面結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示；
[0058]2)在120°C硬烤后，樣品被送到CF3000離子注入系統(tǒng)進(jìn)行BG離子注入，BG離子注入后，PR膠在氧等離子體溫度在100°C環(huán)境下30min剝奪去除。
[0059]所得到的多晶硅薄膜可以被稱為BG-poly-Si，可作為TFT有源層使用。
[0060]圖7為使用LIL系統(tǒng)的正膠的SEM照片。應(yīng)該指出，使用正性光刻膠形成光柵圖案通常的PR線比溝槽狹窄，如圖7所示。在這種情況下，離子注入和激活后，由于注入橫向蔓延的現(xiàn)象和在激活過程中的擴(kuò)散等原因，鄰近BG線太容易發(fā)生短路。
[0061]要解決這個問題，經(jīng)LIL系統(tǒng)曝光后，可在氨氣環(huán)境下90°C加熱30分鐘。然后樣品被推進(jìn)暴露在200mJ/cm2能源的UV光環(huán)境。最后,經(jīng)過處理后，正膠變?yōu)樨?fù)膠,顯影后如圖8所示，能夠使后續(xù)形成的BG線間距增大，防止由于注入橫向蔓延的現(xiàn)象和在激活過程中的擴(kuò)散等原因使鄰近的BG線短路。
[0062]本實(shí)施例通過激光干涉光刻技術(shù)(LIL)生成BG圖案和離子注入兩步驟，得到由重復(fù)周期為300納米至1000納米的摻雜多晶硅平行線組成的BG線。
[0063]在其他實(shí)施例中，也可以在非晶硅上先形成BG線后再將非晶硅結(jié)晶成多晶硅，即BG線可以形成結(jié)晶前或后。
[0064]實(shí)施例3
[0065]另一種能夠?qū)崿F(xiàn)了小尺寸的BG線圖案的方式是納米壓印光刻(NIL)技術(shù)。NIL是一個簡單的光刻工藝，具有成本低，高量產(chǎn)和高分辨率。它是通過在抗蝕劑上的印記的機(jī)械變形和后續(xù)工序來形成圖案化?？刮g劑的印記通常是由一個單體或聚合物制劑經(jīng)過印制在熱或紫外光固化過程中形成的。
[0066]NIL的原理如圖9所示，將有著納米尺度的起伏形狀表面的硬模具壓入在基板上聚合物材料，從而在聚合物材料上形成高低起伏的厚度對比。薄薄的聚合物材料的殘積層是有意留模具突起部分的底下，作為柔軟的緩沖層，以防止硬模具直接影響到基板，同時也有效保護(hù)模具表面細(xì)膩的納米尺度的起伏形狀表面以及設(shè)備表面。經(jīng)過NIL處理之后，使BG形圖案轉(zhuǎn)移到基板上，然后再進(jìn)行BG離子注入。
[0067]實(shí)施例4
[0068]本實(shí)施例提供一種形成具有搭橋晶粒(BG)線的多晶硅薄膜的方法，包括:
[0069]I)在Eage 12000玻璃基板上，使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PEV⑶)沉積300nm的氧化硅(SiO2)。然后用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)方法在550°C環(huán)境下沉積45納米的a-Si ；
[0070]2)在I %的氫氟酸容液(HF)里浸潰I分鐘到去除的自然氧化層后，放進(jìn)溫度為550度的氧化環(huán)境15分鐘，使a-Si表面形成一層SiO2納米氧化層；
[0071]3)在該納米層上濺射一層緩釋(SR)鎳/硅氧化源層進(jìn)行金屬誘導(dǎo)結(jié)晶，采用鎳硅合金作為靶材，鎳硅比為:Ni: Si = I: 9，濺射是在氬氣與氧氣200: I的比例混合環(huán)境中進(jìn)行，濺射直流電源是7W，濺射時間為90秒；
[0072]4)在590度N2氣氛下加熱6個小時，到a_Si完全結(jié)晶為止，圖1Oa為該結(jié)晶方案的截面示意圖；[0073]5)浸泡120°C混合溶液H2S04+H202中10分鐘，以去除表面上殘留的鎳。然后放到I %的氟氫酸(HF)浸泡I分鐘，以去除納米涂層，再沉積IOOnm的LTO ；
[0074]6)使用實(shí)施例1中所述的波長為365nm的ASM PAS5000步進(jìn)光刻機(jī)形成BG圖案，BG線周期是I微米。
[0075]7)在120°C烘烤30分鐘后，對于所有的P溝道TFT，在40KeV的能量和2E15/cm2劑量下使用硼為BG摻雜，對于所有的N型TFT，用磷為BG摻雜，這里的BG摻雜是通過兩個步驟進(jìn)行，在每一步的劑量為lE15/cm2，注入能量分別為80KeV和130KeV，得到如圖11所示的結(jié)構(gòu)；
[0076]8)使用氧等離子體在100攝氏度下30分鐘剝離光刻膠，去除PR光刻膠之后，IOOnm的LTO也使用777的濕刻去除。在BG這一步完成后，整個部分摻雜多晶硅薄膜可以稱為BG-poly-Si，可用于TFT有源層。
[0077]利用緩釋鎳/硅氧化源層進(jìn)行金屬誘導(dǎo)結(jié)晶的過程中，緩釋鎳/硅氧化源在一個相對較慢的速度中只作為鎳的補(bǔ)充源。這種鎳誘導(dǎo)源的鎳由硅和鎳硅氧化物反應(yīng)中慢慢提供，這跟純鎳源提供大量的純鎳原子有很大的不同。因此，鎳氧化物提供的鎳量小于純鎳源，這種緩釋放反應(yīng)鎳在多晶硅中會減少殘留鎳的含量。
[0078]本實(shí)施例中提供的方法的步驟4)所得到的多晶硅薄膜被四甲基氫氧化銨(TMAH)蝕刻液在室溫蝕刻后表現(xiàn)出的薄膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖12a所示，本實(shí)施例得到的多晶硅為大型晶粒多晶娃，有著高遷移率、低成本和低溫退火的特征。
[0079]實(shí)施例5
[0080]本實(shí)施例提供一種形成具有搭橋晶粒(BG)線的多晶硅薄膜的方法，包括:
[0081]I)在Eagel2000玻璃基板上，使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PEV⑶)沉積300nm的氧化硅(SiO2)。然后用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)方法在550°C環(huán)境下沉積45納米的a-Si ；
[0082]2)在1%的氫氟酸容液(HF)里浸潰I分鐘到去除的自然氧化層后，浸入溫度為120度的H2S04+H202混合溶液10分鐘，使a-Si表面形成一層SiO2納米層；
[0083]3)在該納米層上濺射一層緩釋(SR)鎳/硅氧化源層進(jìn)行金屬誘導(dǎo)結(jié)晶，采用鎳硅合金作為靶材，鎳硅比為:Ni: Si = I: 9，濺射是在氬氣與氧氣200: I的比例混合環(huán)境中進(jìn)行，濺射直流電源是7W，濺射時間為2分鐘；
[0084]4)在590度N2氣氛下加熱6個小時，到a_Si完全結(jié)晶為止，圖1Ob為該結(jié)晶方案的截面示意圖；
[0085]5)浸泡120°C混合溶液H2S04+H202中10分鐘，以去除表面上殘留的鎳。然后放到1%的氟氫酸(HF)浸泡I分鐘，以去除納米涂層，再沉積IOOnm的LTO(低溫氧化物);
[0086]6)使用實(shí)施例1中所述的波長為365nm的ASM PAS5000步進(jìn)光刻機(jī)形成BG圖案，BG線周期是I微米；
[0087]7)在120°C烘烤30分鐘后，對于所有的P溝道TFT，在40KeV的能量和2E15/cm2劑量下使用硼為BG摻雜，對于所有的N型TFT，用磷為BG摻雜，這里的BG摻雜是通過兩個步驟進(jìn)行，在每一步的劑量為lE15/cm2，注入能量分別為80KeV和130KeV，得到如圖11所示的結(jié)構(gòu)；
[0088]8)使用氧等離子體在100°C溫度下30分鐘剝離光刻膠，去除PR光刻膠之后，IOOnm的LTO也使用777的濕刻去除。在BG這一步完成后，整個部分摻雜多晶硅薄膜可以稱為BG-poly-Si，可用于TFT有源層。
[0089]本實(shí)施例中提供的方法的步驟4)所得到的多晶硅薄膜被四甲基氫氧化銨(TMAH)蝕刻液在室溫蝕刻后表現(xiàn)出的薄膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖12b所示，本實(shí)施例得到的多晶硅為小晶粒(絮狀結(jié)構(gòu))的多晶硅薄膜，有著較小的遷移率和較高的鎳殘留量，然而這項(xiàng)技術(shù)具有均勻性好，成本低，退火時間短，更寬的工藝處理窗口等優(yōu)點(diǎn)。
[0090]實(shí)施例6
[0091]本實(shí)施例提供一種形成具有搭橋晶粒(BG)線的多晶硅薄膜的方法，包括:
[0092]I)在Eage 12000玻璃基板上，使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PEV⑶)沉積300nm的氧化硅(SiO2)。然后用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)方法在550°C環(huán)境下沉積45納米的a-Si ；
[0093]2)在I %的氫氟酸容液(HF)里浸潰I分鐘到去除的自然氧化層后，沉積一層100納米厚的低溫氧化物(LTO)；
[0094]3)通過光亥_蝕刻工藝，在LTO層上形成寬度為8微米間隔為IOOym的凹槽作為誘導(dǎo)線(IL)，如圖1OC所示，浸泡到120度的H2S04+H202混合溶液里10分鐘以去除光刻膠，濺射一層緩釋(SR)鎳/硅氧化源層進(jìn)行金屬誘導(dǎo)結(jié)晶，采用鎳硅合金作為靶材，鎳硅比為:N1: Si = 1: 9，濺射是在氬氣與氧氣200: I的比例混合環(huán)境中進(jìn)行，濺射直流電源是7W，濺射時間為6分鐘；
[0095]4)在590°C下，N2氣氛加熱2小時進(jìn)行結(jié)晶，圖1Oc為該結(jié)晶方案的截面不意圖；
[0096]5)沉浸到120度的H2S04+H202混合溶液10分鐘，去除表面上殘留的鎳；
[0097]6)使用實(shí)施例1中所述的波長為365nm的ASM PAS5000步進(jìn)光刻機(jī)形成BG圖案，BG線周期是I微米；
[0098]7)在120°C烘烤30分鐘后，對于所有的P溝道TFT，在40KeV的能量和2E15/cm2劑量下使用硼為BG摻雜，對于所有的N型TFT，用磷為BG摻雜，這里的BG摻雜是通過兩個步驟進(jìn)行，在每一步的劑量為lE15/cm2，注入能量分別為80KeV和130KeV，得到如圖11所示的結(jié)構(gòu)；
[0099]8)使用氧等離子體在100°C溫度下30分鐘剝離光刻膠，去除PR光刻膠之后，IOOnm的LTO也使用777的濕刻去除。在BG這一步完成后，整個部分摻雜多晶硅薄膜可以稱為BG-poly-Si，可用于TFT有源層。
[0100]本實(shí)施例中提供的方法的步驟4)所得到的多晶硅薄膜被四甲基氫氧化銨(TMAH)蝕刻液在室溫蝕刻后表現(xiàn)出的薄膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖12c所示，本實(shí)施例得到的多晶硅為緩釋鎳誘導(dǎo)橫向結(jié)晶(SR-MILC)多晶硅薄膜，提供了一個更廣泛的工藝窗口，可以防止分批處理對多晶硅薄膜晶體管之間的工藝參數(shù)變化的影響。
[0101]實(shí)施例7
[0102]本實(shí)施例提供一種薄膜晶體管的制造方法，包括:
[0103]I)利用上述實(shí)施例4提供的方法形成具有搭橋晶粒(BG)線的多晶硅薄膜；
[0104]2)用AME8110活性離子蝕刻機(jī)把這些部分摻雜的BG-poly-Si薄膜圖案化成有源島;
[0105]3)經(jīng)過干式蝕刻，光刻膠被氧離子去除；[0106]4)用I % HF去除自然氧化層之后，在425°C經(jīng)LPCVD沉積IOOnm的低溫氧化物(LTO)作為柵極絕緣層；
[0107]5)沉積300nm的鋁(或280nm的多晶硅)并圖案化成柵電極，對P型和N型TFT的源漏極分別進(jìn)行劑量為4 X IO1Vcm2的硼和磷摻雜；
[0108]6)沉積一層500nm的LTO隔離層并同時激活摻雜物；
[0109]7)刻蝕接觸孔，然后濺射一層700nm的鋁_1 %硅的接觸導(dǎo)線并圖案化，形成BG-poly-TFT，其橫截面示意圖如圖13所示。
[0110]實(shí)施例8
[0111]本實(shí)施例提供一種SR-MILC TFT,圖14為TMAH的蝕刻后的SR-MILCTFT的區(qū)域微觀圖。本實(shí)施例中，誘導(dǎo)線的寬度是8微米，兩條相鄰誘導(dǎo)線之間的距離是100微米。金屬誘導(dǎo)側(cè)向結(jié)晶產(chǎn)生于伸長晶粒和相關(guān)連的低角度晶粒邊界GBS，低角度晶粒邊界主要是沿著MILC方向，如圖14虛線圈所示。低角度GBS和水平MILC方向之間的角度通常小于30°。這相對有序的和各向異性的微觀結(jié)構(gòu)與那些SPC和LPCVD多晶硅不同，其隨機(jī)成核和均勻晶粒生長導(dǎo)致各向同性的微觀結(jié)構(gòu)和電氣性能。采用傳統(tǒng)LTPS TFT工藝制作兩種類型的P-通道的TFT。所有的TFT有著相同的10 μ m的有源溝道寬度(W)，和從I微米到20微米不等的不同的溝道長度(L)。此外，所有的TFT有源通道位于優(yōu)良的MILC區(qū)域，這意味著每一個TFT有源通道的邊緣至少離誘導(dǎo)線和兩條誘導(dǎo)線中間的LLGB線7微米。A型TFT電流平行于MILC結(jié)晶方向，B型TFT的電流垂直于MILC結(jié)晶方向。此外，BG線垂直于電流方向的BG結(jié)構(gòu)被應(yīng)用到A型和B型的兩種薄膜晶體管，以減少這種SR-MILC多晶硅薄膜的各向異性影響。這種斑馬線般的BG多晶硅薄膜是由互相平行的0.5 μ m固有多晶硅線和0.5 μ m摻硼多晶硅線重復(fù)組成。
[0112]圖15為正規(guī)的SR-MILC多晶硅TFT在Vds = -5V時典型的對數(shù)比例轉(zhuǎn)移曲線，其中，A型TFT電流平行于MILC結(jié)晶方向，B型TFT的電流垂直于MILC結(jié)晶方向。在這里，TFT的寬度和長度分別為ΙΟμπι和14 μ m。除了如圖15所示，用點(diǎn)圈表示的亞閾值區(qū)域外，基本上所有的TFT顯示相同的轉(zhuǎn)移曲線。
[0113]實(shí)施例9
[0114]本實(shí)施例中，制作具有相同BG結(jié)構(gòu)的SR-MILC，但摻雜劑量不同，對摻雜入不同劑量的TFT進(jìn)行比較。在這里，50nm的低壓化學(xué)氣相沉積的LTO被用來作為柵極絕緣層，這與先前的SR-MILC TFT不同。圖16顯示的為以Ves作為函數(shù)，當(dāng)Vds =-0.1V(a)和Vds=-5V(b)時，SR-MILC TFT和不同劑量摻雜BG SR-MILC TFT的轉(zhuǎn)移特性曲線。表I列出非BG和在不同摻雜量BG結(jié)構(gòu)的P型SR-MILC多晶硅薄膜晶體管的電學(xué)參數(shù)。當(dāng)Vds = -0.1V，隨著摻雜量的增加最小漏電流減小。但是，當(dāng)摻雜劑量去到4E15/cm2，最小漏電流就會變得更大，這是相鄰BG線之間短路而引起的。當(dāng)BG摻雜劑量較小，像lE14/cm2和lE15/cm2，亞閾值擺幅(S)分別為0.36V/decade和0.35/decade，這也比原來的SR-MILC TFT亞閾值擺幅0.4V/decade小。然而，當(dāng)摻雜劑量更高時，由于注入分布擴(kuò)散和用于TFT制造的熱處理過程中硼的橫向擴(kuò)散，位于BG線之間的多晶硅線成為光正極性。在一定的注入能量下更高的劑量會引起較大的橫向擴(kuò)散范圍。這就是說，當(dāng)摻雜劑量是4E15/cm2，鄰近BG就會互相之間短路，從而導(dǎo)致更大的漏電流，換句話說，BG的TFT通道將不再能被關(guān)斷。
[0115]當(dāng)Vds = -5V，如圖16(b)所示，BG注入劑量越高漏電流越低，TFT反向偏置具有較高的漏電壓。這是因?yàn)椋^高的BG摻雜，會在BG-TFT溝道的摻雜多晶硅和非摻雜多晶硅的線之間形成較高的勢壘高度。因此，漏電流變得更小。
[0116]表1在不同摻雜劑量下，BG結(jié)構(gòu)與非BG結(jié)構(gòu)P型溝道SR-MILC多晶硅TFT的電學(xué)參數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種多晶硅薄膜，其中薄膜中具有平行的導(dǎo)電帶或?qū)щ娋€，所述導(dǎo)電帶或?qū)щ娋€連接多個晶粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅薄膜，其中所述導(dǎo)電帶或?qū)щ娋€由摻雜的線條組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅薄膜，其中導(dǎo)電帶或?qū)щ娋€中的摻雜濃度在IO1Vcm2到IOlfVcm2范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅薄膜，其中多個導(dǎo)電帶或?qū)щ娋€的寬度和間距接近晶粒大小的一半。
5.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅薄膜的方法，包括: 1)形成多晶硅薄膜； 2)在多晶硅薄膜上形成掩膜； 3)離子注入，在多晶硅薄膜中形成摻雜的導(dǎo)電帶或?qū)щ娋€。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其中步驟I)可通過固相結(jié)晶、準(zhǔn)分子激光結(jié)晶、金屬誘導(dǎo)結(jié)晶而形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其中金屬誘導(dǎo)結(jié)晶包括緩釋鎳誘導(dǎo)橫向晶化，使用鎳/硅氧化物作為誘導(dǎo)源。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其中使用鎳硅合金耙材，通過濺射形成所述鎳/硅氧化物。
9.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅薄膜的方法，包括: 1)形成非晶硅薄膜； 2)在非晶硅薄膜上形成掩膜； 3)離子注入，在非晶硅薄膜中形成摻雜的導(dǎo)電帶或?qū)щ娋€； 4)使非晶硅薄膜晶化，形成多晶硅薄膜。
10.一種薄膜晶體管，采用如權(quán)利要求1所述的多晶硅薄膜作為有源層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的薄膜晶體管，其中平行的導(dǎo)電帶或?qū)щ娋€的方向垂直于電流方向。
12.一種薄膜晶體管的制備方法，包括: 1)采用權(quán)利要求5或9所述的方法形成多晶硅薄膜； 2)采用所述多晶硅薄膜用作有源層，形成源極、漏極、柵極。
13.一種有源矩陣顯示器，包括權(quán)利要求10所述的薄膜晶體管。
【文檔編號】H01L21/336GK103779391SQ201110461884
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月23日
【發(fā)明者】趙淑云, 郭海成, 王文 申請人:廣東中顯科技有限公司