低溫多晶硅薄膜晶體管及其陣列基板與顯示裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種多晶硅薄膜及薄膜晶體管及其陣列基板與顯示裝置，該低溫多晶硅薄膜晶體管包括基板、在基板上形成的緩沖層，以及通過構(gòu)圖工藝在緩沖層上形成的有源層，此外，在所述的有源層上還形成有絕熱保溫層。本實(shí)用新型通過在在多晶硅薄膜結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)絕熱保溫層，該絕熱保溫層與緩沖層分別在有源層的上表面和下表面來抑制熔融硅中溫度的擴(kuò)散，起到雙層保溫的作用，從而明顯延長多晶硅晶化的時(shí)間。同時(shí)，絕熱保溫層的圖案設(shè)計(jì)可以使有源層在圖案邊緣部分先結(jié)晶形成多晶硅籽晶，引導(dǎo)熔融硅生長，有助于大尺寸晶粒的生長，有效的提高了TFT的遷移率。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及顯示【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種低溫多晶硅薄膜晶體管及其陣列基 板與顯示裝置。 低溫多晶硅薄膜晶體管及其陣列基板與顯示裝置

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著平面顯示器技術(shù)的蓬勃發(fā)展，有源矩陣式有機(jī)發(fā)光顯示器（Active Matrix Organic Light Emitting Diode,簡稱AM0LED)由于其具有更輕薄、自發(fā)光和高反應(yīng)速率 等優(yōu)良特性，成為未來顯示器發(fā)展的趨勢。其可以包括依次形成在基板上的有源開關(guān)、絕緣 層、透明電極、發(fā)光層和金屬電極，其中，有源開關(guān)通過接觸孔與透明電極連接，以控制圖像 數(shù)據(jù)的寫入。目前，為適應(yīng)AM0LED尺寸大型化的發(fā)展，有源開關(guān)通常采用低溫多晶硅薄膜 晶體管（Low Temperature Poly-silicon TFT,簡稱LTPS-TFT)作為像素開關(guān)控制元件；而 用于制備LTPS-TFT的低溫多晶硅薄膜的品質(zhì)好壞與否對于LTPS-TFT的電性表現(xiàn)有著直接 影響，因此，低溫多晶硅薄膜的制造技術(shù)也越來越受到重視。
[0003] 在LTPS-TFT及半導(dǎo)體器件的制備工藝中，有源層的形成一般都是先沉積一定厚 度的非晶硅層，然后采用特殊工藝使非晶硅晶化形成多晶硅，以提高有源層中載流子的遷 移率。目前非晶硅晶化技術(shù)采用的主要工藝為準(zhǔn)分子激光晶化（ELA)。
[0004] 在ELA工藝中，其晶化方法是采用一定波長的高能量的激光照射于非晶硅薄膜表 面，經(jīng)照射后硅薄膜表面的溫度迅速升至1400°C左右，此時(shí)非晶硅呈熔融狀態(tài)，當(dāng)激光能量 撤離后，基板迅速冷卻，在冷卻過程中非晶硅晶化形成多晶硅。在該過程中，基板的冷卻速 度過快，晶粒沒有足夠的時(shí)間生長，導(dǎo)致晶粒尺寸較小，載流子遷移率較低，TFT及半導(dǎo)體器 件的反應(yīng)速度慢且功耗高，產(chǎn)品競爭力無法得到提升等問題。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] (一）要解決的技術(shù)問題
[0006] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是如何克服非晶硅晶化形成多晶硅的過程中，基板 的冷卻速度過快，晶粒沒有足夠的時(shí)間生長，導(dǎo)致晶粒尺寸較小，載流子遷移率較低，TFT及 半導(dǎo)體器件的反應(yīng)速度慢且功耗高，產(chǎn)品競爭力無法得到提升等問題。
[0007] (二）技術(shù)方案
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種低溫多晶硅薄膜晶體管，所述低溫 多晶硅薄膜晶體管包括基板、在基板上形成的緩沖層，以及通過構(gòu)圖工藝在緩沖層上形成 的有源層，此外，在所述的有源層上還形成有絕熱保溫層。
[0009] 其中，所述有源層的邊緣未被絕熱保溫層覆蓋。優(yōu)選所述未被絕熱保溫層覆蓋的 所述有源層的邊緣寬度為不大于有源層寬度的1/4。
[0010] 其中，所述絕熱保溫層通過噴涂工藝形成，其厚度范圍為30-100A。其中，所述絕 熱保溫層由耐高溫抗壓、導(dǎo)熱系數(shù)低、粘附性好的材料制備而成，在高溫下對有源層不會(huì)產(chǎn) 生不良影響。 toon] 具體而言，所述絕熱保溫層的材料包括氮化硅和氧化硅（優(yōu)選但不限于氮化硅、 氧化硅）。
[0012] 進(jìn)一步地，本實(shí)用新型所述的低溫多晶硅薄膜晶體管還包括在所述絕熱保溫層的 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、柵絕緣層及絕熱保溫層的過孔與所述有源層的兩端連接。
[0013] 本實(shí)用新型進(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。
[0014] 本實(shí)用新型還提供了含有上述陣列基板的顯示裝置。
[0015] (三）有益效果
[0016] 本實(shí)用新型針對LTPS-TFT或半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了絕熱保溫層，以減緩ELA過 程中基板的冷卻速率，增大多晶硅的晶粒尺寸，提高TFT的電學(xué)性能。
[0017] 具體而言，本實(shí)用新型是在有源層的上表面形成有圖案（Pattern)的絕熱保溫 層，該絕熱保溫層與緩沖層分別在有源層的上表面和下表面來抑制熔融硅中溫度的擴(kuò)散， 起到雙層保溫的作用，從而明顯延長多晶硅晶化的時(shí)間。同時(shí)，絕熱保溫層的圖案設(shè)計(jì)可以 使有源層在圖案邊緣部分先結(jié)晶形成多晶硅籽晶，引導(dǎo)熔融硅生長，有助于大尺寸晶粒的 生長，有效的提高了 TFT的遷移率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為本實(shí)用新型多晶硅薄膜晶體管形成的工藝流程圖；
[0019] 圖2為本實(shí)用新型TFT結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 附圖標(biāo)記：1為基板；2為緩沖層；3為有源層；4為絕熱保溫層；5為柵絕緣層；6為 絕緣層；7為柵電極；8為源電極；9為漏電極，10為光刻膠。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 為了更清楚的描述本方案，以下結(jié)合具體的實(shí)施例對本實(shí)用新型技術(shù)方案作詳細(xì) 說明。顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于所 描述的本實(shí)用新型的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在無需創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所 有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0022] 實(shí)施例1
[0023] 本實(shí)施例公開了一種低溫多晶硅薄膜晶體管，如圖2所示，該低溫多晶硅薄膜晶 體管，包括在基板1，以及在基板上1依次形成的緩沖層2、有源層3和絕熱保溫層4,其中， 通過在實(shí)施例1中低溫多晶硅薄膜晶體管的非晶硅層上通過構(gòu)圖工藝形成有源層3,同時(shí) 有源層3不超過其寬度1/4的邊緣未被絕熱保溫層4覆蓋。
[0024] 同時(shí)，本實(shí)施例所述低溫多晶硅薄膜晶體管還包括在絕熱保溫層4的上方依次形 成的柵絕緣層5、柵電極7、層間絕緣層6、以及源電極8和漏電極9,其中，源電極8和漏電 極9分別通過貫穿層間絕緣層6、柵絕緣層5及絕熱保溫層4的絕緣過孔與有源層3的兩端 連接。
[0025] 本實(shí)施例中，在有源層3上沉積一層很薄的絕熱保溫層4,形成特定圖案后進(jìn)行 ELA工藝，ELA的作用是將有源層熔融后再結(jié)晶，形成多晶硅，目前工藝中ELA的溫度傳播深 度可達(dá)100nm，而有源層3的厚度一般不超過50nm，所以在有源層3上增加很薄的絕熱保溫 層4不會(huì)對ELA工藝及有源層3的熔融再結(jié)晶有影響。
[0026] 其中，絕熱保溫層4的材料須至少滿足如下基本的條件：導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)越小越好，抗 壓強(qiáng)度高，耐熱性好，粘附性好，常溫下穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，在高溫下對有源層不會(huì)產(chǎn)生不良 影響，而且必須在TFT工藝中易制備，如硅的氧化物（SiOx)，氮化硅（SiNx)等，現(xiàn)有技術(shù)公 開的多種符合上述條件的材料都可以作為理想的絕熱保溫材料。
[0027] 本實(shí)施例優(yōu)選氮化硅或氧化硅材料，更優(yōu)選氧化硅。絕熱保溫層的厚度范圍為 30-100A。此類材料所形成的絕熱保溫層能夠滿足設(shè)計(jì)及材料要求，在相應(yīng)工藝下形成大 晶粒多晶娃。
[0028] 其中，基板1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。
[0029] 本實(shí)施例通過絕熱保溫層4與緩沖層2的雙重保溫作用，可以抑制有源層3中熔 融硅的溫度向下方的基板1及上方的環(huán)境中擴(kuò)散，延長了多晶硅的晶化時(shí)間；同時(shí)，在本實(shí) 施例中，絕熱保溫層4的圖案寬度略小于有源層3的圖案寬度，在晶化過程中，有源層3圖 案邊緣沒有被絕熱保溫層4覆蓋部分的冷卻速率會(huì)較快，先結(jié)晶形成多晶硅，并作為籽晶， 引導(dǎo)被絕熱保溫層4覆蓋部分晶粒的生長，該方式更有助于大尺寸晶粒的生長，提高了 TFT 的遷移率。
[0030] 實(shí)施例2
[0031] 本實(shí)施例提供了一種用于制備低溫多晶硅薄膜晶體管的方法，具體包括：
[0032] 第1步：提供一基板1，在基板1上形成緩沖層2 ;在緩沖層2上形成有源層3 ;在 有源層3形成絕熱保溫層4。
[0033] 其中，有源層3的具體形成的工藝流程圖見圖1 :
[0034] (1)基板1上依次沉積緩沖層2、有源層3和絕熱保溫層4,得初始結(jié)構(gòu)；
[0035] (2)在絕熱保溫層4上形成光刻膠10 ;
[0036] (3)經(jīng)過曝光、刻蝕工藝形成有源層3圖案及絕熱保溫層4的初步圖案；
[0037] (4)經(jīng)過灰化工藝去掉絕熱保溫層4邊緣部分的光刻膠；
[0038] (5)經(jīng)過刻蝕及剝離工藝形成絕熱保溫層4圖案；
[0039] (6)經(jīng)過晶化工藝將有源層3的非晶硅晶化形成多晶硅（晶化后的有源層3見圖 1最終結(jié)構(gòu)中陰影層狀結(jié)構(gòu)所示）。其中，晶化過程是指采用ELA工藝使非晶硅層表面溫度 瞬間達(dá)到1400°C，非晶硅在高溫下熔融，激光照射結(jié)束后，隨著溫度降低，熔融的非晶硅層 發(fā)生再結(jié)晶，從而形成多晶硅。
[0040] 具體而言，該步驟選擇如玻璃襯底作為基板1，對基板1進(jìn)行預(yù)清洗，利用等離子 體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法沉積緩沖層2,后沉積有源層3,并在有源層3表面沉積絕熱保溫層 4。其中，緩沖層2可沿用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，如由氮化硅層和二氧化硅層的雙層結(jié)構(gòu)，下層是厚度為 50-150nm的氮化硅層，上層是厚度為100-350nm的二氧化硅層，二氧化硅層的上面為厚度 為300-600nm的有源層3,絕熱保溫層4厚度為30-100A，采用氮化硅材料制備而成。
[0041] 第2步：在絕熱保溫層4上依次沉積柵絕緣層5、柵電極7、層間介質(zhì)層6及源電極 8和漏電極9,形成TFT及半導(dǎo)體器件的基本結(jié)構(gòu)。
[0042] 具體為：在絕熱保溫層4的上方沉積柵絕緣層5 ;在柵絕緣層5上方形成柵金屬薄 膜，通過構(gòu)圖工藝形成柵電極7的圖案，并對所述有源層3兩端的區(qū)域進(jìn)行摻雜處理以形成 離子摻雜區(qū)；在柵電極7上方形成層間絕緣層6,并通過構(gòu)圖工藝形成貫穿所述絕熱保溫層 4、柵絕緣層5和層間絕緣層6的絕緣層過孔，從而露出所述有源層3兩端的離子摻雜區(qū)；在 層間絕緣層6上方形成源漏金屬薄膜，并通過構(gòu)圖工藝形成源電極8和漏電極9,源電極8 和漏電極9分別通過所述絕緣層過孔與有源層3兩端的離子摻雜區(qū)連接。
[0043] 本實(shí)施例通過在有源層上表面增加了絕熱保溫層4,能夠在晶化過程中當(dāng)高能量 的激光撤離后，與緩沖層2共同對有源層進(jìn)行保溫，大大降低了非晶硅層的冷卻速度，使晶 粒在形成后有足夠的時(shí)間生長，增大了晶粒尺寸（晶粒平均粒徑2um左右），可制備得到實(shí) 施例1所述的薄膜晶體管（結(jié)構(gòu)見圖2)。
[0044] 實(shí)施例3
[0045] 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1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)，能夠提高反應(yīng)速度、降低功耗等，適 用于有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管顯示器（AM0LED)、低溫多晶硅薄膜晶體管液晶顯示器（LTPS TFT-LCD)等領(lǐng)域。
[0046] 實(shí)施例4
[0047] 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（AM0LED)或者液晶顯示器等，由 于該顯示裝置中采用了低溫多晶硅薄膜晶體管，在電學(xué)性能方面較非晶硅有很大改善，能 夠提高該顯示裝置的競爭能力。
[0048] 通過以上實(shí)施例可以看出，本實(shí)用新型通過在有源層表面增加絕熱保溫層，在采 用ELA方式進(jìn)行有源層的晶化過程中，當(dāng)高能量的激光撤離后，絕熱保溫層與緩沖層可以 共同對硅薄膜進(jìn)行保溫，大大降低了其冷卻速率，使晶粒在形成后有足夠的時(shí)間生長，增 大了晶粒尺寸，提高了載流子遷移率，提高了 TFT及半導(dǎo)體器件的反應(yīng)速率，降低了功耗， 提升了產(chǎn)品的競爭力。本實(shí)用新型所采用的方法，在生產(chǎn)過程中容易操作，工藝過程簡潔 并且不耗費(fèi)原料；通過增大多晶硅晶粒的尺寸，最后能夠得到遷移率較好的低溫多晶硅薄 膜晶體管；該工藝得到的低溫多晶硅薄膜可以作為低溫多晶硅薄膜晶體管的有源層，適用 于有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管顯示器（AM0LED)及低溫多晶硅薄膜晶體管液晶顯示器（LTPS TFT-LCD)等領(lǐng)域。
[0049] 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)施例僅僅是對本 實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述，并非對本實(shí)用新型的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本 實(shí)用新型設(shè)計(jì)思想的前提下，本領(lǐng)域中專業(yè)技術(shù)人員對本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出的各種 變化和改進(jìn)，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種低溫多晶硅薄膜晶體管，包括依次在基板上形成的緩沖層和有源層，其特征在 于：還包括在所述的有源層上形成的絕熱保溫層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫多晶硅薄膜晶體管，其特征在于：所述有源層的邊緣未 被絕熱保溫層覆蓋。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低溫多晶硅薄膜晶體管，其特征在于：未被絕熱保溫層覆蓋 的所述有源層的邊緣寬度為不大于有源層寬度的1/4。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫多晶硅薄膜晶體管，其特征在于：所述絕熱保溫層的厚 度為 30-100A。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫多晶硅薄膜晶體管，其特征在于：所述絕熱保溫層的材 料包括氮化硅或氧化硅。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的低溫多晶硅薄膜晶體管，其特征在于：還包括在所 述絕熱保溫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、柵絕緣層及絕熱保溫層的過孔與所述有源層 的兩端連接。
7. -種陣列基板，其特征在于，包含權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的低溫多晶硅薄膜晶體 管。
8. -種顯示裝置，其特征在于：包含權(quán)利要求7所述的陣列基板。
【文檔編號】H01L51/52GK203895510SQ201420335254
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】白妮妮, 張琨鵬, 康峰, 高鵬飛, 韓帥, 劉宇 申請人: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