[發明專利]一種搭橋晶粒多晶硅薄膜晶體管及其制造方法

無效

• 申請號: 201110461854.6
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN103762167A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 黃宇華;史亮亮;趙淑云
• 申請（專利權）人: 廣東中顯科技有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L29/10;H01L29/786
• 代理公司: 北京瑞恒信達知識產權代理事務所(普通合伙) 11382
• 代理人: 苗青盛;王鳳華

技術領域

本發明涉及多晶硅薄膜晶體管(TFT)技術，更具體地，涉及一種具有搭橋晶粒結構的多晶硅薄膜晶體管及其制造方法。

背景技術

為實現多晶硅TFT有源矩陣顯示器面板的工業化制造，通常需要高質的多晶硅膜，并且滿足以下要求：低溫加工、可以在大面積玻璃襯上實現、低制造成本、穩定的制造工藝、高性能、一致性、以及多晶硅TFT的高可靠性。

高溫多晶硅技術可以用來實現高性能TFT，但是它不能用于商業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：1、通過在600℃長時間退火的固相結晶(SPC)；2、準分子激光晶化(ELC)或閃光燈退火；3、金屬誘導結晶(MIC)及其有關變體。ELC可以產生最好的結果，但是花費昂貴。SPC成本最低，但是處理時間長。

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分布，晶界通常也對優良TFT的形成有害。當該多晶薄膜被用作TFT中的有源層時，電特性取決于在有源溝道中存在多少晶粒和晶界。

所有現有技術的共同問題是，它們以不可預料的模式(pattern)在TFT有源溝道內形成許多晶粒。晶粒的分布是隨機的，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顯示器的性能有害并且會導致諸如mura缺陷和亮度不均勻的問題。

對于任何半導體材料例如硅、鍺、硅鍺合金、三五族化合物半導體以及有機半導體來說，多晶薄膜晶體管的晶粒會形成隨機的網絡。晶粒內部的傳導幾乎與晶體材料相同，而跨過晶界的傳導更差，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)的有源溝道內部，晶粒結構幾乎是二維隨機網絡，隨機性以及相應而生的可變電導不利地影響顯示器性能和圖像質量。

如圖1a所示的典型多晶硅結構，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。每個晶粒1102的長度大小從數十納米到幾微米不等，并且被認為是單晶；許多位錯、堆垛層錯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內部的晶粒1102可以隨機分布或沿確定的取向。至于常規的低溫多晶硅膜1101，在晶界1103中有嚴重的缺陷，如圖1b中所示。在晶界1103中的嚴重缺陷將引入高勢壘1104，垂直于載流子1105的輸運方向的所述勢壘1104(或傾抖勢壘的垂直分量)將影響載流子的初始狀態和能力。對于在該低溫多晶硅膜1101上制造的薄膜晶體管，閾值電壓和場效應遷移率受晶界勢壘1104限制。當高的反向柵電壓施加在TFT中時分布在結區域中的晶界1103也將引起大的漏電流。

在美國專利US?2010/0171546A1中，披露了一種搭橋晶粒(BG)結構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區域。單個柵極覆蓋了整個包括摻雜線的有源通道，用來控制電流的流動。使用BG多晶硅作為有源層，TFT被設計成使電流垂直流過通道結晶區域的平行線，從而可以減少晶界的影響。與傳統的低溫多晶硅TFT相比，BG多晶硅TFT的可靠性、均勻性和電學性能都得到顯著的改善。

同時，從美國專利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線來把有源區分隔成多個區域，形成一連串的PN結，這就意味著BG線的數目不能太少。由于現有的光刻工藝的限制，形成的BG線的最小寬度通常為0.5微米左右，同時考慮到BG線與線之間擴散短路等因素，BG線之間的間隔不能太小，以0.5微米左右為佳，這也就決定了BG?TFT的有源溝道長度比一般TFT的要長。從美國專利US?2010/0171546A1的較佳實施例來看，BG?TFT的有源溝道長度為10微米，這是一般TFT有源溝道長度的2-3倍。較長的有源溝道就意味著占據著較大的空間，這并不利于往后的布線和開口率。

發明內容

為解決以上問題，本發明提供一種具有搭橋晶粒(BG)結構多晶硅薄膜的制造方法，以及利用該方法制造薄膜晶體管的制造方法，在沒有增加額外的光刻工藝的情況下，可減少有源溝道所占面積。

本發明提供一種多晶硅薄膜的制造方法，包括：1)在襯底上形成條狀的凹陷或凸起結構；2)在該凹陷或凸起結構的表面上沉積多晶硅薄膜；3)對多晶硅薄膜進行離子注入，離子注入的角度使部分多晶硅薄膜被摻雜，同時使部分多晶硅薄膜未摻雜，形成搭橋晶粒線。