[發明專利]準分子激光退火制備橋式溝道多晶硅薄膜的方法

在審

• 申請號: 201611226821.2
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106887386A
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 喻志農;閆偉;郭建;蔣玉蓉;薛唯
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01L21/268
• 分類號: H01L21/268
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明主要屬于半導體基板加工工藝領域，具體涉及準分子激光退火制備橋式溝道多晶硅薄膜的方法。

背景技術

薄膜晶體管(Thin Film Transistor，簡稱TFT)是一種絕緣柵場效應晶體管.它的工作狀態可以利用Weimer表征的單晶硅MOSFET工作原理來描述.以n溝MOSFET為例,當柵極施以正電壓時,柵壓在柵絕緣層中產生電場,電力線由柵電極指向半導體表面,并在表面處產生感應電荷.隨著柵電壓增加,半導體表面將由耗盡層轉變為電子積累層,形成反型層.當達到強反型時(即達到開啟電壓時),源漏間加上電壓就會有載流子通過溝道。當源漏電壓很小時,導電溝道近似為一恒定電阻,漏電流隨源漏電壓增加而線性增大.當源漏電壓很大時,它會對柵電壓產生影響,使得柵絕緣層中電場由源端到漏端逐漸減弱,半導體表面反型層中電子由源端到漏端逐漸減小,溝道電阻隨著源漏電壓增大而增加.漏電流增加變得緩慢,對應線性區向飽和區過渡.當源漏電壓增到一定程度,漏端反型層厚度減為零,電壓在增加,器件進入飽和區.在實際顯示器生產中,主要利用a-Si:H TFT的開態(大于開啟電壓)對像素電容快速充電,利用關態來保持像素電容的電壓,從而實現快速響應和良好存儲的統一.

低溫多晶硅(Low Temperature Poly Silicon，簡稱LTPS)薄膜由于其原子排列規則，載流子遷移率高(10～300cm²/Vs)，應用于等電子元器件時，可使TFT具有更高的驅動電流，因此，在TFT的制作工藝中廣泛采用LTPS薄膜作為TFT的核心結構之一的有源層的材料。

目前，在現代TFT制造工藝中，多采用準分子激光退火(Excimer laser anneal ing，ELA)的方法形成多晶硅有源層。其中，ELA法主要通過一定能量的準分子激光對非晶硅薄膜進行激光照射，利用激光光束的能量使非晶硅在高溫下轉變成LTPS。ELA形成的多晶硅TFT具有遷移率很高的優點。

然而，其也具有嚴重的缺點：如關態漏電流過高。通過ELA方法將非晶硅層轉化成多晶硅層，在多晶硅層形成的過程中，大量晶粒間界產生于晶粒之間。由于晶界的存在，使得多晶硅溝道內部存在陷阱態，這些陷阱態能夠捕獲并釋放自由移動的電子，這導致在關態時，ELA形成的多晶硅TFT泄露電流較高。隨著器件經歷長時間的偏壓作用，在多晶硅晶界處將產生越來越多的陷阱態，器件的電學性能因而不斷下降。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種準分子激光退火制備橋式溝道多晶硅薄膜晶體管的方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

準分子激光退火制備橋式溝道多晶硅薄膜的方法，所述方法將沉積在基板上的非晶硅薄膜制備成具有橋式溝道多晶硅薄膜，所述方法包括圖案化和準分子激光退火；

所述圖案化使薄膜形成橋式結構；

所述準分子激光退火使非晶硅薄膜形成多晶硅薄膜；

所述準分子激光退火發生在圖案化之前或圖案化之后。

進一步地，所述圖案化包括掩模沉積、刻蝕和掩模剝離，在完成刻蝕并在掩模剝離前還有摻雜PH^X+步驟。

進一步地，所述橋式結構掩膜層單個柵型結構寬度1μm，相鄰結構間距1μm，厚度為800nm。

進一步地，摻雜PH^X+濃度范圍為9×10¹³cm^-2～9×10¹⁴cm^-2。利用濃度改變電阻率，低于9×10¹³cm^-2易造成電阻過大，使Ion受到抑制而下降，影響開態時工作能力，同時，合適的摻雜濃度可以提供良好的歐姆接觸。

進一步地，摻雜后進一步刻蝕去除摻雜過程中碳化的掩模，刻蝕后玻璃掩模，用清洗劑清洗薄膜避免刻蝕后薄膜氧化造成界面處缺陷增多。

進一步地，所述掩模沉積可以為灰階掩模。

進一步地，所述方法還包括在圖案化及準分子激光退火均完成后對薄膜表面進行修復處理，修復圖案化過程中使薄膜表面產生大量缺陷態。

進一步地，所述修復處理為對薄膜進行CF₄,NH₃或H₂等離子處理。

進一步地，所述方法制備的橋式溝道多晶硅薄膜用作多晶硅薄膜晶體管的有源層。

進一步地，所述基板上的非晶硅薄膜通過PECVD方法淀積。

進一步地，基板上還沉積有緩沖層。

本發明的有益技術效果：