[发明专利]一种晶化薄膜的晶体管器件

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅薄膜制备技术领域，更具体地，本发明涉及一种晶化薄膜的晶体管器件。

背景技术

非晶硅薄膜晶体管(TFT)的制备工艺成熟并相对简单，成品率高，成本低，现有的有源矩阵显示器多采用非晶硅薄膜晶体管。但是非晶硅薄膜晶体管的场效应迁移率低，器件的稳定性较差，难以满足快速开关的彩色时序液晶显示、电流驱动的有机发光二极管显示以及集成型显示的要求。玻璃衬底上制备的、通过退火炉或者激光加热得到的低温多晶硅薄膜晶体管，具有较高的迁移率和较好的器件稳定性，适合于快速开关、电流驱动和集成基板的显示应用的制备。

使用传统低压化学气相沉积(CVD)获取多晶硅的工艺需要很高的温度(通常620-650℃)来实现，而通过更高温(1000℃以上)退火形成的多晶硅只适合用于贵重的石英衬底，而不适用于通常的玻璃衬底。

目前，非晶硅的晶化方法主要包括激光照射加热非晶硅的晶化方法和金属诱导非晶硅的晶化方法。通常在金属诱导晶化方法中，为了有效控制诱导金属在多晶硅薄膜中的残余量，提高在大面积衬底上批量制备多晶硅的均匀一致性，采用了金属诱导横向晶化的技术，但是在该金属诱导横向晶化过程中的氧化过程会产生多晶硅的损耗。

图1示出现有技术的金属诱导横向晶化过程后吸除金属残作物而形成的多晶硅薄膜。如图1所示，衬底101上覆盖阻挡层102，并沉积非晶硅薄膜103，在非晶硅薄膜103上添加金属诱导层201，退火使其结晶，然后在其上形成一层金属吸收层301，把多余的诱导金属吸收出来。但该制造过程中工艺处理的时间较长，而且在结晶的时候由于包含了过多的镍，使得晶核的密度过大，这不利于大晶粒多晶硅的生成。

现有技术还存在吸除过程和金属诱导横向晶化同时进行的一种技术(美国专利US 2002192884)，在该技术方案中，在形成先驱物非晶硅之前预沉积一层吸除层。但是吸除过程过早发生，把结晶核处高浓度的镍吸收的同时也把结晶核周围用于形成晶粒的镍吸收，影响了多晶硅的结晶质量和结晶速度；而且，吸除金属过于接近多晶硅器件有源层，吸除层的存在会影响TFT的最终特性。

发明内容

为克服现有晶体管器件中的多晶硅薄膜制备工艺复杂、残余物多、性能差的缺陷，本发明提出一种晶化薄膜的晶体管器件。

根据本发明的一个方面，提出了一种晶化薄膜的晶体管器件，包括：多晶硅薄膜、栅氧化层、绝缘层和金属互连层，其中，所述多晶硅薄膜包括玻璃衬底、阻挡层和具有连续晶畴的多晶硅层；其中，所述多晶硅层的厚度为10-500纳米，所述多晶硅层中的晶粒均匀分布；其中，所述多晶硅层是通过在非晶硅薄膜上的覆盖层光刻诱导口、在所述诱导口使金属诱导薄膜和所述非晶硅薄膜接触并经过两次退火晶化形成的均匀多晶硅层。

其中，所述栅氧化层是在所述多晶硅薄膜上沉积的20-200纳米厚的低温氧化硅，所述栅氧化层包括氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅。

所述晶体管器件，还包括具有重掺杂的源漏区间的有源层，其中，对于N型非晶硅薄膜晶体管(TFT)，采用磷源，能量为130KeV，浓度为4×10¹⁵平方厘米进行离子注入；对于P型TFT，采用硼源，能量为40KeV，浓度为4×10¹⁵平方厘米，之后500-600℃退火1-2小时进行离子注入。

其中，所述玻璃衬底为诸如康宁1737F、鹰2000的用于制备TFT的常用玻璃，其厚度为0.3-1.5毫米。

所述阻挡层为采用诸如低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子增强型化学气相沉积(PECVD)生长的氧化硅层或者氮化硅层，厚度为30-900纳米。

所述阻挡层为200纳米厚的氮化硅或者100纳米厚的低温氧化硅(LTO)。

其中，所述非晶硅薄层采用低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子增强型化学气相沉积(PECVD)或者溅射方法沉积在所述阻挡层上，其中所述非晶硅薄层厚度为10-500纳米。

所述在非晶硅薄膜上的覆盖层光刻诱导口是指在所述非晶硅薄膜层上沉积覆盖层，然后采用光刻过程在所述覆盖层内形成晶核生长定位的诱导口。

其中，所述诱导口连续布置、均匀分布，每个诱导口是几何尺寸相同的方形、圆形或者长条形孔口。

其中，所述诱导口的宽度或半径为2微米至20微米，孔间的间隔距离相同，为30微米至300微米；或者，所述诱导口宽度为2微米，间隔距离30微米。