[发明专利]一种多晶硅薄膜的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅薄膜晶体管(TFT)技术，更具体地，涉及一种具有搭桥晶粒结构的多晶硅薄膜的制造方法。

背景技术

为实现多晶硅TFT有源矩阵显示器面板的工业化制造，通常需要高质的多晶硅膜，并且满足以下要求：低温加工、可以在大面积玻璃衬上实现、低制造成本、稳定的制造工艺、高性能、一致性、以及多晶硅TFT的高可靠性。

高温多晶硅技术可以用来实现高性能TFT，但是它不能用于商业显示器面板中使用的普通玻璃衬底。在这样的情形下，必须使用低温多晶硅(LTPS)。有三种主要的LTPS技术：1、通过在600℃长时间退火的固相结晶(SPC)；2、准分子激光晶化(ELC)或闪光灯退火；3、金属诱导结晶(MIC)及其有关变体。ELC可以产生最好的结果，但是花费昂贵。SPC成本最低，但是处理时间长。

注意到，所有多晶薄膜材料所共有的是，膜的晶粒在尺寸、晶体取向和形状上基本上随机分布，晶界通常也对优良TFT的形成有害。当该多晶薄膜被用作TFT中的有源层时，电特性取决于在有源沟道中存在多少晶粒和晶界。

所有现有技术的共同问题是，它们以不可预料的模式(pattern)在TFT有源沟道内形成许多晶粒。晶粒的分布是随机的，使得TFT的电特性在衬底上分布不均匀。该电特性的宽分布对显示器的性能有害并且会导致诸如mura缺陷和亮度不均匀的问题。

对于任何半导体材料例如硅、锗、硅锗合金、三五族化合物半导体以及有机半导体来说，多晶薄膜晶体管的晶粒会形成随机的网络。晶粒内部的传导几乎与晶体材料相同，而跨过晶界的传导更差，并且增加阈值电压。在由这种多晶薄膜制成的薄膜晶体管(TFT)的有源沟道内部，晶粒结构几乎是二维随机网络，随机性以及相应而生的可变电导不利地影响显示器性能和图像质量。

如图1a所示的典型多晶硅结构，低温多晶硅膜1101，其包括晶粒1102。在相邻的晶粒1102之间具有明显的晶界1103。每个晶粒1102的长度大小从数十纳米到几微米不等，并且被认为是单晶；许多位错、堆垛层错以及悬挂键的缺陷分布在所述晶界1103中。由于不同的制备方法，低温多晶硅膜1101内部的晶粒1102可以随机分布或沿确定的取向。至于常规的低温多晶硅膜1101，在晶界1103中有严重的缺陷，如图1b中所示。在晶界1103中的严重缺陷将引入高势垒1104，垂直于载流子1105的输运方向的所述势垒1104(或倾抖势垒的垂直分量)将影响载流子的初始状态和能力。对于在该低温多晶硅膜1101上制造的薄膜晶体管，阈值电压和场效应迁移率受晶界势垒1104限制。当高的反向栅电压施加在TFT中时分布在结区域中的晶界1103也将引起大的漏电流。

在美国专利US 2010/0171546A1中，披露了一种搭桥晶粒(BG)结构的多晶硅薄膜晶体管(TFT)。采用掺杂BG多晶硅线，本征或轻掺杂通道被分隔成多个区域。单个栅极覆盖了整个包括掺杂线的有源通道，用来控制电流的流动。使用BG多晶硅作为有源层，TFT被设计成使电流垂直流过通道结晶区域的平行线，从而可以减少晶界的影响。与传统的低温多晶硅TFT相比，BG多晶硅TFT的可靠性、均匀性和电学性能都得到显著的改善。

同时，从美国专利US 2010/0171546A1也可以知道，要获得高可靠性和均匀性的BG TFT，就得使用BG线来把有源区分隔成多个区域，形成一连串的PN结，这就意味着BG线的数目不能太少。由于现有的光刻工艺的限制，形成的BG线的最小宽度通常为0.5微米左右，同时考虑到BG线与线之间扩散短路等因素，BG线之间的间隔不能太小，以0.5微米左右为佳，这也就决定了BG TFT的有源沟道长度比一般TFT的要长。从美国专利US 2010/0171546A1的较佳实施例来看，BG TFT的有源沟道长度为10微米，这是一般TFT有源沟道长度的2-3倍。较长的有源沟道就意味着占据着较大的空间，这并不利于往后的布线和开口率。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种具有搭桥晶粒(BG)结构多晶硅薄膜的制造方法，以及利用该方法制造薄膜晶体管的制造方法，在没有增加额外的光刻工艺的情况下，可减少有源沟道所占面积。

本发明提供一种多晶硅薄膜的制造方法，包括：1)在衬底上形成条状的凹陷或凸起结构；2)在该凹陷或凸起结构的表面上沉积多晶硅薄膜；3)对多晶硅薄膜进行离子注入，离子注入的角度使部分多晶硅薄膜被掺杂，同时使部分多晶硅薄膜未掺杂，形成搭桥晶粒线。