專(zhuān)利名稱(chēng)：一種晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及一種晶體管，更具體地，本申請(qǐng)涉及一種界定的晶粒多晶硅薄膜晶體管。
背景技術(shù)：
低溫結(jié)晶非晶硅(a-Si)薄膜可以應(yīng)用到便宜的大面積電子的玻璃襯底上，從而在業(yè)界吸引了相當(dāng)大的關(guān)注。建立在金屬誘導(dǎo)單向晶化(MIUC)多晶硅(poly-Si)上的薄膜晶體管(TFTs)展示出了高的載流子遷移率和良好的設(shè)備均勻性能，可以用于實(shí)現(xiàn)有源矩陣平板顯示器和圖像傳感器。然而，MIUC-TFT在后來(lái)的退火工藝中，玻璃襯底收縮會(huì)引起連續(xù)掩膜不對(duì)準(zhǔn)的問(wèn) 題，而且多晶硅溝道中殘余的鎳會(huì)影響TFT長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。MIUCTFT的電學(xué)性能可能會(huì)轉(zhuǎn)移并且存在更高的斷態(tài)泄漏電流以及漏擊穿問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中存在減少M(fèi)IC TFT中的鎳濃度的幾種方法例如，通過(guò)鎳介質(zhì)的晶化非晶硅的硅氮化合物(SiNx)保護(hù)層獲得碟狀多晶硅。在這個(gè)方法中，鎳被濺射到SiNx/a-Si層并且接著在600°C左右溫度下退火，SiNx保護(hù)層控制著鎳濃度在MIC層可控制的范圍內(nèi)。但是，此工藝實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，并且在后面的真空下還需要移除保護(hù)層。在申請(qǐng)人先前的研究中，采用基于溶劑的MIC(SMIC)制造多晶硅TFT的工藝，低濃度鎳的多晶硅包括控制溶劑中鎳吸附工藝獲得的碟狀晶疇。與物理氣相沉積(PVD)方法相t匕，SMIC工藝更為快速，簡(jiǎn)單，便宜。該技術(shù)可以解決由玻璃襯底收縮引起的連續(xù)掩膜不對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題，但是隨機(jī)的晶體核分布需要更長(zhǎng)的退火時(shí)間，這對(duì)于大面積玻璃襯底而言很不現(xiàn)實(shí)。

實(shí)用新型內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)中大面積玻璃襯底中隨機(jī)晶體核分布時(shí)間長(zhǎng)的缺陷，本實(shí)用新型提出一種多晶硅薄膜晶體管。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提出了一種晶體管，包括多晶硅薄膜作為有源層制造P溝道的TFTs，成核點(diǎn)(NS)以及補(bǔ)充點(diǎn)(SS)通過(guò)組合溶劑法提供，成核點(diǎn)和補(bǔ)充點(diǎn)重復(fù)性有規(guī)則分布，實(shí)現(xiàn)相同形狀和大小的晶疇。獲取不同形狀的晶疇，構(gòu)建蜂窩結(jié)構(gòu)和帶狀結(jié)構(gòu)。界定的SS面積為4 ii mX4 ii m并且均勻地分布在NS周?chē)?；SS間距是8 y m。界定的SS面積為4 iimX4 iim并且均勻地分布在NS周?chē)?，SS間距是8iim，六邊形的 NS 尺寸為 1511111、1011111、511111或者411111。NS是矩形的，其中較長(zhǎng)邊長(zhǎng)度與非晶硅襯底相同，矩形的寬度為或者2 y m，兩個(gè)相鄰的矩形間距固定為60 u m。

[0011]圖I示出樣品浸入到Ni(N03)2/NH40H混合物中的橫截面示意圖；圖2示出蜂窩晶粒多晶硅分布圖；圖3示出形成帶狀晶粒多晶硅分布圖；圖4示出完全晶化的DG-PS的AFM 3-D圖；圖5示出P-溝道可控晶粒poly-Si TFT橫截面示意圖；圖6示出漏電流和場(chǎng)效應(yīng)遷移率相對(duì)于以可控晶粒多晶硅作為有源層制造P型TFTs的柵電壓。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。在本申請(qǐng)中，提供一種晶體管結(jié)構(gòu)和制備方法，可以減少多晶硅中殘余的鎳和精確控制退火工藝。通過(guò)組合溶劑法，提供成核點(diǎn)(NS)以及補(bǔ)充點(diǎn)(SS)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，結(jié)晶多晶硅薄膜有非常低的鎳濃度，整個(gè)薄膜可用于制造高性能的TFTs。可獲得不同形狀的晶疇，其中最佳地設(shè)計(jì)出蜂窩結(jié)構(gòu)和帶狀結(jié)構(gòu)。如果成核點(diǎn)和補(bǔ)充點(diǎn)重復(fù)性有規(guī)則分布，可以實(shí)現(xiàn)相同形狀和大小的晶疇。整個(gè)工藝是精確可控的，并且在590°C溫度下結(jié)晶時(shí)間可以縮短到2小時(shí)左右。利用多晶硅薄膜作為有源層制造P溝道的TFTs展現(xiàn)高性能。界定的晶粒多晶硅材料界定晶粒(DG)多晶硅(Poly-Si)的準(zhǔn)備工作在結(jié)晶硅晶片上覆蓋一層500nm的熱氧化物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過(guò)低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)沉積50nm的a-Si。通過(guò)光刻法界定成核點(diǎn)和補(bǔ)充點(diǎn)。樣品浸入到Ni (NO3)2/NH40H混合物中12分鐘，樣品浸入到溶劑中的橫截面示意圖見(jiàn)圖1，只有很小部分的a-Si暴露于溶劑外，大部分a-Si覆蓋SiO2和光刻膠。在混合物中浸泡，直到獲得一定含量的鎳作為金屬誘導(dǎo)后，光刻膠被去除。接著，樣品在受控環(huán)境下，在590°C溫度下熱處理2小時(shí)。分析DG Poly-Si實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的DG Poly-Si的關(guān)鍵技術(shù)是通過(guò)組合溶劑法，提供成核點(diǎn)(NS)以及補(bǔ)充點(diǎn)(SS)。NS和SS的不同布置可以獲得不同形狀和大小的晶粒。其中最佳設(shè)計(jì)是蜂窩晶粒和帶狀晶粒。圖2所示是蜂窩晶粒多晶硅(HG-PS)分布圖。界定的SS面積為4 iim X4iim并且均勻地分布在NS周?chē)?。SS間距是8 iim，六邊形的NS尺寸為15 y m(a)，10 y m(b)，5 y m(c)和4 ii m (d)。在形成NS和SS之后，這些樣品被浸入到前述的Ni (NO3) 2/NH40H混合物中。接著，在可控的環(huán)境下，在590°C的溫度下晶化2小時(shí)。因?yàn)榍懊嫣岬降?，界定的SS的面積是4并且均勻地分布在NS周?chē)．?dāng)六邊形NS的尺寸是15 y m時(shí)，晶化地帶將有一些填料類(lèi)的晶粒填充在NS的中央，。當(dāng)退火時(shí)間延長(zhǎng)時(shí)，圍繞NS中心的晶疇持續(xù)增加，NiSi2結(jié)晶核在加溫退火開(kāi)始之前形成。這可能是因?yàn)橐蠊潭〝?shù)量的鎳原子形成NiSi2原子核成為誘導(dǎo)結(jié)晶的種子。Ni (NO3)2溶液的浸泡時(shí)間是固定的，在特定面積上，較大面積的NS意味著更多的鎳吸附在a-Si表面上。當(dāng)NS的尺寸是15 ii m時(shí)，浸泡時(shí)間是12分鐘，在形成結(jié)晶原子核時(shí)吸附了比我們需要的更多的鎳。過(guò)多數(shù)量的鎳在成核點(diǎn)中央形成小晶粒。當(dāng)六邊形的NS尺寸是IOym時(shí)，在NS中央可以完全形成理想的碟狀六邊形晶疇。當(dāng)六邊形NS尺寸降低到5 m時(shí)，也可以形成理想的碟狀晶疇。但是其中一些晶疇不在NS中央。當(dāng)NS的面積更小時(shí)，NS的定位功能也會(huì)降低。當(dāng)六邊形NS的尺寸減少到4 ii m時(shí),大部分晶疇都是隨機(jī)分布的。也就是說(shuō)，當(dāng)NS的邊長(zhǎng)是m并且浸泡時(shí)間是12分鐘時(shí)，成核點(diǎn)聚集的鎳濃度和補(bǔ)充點(diǎn)的鎳濃度大約差不多。所以，NS的定位功能會(huì)隨著NS與SS的面積比率減小而消失。圖3所示為形成帶狀晶粒多晶硅(ZG-PS)分布圖。NS是矩形的，其中較長(zhǎng)邊長(zhǎng)度與非晶娃襯底相同。矩形的寬度有8 ii m(a) ,6 ii m(b) ,4 ii m(c)和2iim(d)。兩個(gè)相鄰的矩形間距固定為60iim。SS的面積大小也被界定為4 ii mX4 ii m。在NS和SS形成之后,將這些樣品浸泡到2. I章節(jié)中所提到的Ni (N03) 2溶液中12分鐘。在N2氛圍中590°C溫度結(jié)晶2小時(shí)。當(dāng)帶狀NS的寬度從2 iim變到8 iim時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生填充類(lèi)晶粒。當(dāng)帶狀NS的寬度等于或超過(guò)4 時(shí)，可以獲得MILC帶狀晶粒。原子核形成于帶狀NS的初期階段。接著，在退火工藝期間，晶粒延伸到半并行方向，直到相鄰MILC晶疇的四面相撞以及在2個(gè)相鄰NS中間形成晶界為止。
帶狀MILC晶疇制造的連續(xù)MILC多晶硅薄膜。SS中的多晶硅與整個(gè)晶粒有著相同的方向，這就證明了這里不會(huì)形成任何的結(jié)晶性原子核。因?yàn)槌珊它c(diǎn)面積越大，一定面積的鎳濃度就會(huì)更多，更大面積的NS就會(huì)形成更多的原子核。隨著同一個(gè)NS的相鄰兩個(gè)晶粒間的距離的增加，NS的寬度就會(huì)隨之減少。這就意味著體系會(huì)自我調(diào)整。多晶硅是由碟狀晶疇組成的，它與六邊形晶粒多晶硅相比更容易獲得。當(dāng)NS寬度減少到2 y m時(shí)，大多數(shù)晶疇隨機(jī)分布。TFT聞性能和可罪性的關(guān)鍵因素是多晶娃的表面光滑度。晶化多晶娃的表面是通過(guò)原子力顯微鏡(AFM)分析的。圖4所示分別為NS和SS內(nèi)外部可控晶粒多晶硅的AFM3-D圖。內(nèi)部是指薄膜區(qū)域已經(jīng)暴露于溶劑中，而外部是指薄膜收到光刻膠的保護(hù)未暴露于溶劑中。內(nèi)部和外部的表面粗糙度分別為0. 364nm和0. 189nm。這項(xiàng)結(jié)果顯示比ELA多晶硅的表面粗糙度13. Inm小很多。DG 多晶硅 TFT通過(guò)freckle蝕刻劑，將這些完全結(jié)晶的DG-PS圖刻為有源島。Freckle蝕刻劑主要由CH3C00H，HBF4, HNO3和H3PO4組成。在原生氧化層被I %的HF消除后，接著通過(guò)LPCVD在425°C溫度下沉積50nm厚的低溫氧化物(LTO)作為柵絕緣層。隨后，將300nm厚的鋁圖案化為柵極，4X 1015/cm2劑量的硼植入源和漏。同時(shí)沉積一個(gè)500nm厚的LTO隔離層和激活摻雜劑。在500nm厚的aluminum-1 % Si被濺射前打開(kāi)接觸孔，并且圖刻為觸點(diǎn)。接著，在420°C溫度下觸點(diǎn)燒結(jié)30分鐘形成氣體。圖5所示為P-溝道CZD poly-Si TFT橫截面示意圖。制造在50nm厚的DG poly-Si上的P-溝道TFTs電學(xué)特征是由HP4156半導(dǎo)體參數(shù)分析儀測(cè)量的。測(cè)量的TFTs遷移特征曲線W/L = 30 y m/10 ym。W和L分別指晶體管的寬度和長(zhǎng)度。場(chǎng)效應(yīng)遷移率(UFE)和閾值電壓(Vth)被定義為Vg，要求W/LX10-7A的Id，Vds = -5V。低漏電壓的場(chǎng)效應(yīng)遷移率可以通過(guò)以下方程式獲得/ [0036]這里的W和L分別指有效溝道的寬度和長(zhǎng)度，gm指跨導(dǎo)，Cox指單位面積上的柵極絕緣電容，Vds指漏極和源極之間的電壓，所記錄的場(chǎng)效應(yīng)遷移率是測(cè)量的最大值。圖6所示為蜂窩晶粒(HG)和帶狀晶粒(ZG)poly-Si TFTs的遷移特征以及他們的場(chǎng)效應(yīng)遷移率。P-溝道的DG poly-Si TFTs展示了最大值-55cm2/Vs的場(chǎng)效應(yīng)遷移率，亞閾值擺幅為-0. 6V/dec，閾值電壓為(Vth) of-3V，開(kāi)啟和關(guān)閉狀態(tài)的漏電流比率是-I X 107。結(jié)論所提議的新方案是控制晶界以及低溫多晶硅(LTPS)薄膜的晶疇。它是通過(guò)組合溶劑工藝，成核點(diǎn)以及補(bǔ)充點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這項(xiàng)新技術(shù)，由于成核點(diǎn)和補(bǔ)充點(diǎn)的不同分布，可以獲得不同形狀的晶疇。在這篇論文中，將詳細(xì)介紹蜂窩晶粒和帶狀晶粒結(jié)構(gòu)。590°C溫度下的晶化時(shí)間可縮短至2小時(shí)左右。完全晶化的DG多晶硅薄膜顯示了良好的表面粗糙度。結(jié)果顯示P溝道的TFTs使用DG多晶硅薄膜作為有源層顯示了良好的性能。 最后應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以描述本實(shí)用新型的技術(shù)方案而不是對(duì)本技術(shù)方法進(jìn)行限制。
權(quán)利要求1.一種晶體管，包括多晶硅薄膜作為有源層制造P溝道的TFTs，其特征在于，成核點(diǎn)(NS)以及補(bǔ)充點(diǎn)(SS)通過(guò)組合溶劑法提供，成核點(diǎn)和補(bǔ)充點(diǎn)重復(fù)性有規(guī)則分布，實(shí)現(xiàn)相同形狀和大小的晶疇。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶體管，其特征在于，將不同形狀的晶疇構(gòu)建為蜂窩結(jié)構(gòu)和帶狀結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶體管，其特征在于，界定的SS面積為WmXhm并且均勻地分布在NS周?chē)?；SS間距是8 ii m。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶體管，其特征在于，界定的SS面積為WmXhm并且均勻地分布在NS周?chē)?，SS間距是8 iim，六邊形的NS尺寸為15 y m、10 y m、5 y m或者4 y m。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶體管，其特征在于，NS是矩形的，其中較長(zhǎng)邊長(zhǎng)度與非晶硅襯底相同，矩形的寬度為或者2 y m,兩個(gè)相鄰的矩形間距固定為60 y m。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供一種晶體管，包括多晶硅薄膜作為有源層制造P溝道的TFTs，結(jié)晶多晶硅薄膜有低的鎳濃度，其特征在于，成核點(diǎn)(NS)以及補(bǔ)充點(diǎn)(SS)通過(guò)組合溶劑法提供，成核點(diǎn)和補(bǔ)充點(diǎn)重復(fù)性有規(guī)則分布，實(shí)現(xiàn)相同形狀和大小的晶疇。
文檔編號(hào)H01L29/06GK202487579SQ201120015629
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月19日
發(fā)明者何子鍵, 凌代年, 彭華軍, 邱成峰, 郭海成, 黃飚 申請(qǐng)人:廣東中顯科技有限公司