[发明专利]准分子激光退火制备桥式沟道多晶硅薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明主要属于半导体基板加工工艺领域，具体涉及准分子激光退火制备桥式沟道多晶硅薄膜的方法。

背景技术

薄膜晶体管(Thin Film Transistor，简称TFT)是一种绝缘栅场效应晶体管.它的工作状态可以利用Weimer表征的单晶硅MOSFET工作原理来描述.以n沟MOSFET为例,当栅极施以正电压时,栅压在栅绝缘层中产生电场,电力线由栅电极指向半导体表面,并在表面处产生感应电荷.随着栅电压增加,半导体表面将由耗尽层转变为电子积累层,形成反型层.当达到强反型时(即达到开启电压时),源漏间加上电压就会有载流子通过沟道。当源漏电压很小时,导电沟道近似为一恒定电阻,漏电流随源漏电压增加而线性增大.当源漏电压很大时,它会对栅电压产生影响,使得栅绝缘层中电场由源端到漏端逐渐减弱,半导体表面反型层中电子由源端到漏端逐渐减小,沟道电阻随着源漏电压增大而增加.漏电流增加变得缓慢,对应线性区向饱和区过渡.当源漏电压增到一定程度,漏端反型层厚度减为零,电压在增加,器件进入饱和区.在实际显示器生产中,主要利用a-Si:H TFT的开态(大于开启电压)对像素电容快速充电,利用关态来保持像素电容的电压,从而实现快速响应和良好存储的统一.

低温多晶硅(Low Temperature Poly Silicon，简称LTPS)薄膜由于其原子排列规则，载流子迁移率高(10～300cm²/Vs)，应用于等电子元器件时，可使TFT具有更高的驱动电流，因此，在TFT的制作工艺中广泛采用LTPS薄膜作为TFT的核心结构之一的有源层的材料。

目前，在现代TFT制造工艺中，多采用准分子激光退火(Excimer laser anneal ing，ELA)的方法形成多晶硅有源层。其中，ELA法主要通过一定能量的准分子激光对非晶硅薄膜进行激光照射，利用激光光束的能量使非晶硅在高温下转变成LTPS。ELA形成的多晶硅TFT具有迁移率很高的优点。

然而，其也具有严重的缺点：如关态漏电流过高。通过ELA方法将非晶硅层转化成多晶硅层，在多晶硅层形成的过程中，大量晶粒间界产生于晶粒之间。由于晶界的存在，使得多晶硅沟道内部存在陷阱态，这些陷阱态能够捕获并释放自由移动的电子，这导致在关态时，ELA形成的多晶硅TFT泄露电流较高。随着器件经历长时间的偏压作用，在多晶硅晶界处将产生越来越多的陷阱态，器件的电学性能因而不断下降。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种准分子激光退火制备桥式沟道多晶硅薄膜晶体管的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

准分子激光退火制备桥式沟道多晶硅薄膜的方法，所述方法将沉积在基板上的非晶硅薄膜制备成具有桥式沟道多晶硅薄膜，所述方法包括图案化和准分子激光退火；

所述图案化使薄膜形成桥式结构；

所述准分子激光退火使非晶硅薄膜形成多晶硅薄膜；

所述准分子激光退火发生在图案化之前或图案化之后。

进一步地，所述图案化包括掩模沉积、刻蚀和掩模剥离，在完成刻蚀并在掩模剥离前还有掺杂PH^X+步骤。

进一步地，所述桥式结构掩膜层单个栅型结构宽度1μm，相邻结构间距1μm，厚度为800nm。

进一步地，掺杂PH^X+浓度范围为9×10¹³cm^-2～9×10¹⁴cm^-2。利用浓度改变电阻率，低于9×10¹³cm^-2易造成电阻过大，使Ion受到抑制而下降，影响开态时工作能力，同时，合适的掺杂浓度可以提供良好的欧姆接触。

进一步地，掺杂后进一步刻蚀去除掺杂过程中碳化的掩模，刻蚀后玻璃掩模，用清洗剂清洗薄膜避免刻蚀后薄膜氧化造成界面处缺陷增多。

进一步地，所述掩模沉积可以为灰阶掩模。

进一步地，所述方法还包括在图案化及准分子激光退火均完成后对薄膜表面进行修复处理，修复图案化过程中使薄膜表面产生大量缺陷态。

进一步地，所述修复处理为对薄膜进行CF₄,NH₃或H₂等离子处理。

进一步地，所述方法制备的桥式沟道多晶硅薄膜用作多晶硅薄膜晶体管的有源层。

进一步地，所述基板上的非晶硅薄膜通过PECVD方法淀积。

进一步地，基板上还沉积有缓冲层。

本发明的有益技术效果：