低温多晶硅薄膜晶体管及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及晶圆制造领域及显示技术领域，具体是一种低温多晶硅薄膜晶体管及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 薄膜晶体管(TFT、Thin Film Transistor)在液晶显示装置中作为开关元件使用， 其具有较低的电源消耗、较小的体积和较低的驱动电压等特点，非常适用于电脑、笔记本及 其它装置的显示设备。目前的液晶显示装置中，薄膜晶体管的活性层主要采用非晶硅 (amorphous silicon、a-Si)，但是采用非晶娃作为活性层的薄膜晶体管迀移率很低，难以 满足外围电路的驱动要求，因此采用低温多晶娃(Low Temperature Poly-silicon、LTPS) 代替非晶硅的技术应运而生。
[0003] 由于低温多晶硅薄膜的原子排列规则、载流子迀移率高（10-300cm2/VS)，故具有 较高的驱动电流，可加快液晶分子的反应时间、缩小薄膜晶体管的体积、增加像素单元中的 透过面积，使显示装置具有更高的亮度和分辨率，因此在薄膜晶体管中的应用比非晶硅材 料更加有优势。
[0004] 在现有技术中，低温多晶硅薄膜的制备方法主要有直接生长法、准分子激光退火 法(简称ELA)以及金属诱导法。
[0005] 其中，直接生长法主要是利用超高真空化学气相沉积(简称CVD)等设备在缓冲层 上直接生长低温多晶硅薄膜，该方法的优点是不需要退火工艺，节约工艺时间，但是制备出 的低温多晶硅薄膜表面较粗糙，显著减低了低温多晶硅薄膜的载流子迀移率及各项性能的 稳定性。
[0006] 准分子激光退火法主要是利用激光退火使得非晶硅晶化转变为低温多晶硅，该方 法的优点是制备出的低温多晶硅薄膜具有较高的载流子迀移率，但是由于受激光影响，该 方法的重复性差，制备出的低温多晶硅薄膜均匀性欠佳，难以实现大面积晶化，且该方法所 采用的设备昂贵，工艺制程温度高，不适用于普通的衬底基板。
[0007] 金属诱导法主要是向非晶硅中加入一些金属离子（如Al离子、Cu离子、Au离子、Ag 离子等)或者在非晶硅表面形成一层金属诱导层(如Al等），利用金属离子的诱导作用降低 非晶硅向多晶硅转变时的相变能量，实现非晶硅向多晶硅的快速转变。但是利用该方法制 备低温多晶硅薄膜晶体管时，会有一定的金属离子残留在薄膜晶体管内部，导致薄膜晶体 管的关态电流较高，影响薄膜晶体管的性能。因此实有必要对利用金属诱导法制备低温多 晶硅薄膜晶体管的相关技术和器件结构进行优化或改善，以解决金属离子残留在低温多晶 硅薄膜晶体管内部的问题。
【发明内容】
[0008] 为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低温多晶硅薄膜晶体管及其 制备方法，通过对薄膜晶体管结构的优化、制备方法条件的改善来解决金属离子残留问题。
[0009] 本发明包括两个方面，第一个方面，本发明提供一种低温多晶硅薄膜晶体管，包 括：
[0010] 基板；
[0011]形成于所述基板上的金属诱导层；
[0012] 形成于所述金属诱导层上的阻挡层；
[0013] 形成于所述阻挡层上的非晶硅膜层，所述非晶硅膜层在所述金属诱导层的诱导作 用下转化为多晶硅膜层，所述多晶硅膜层为有源层。
[0014] 进一步地，所述非晶硅膜层在所述金属诱导层的诱导作用下转化为多晶硅膜层是 采用快速热退火工艺使所述金属诱导层的金属离子扩散到所述非晶硅膜层中，通过所述金 属离子的诱导使所述非晶硅膜层转化为所述多晶硅膜层。
[0015] 其中，金属诱导层的诱导作用更具体是:通过在快速热退火工艺中控制升温曲线 来控制金属诱导层中的金属离子扩散到非晶硅膜层中的含量，进而在高温的作用下，使得 由下至上进入非晶硅膜层中的金属离子与Si相互作用形成金属硅化物。由于形成金属硅化 物的过程会释放热能，再加上a-Si与金属硅化物相接触的界面处的晶格位置有变化差异， 从而使得a-Si原子在界面处重结晶形成p-Si，而金属硅化物遭到分离，金属离子会继续向 未结晶的a-Si扩散，重复上述过程，最终形成多晶硅层。
[0016] 其中，快速热退火是指Rapid thermal annealing，简称RTA。
[0017] 【金属诱导层-遮光层】进一步地，在本发明所述的低温多晶硅薄膜晶体管中，对所 述金属诱导层进行图形化处理，得到图形化的金属诱导层。
[0018] 进一步地，对所述金属诱导层进行图形化处理包括对所述金属诱导层进行涂布光 刻胶、曝光、显影、刻蚀。
[0019]【金属诱导层-材料】进一步地，在本发明所述的低温多晶硅薄膜晶体管中，所述金 属诱导层选用的材料为金属镍或硅镍合金中的一种。
[0020] 【金属诱导层-含量】进一步地，在本发明所述的低温多晶硅薄膜晶体管中，所述金 属诱导层选用的材料为硅镍合金，且在所述金属诱导层的顶部中，金属镍在硅镍合金中的 质量百分数为1-15%。其中，质量百分数为I -15 %包括了该数值范围内的任一点值，例如质 量百分数为1%、2%、3%、4%、5%、6%、8%、10%、12%、13%或15%。
[0021] 其中，所述金属诱导层的顶部是指所述金属诱导层中靠近所述阻挡层和/或与所 述阻挡层相接触的部分。
[0022] 优选地，在所述金属诱导层的顶部中，金属镍在硅镍合金中的质量百分数为1-10%〇
[0023] 【金属诱导层-厚度】进一步地，在本发明所述的低温多晶硅薄膜晶体管中，所述金属诱 导层的厚度为200-OOO As其中，所述金属诱导层的厚度为200-1200晨包括了该数值范围内的任 一点值，例如所述金属诱导层的厚度为200 A,: SW A、400 Λ、500 A、600 Λ、800 Λ、1000 i 或1200 I
[0024]优选地，所述金属诱导层的厚度为3〇〇-iaoo:i。
[0025]【金属诱导层-工艺】进一步地，在本发明所述的低温多晶硅薄膜晶体管中，所述金 属诱导层是通过物理沉积工艺沉积得到的。
[0026] 【阻挡层-材料】进一步地，在本发明所述的低温多晶硅薄膜晶体管中，所述阻挡层 选用的材料为SiOx。
[0027] 【阻挡层-厚度】进一步地，在本发明臟的低温多晶硅薄膜晶体管中，所述阻挡层的厚度 为10-200A。其中，所週a挡层的厚度为20-200 Λ包括了该数值范围内的任一点值，例如所述阻挡层 的厚度为 1〇Α、20Λ、30Λ、5(>Λ、60Λ、80Λ、100Λ、120Λ、150Λ、16〇Α、180Λ 或 2001。
[0028] 在本发明中，阻挡层的作用是在非晶硅膜层转化为多晶硅膜层的过程中，在开始 阶段能够使金属诱导层中的金属离子穿过阻挡层进入非晶硅膜层，并随着转化过程的进 行，阻挡层逐渐形成致密的膜层结构以阻挡过多的金属离子进入到非晶硅膜层中，以免造 成大量的金属离子残留。为此，阻挡层的厚度不宜过厚或者过薄。如果阻挡层过厚，会阻挡 金属诱导层中金属离子的扩散，进而影响非晶硅膜层转化为多晶硅膜层时的结晶效果，造 成结晶晶粒过小。如果阻挡层过薄，则在转化过程的后期阶段中，难以形成有效的致密膜层 结构来阻挡过多金属离子进入非晶硅膜层。
[0029] 优选地，所述阻挡层的厚度为20-200Λ。
[0030]更优选地，所述阻挡层的厚度力30-50Λ。
[0031] 【阻挡层-工艺】进一步地，在本发明所述的低温多晶硅薄膜晶体管中，所述阻挡层 是采用等离子增强化学气相沉积工艺沉积形成的。
[0032] 【非晶硅膜层-厚度】进一步地，在本发明所述的低温多晶硅薄膜晶体管中，所述非 晶硅膜层的厚度为300-800A。其中，所述非晶硅膜层的厚度为300-8001包括了该数值范 围内的任一点值，例如所述非晶硅膜层的厚度为300 A、400 Λ、500 Λ、600 Λ、700 A 或 800 Λ〇