低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板的制备方法，其中，制备有源区的步骤具体包括：在所玻璃基板上制备形成非晶硅薄膜层；在非晶硅薄膜层上设置透光的第一掩膜版，采用准分子激光束从第一掩膜版上照射到非晶硅薄膜层上，形成低温多晶硅薄膜层；第一掩膜版包括依次交替设置的圆弧凹陷部和平坦部，低温多晶硅薄膜层中对应平坦部的位置形成沟道区域；去除第一掩膜版，应用光罩工艺将低温多晶硅薄膜层刻蚀形成图案化的多个有源区；其中，所述平坦部的宽度与薄膜晶体管的栅电极的宽度相等。本发明还公开了一种低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板，其中，薄膜晶体管的有源区中，沟道区域中的多晶硅晶格的尺寸大于其两侧区域中的多晶硅晶格的尺寸。
【专利说明】
低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于液晶显示器技术领域，涉及一种低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板及其制备方法。
【背景技术】
[0002]液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)，为平面超薄的显示设备，它由一定数量的彩色或黑白像素组成，放置于光源或者反射面前方。液晶显示器功耗很低，并且具有高画质、体积小、重量轻的特点，因此倍受大家青睐，成为显示器的主流，目前液晶显示器是以薄膜晶体管(Thin Film TransistorJFT)液晶显示器为主。随着平板显示的发展，高分辨率，低能耗的面板需求不断被提出，非晶娃电子迀移率低，低温多晶娃(Low TemperaturePloy-silicon，LTPS)由于可在低温下制作，且拥有高的电子迀移率及可制作C-MOS电路而被广泛研究用以达到面板高分辨率，低能耗的需求。因此，低温多晶硅在TFT-LCD已经得到广泛应用。
[0003]目前制作低温多晶娃的方法包括固相结晶(SolidPhase Crystallizat1n，SPC)、金属诱导结晶(Metal Induced Crystallizat1n，MIC)和准分子激光退火(ExcimerLaser Annealer，ELA)等几种，其中准分子激光退火是目前使用最为广泛的方法。准分子激光退火技术是采用准分子激光束对基板上的非晶硅薄膜进行短时间照射，非晶硅受到高温熔化重结晶形成多晶硅。
[0004]低温多晶硅晶粒的大小对多晶硅的电学性能有重要影响，在准分子激光退火制程中，非晶硅受到高温后变成完全熔融(Nearly Completely Melts)状态，然后重结晶形成多晶硅。重结晶时会按照低能量向高能量方向结晶，低温向高温方向结晶，多晶硅的成膜品质的一大关键点就是多晶娃的晶格大小，晶格越大代表多晶娃中的晶界缺陷越少，载流子在多晶硅中的迀移率越高。目前有多种技术旨在提高ELA后多晶硅晶格大小，但都未针对TFT器件工作特性直接提高特定区域多晶硅晶格大小。
【发明内容】
[0005]鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板及其制备方法，针对阵列基板中TFT器件的有源层沟道区域，在沟道区域中获得更大尺寸的多晶硅晶格，提高了沟道区域的载流子迀移率，获得更高品质的低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板。
[0006]为了达到上述的目的，本发明采用了如下的技术方案:
[0007]—种低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板的制备方法，包括制备图案化的薄膜晶体管有源区的步骤，其中，制备有源区的步骤具体包括:
[0008]提供一玻璃基板并在所述玻璃基板上制备形成非晶硅薄膜层；
[0009]在所述非晶硅薄膜层上设置透光的第一掩膜版，采用准分子激光束从所述第一掩膜版上照射到所述非晶硅薄膜层上，使所述非晶硅薄膜层结晶形成低温多晶硅薄膜层;所述第一掩膜版包括依次交替设置的圆弧凹陷部和平坦部，所述低温多晶硅薄膜层中对应所述平坦部的位置形成沟道区域；
[0010]去除所述第一掩膜版，应用光罩工艺将所述低温多晶硅薄膜层刻蚀形成图案化的多个有源区，每个有源区包括一个所述沟道区域以及分别位于所述沟道区域两侧的源极区域和漏极区域；
[0011]其中，所述平坦部的宽度与所述薄膜晶体管的栅电极的宽度相等。
[0012]优选地，所述第一掩膜版按照如下工艺制备获得:提供一素玻璃基板，应用光刻工艺刻蚀所述素玻璃基板，在刻蚀区域形成所述圆弧凹陷部，在相邻的两个圆弧凹陷部之间形成所述平坦部;其中，在进行光刻工艺时使用的光刻掩膜版为制备所述薄膜晶体管的栅电极时使用的栅极掩膜版。
[0013]优选地，所述第一掩膜版按照如下工艺制备获得:提供一素玻璃基板，在所述素玻璃基板上制备透明介质层，应用光刻工艺刻蚀所述透明介质层，在刻蚀区域形成所述圆弧凹陷部，在相邻的两个圆弧凹陷部之间形成所述平坦部;其中，在进行光刻工艺时使用的光刻掩膜版为制备所述薄膜晶体管的栅电极时使用的栅极掩膜版。
[OOM]其中，所述透明介质层的材料为S1x或SiNx。
[0015]优选地，所述第一掩膜版按照如下工艺制备获得:在所述非晶硅薄膜层上制备透明绝缘层，应用光刻工艺刻蚀所述透明绝缘层，在刻蚀区域形成所述圆弧凹陷部，在相邻的两个圆弧凹陷部之间形成所述平坦部;其中，在进行光刻工艺时使用的光刻掩膜版为制备所述薄膜晶体管的栅电极时使用的栅极掩膜版。
[0016]其中，在去除所述第一掩膜版时，保留所述透明绝缘层中的所述平坦部，用以在后续工艺中制备形成栅极绝缘层。
[0017]其中，所述透明绝缘层的材料为S1x或SiNx。
[0018]进一步地，该方法还包括:在所述有源区上依次制备栅极绝缘层、栅电极、层间介质层以及源电极和漏电极;其中，所述栅电极正对于所述沟道区域，所述源电极通过设置于所述层间介质层中的过孔电连接到所述源极区域，所述漏电极通过设置于所述层间介质层中的过孔电连接到所述漏极区域。
[0019]其中，首先在所述玻璃基板上制备形成一缓冲层，然后在所述缓冲层上制备形成所述非晶硅薄膜层;所述缓冲层的材料为氧化硅。
[0020]本发明还提供了一种低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板，包括阵列设置的多个薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括有源区、栅电极、源电极和漏电极，其采用如上所述的制备方法制备获得，其中，所述有源区的材料为低温多晶硅，所述有源区包括沟道区域以及分别位于所述沟道区域两侧的源极区域和漏极区域，所述沟道区域中的多晶硅晶格的尺寸大于所述源极区域和漏极区域中的多晶硅晶格的尺寸。
[0021]有益效果:
[0022]本发明实施例提供的低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板的制备方法，在采用准分子激光束照射使非晶硅薄膜层结晶形成低温多晶硅薄膜层时，使用具有依次交替设置的圆弧凹陷部和平坦部的掩膜版，入射到圆弧凹陷部的激光束被折射朝向两侧的平坦部，因此非晶硅薄膜层对应于圆弧凹陷部的区域光能量较低，对应于平坦部的区域光能量较高，光能量较高的区域所形成的多晶硅晶格的尺寸较大。其中，平坦部的宽度与薄膜晶体管的栅电极的宽度相等，对应于平坦部的区域的多晶硅薄膜最终形成薄膜晶体管的沟道区域，因此，最终形成薄膜晶体管的沟道区域获得更大尺寸的多晶硅晶格，提高了沟道区域的载流子迀移率，获得更高品质的低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板。
【附图说明】
[0023]图1a-图1f是本发明实施例的低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板的制备方法的工艺流程示意图；
[0024]图2是本发明优选实施例中的第一掩膜版的结构示意图；
[0025]图3是本发明另一优选实施例中的第一掩膜版的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。
[0027]在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
[0028]参阅图1a-图ld，本实施例提供了一种低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板的制备方法，具体包括如下步骤:
[0029]一、如图1a所示，首先提供一玻璃基板I并在所述玻璃基板I上依次制备形成缓冲层2和非晶硅薄膜层3。其中，缓冲层2的的材料可以选择为氧化硅。
[0030]二、如图1b所示，在所述非晶硅薄膜层3上设置透光的第一掩膜版4。其中，所述第一掩膜版4包括依次交替设置的圆弧凹陷部41和平坦部42。在本实施例中，所述第一掩膜版4按照如下工艺制备获得:在所述非晶硅薄膜层3上制备透明绝缘层，应用光刻工艺刻蚀所述透明绝缘层，在刻蚀区域形成所述圆弧凹陷部41，在相邻的两个圆弧凹陷部41之间形成所述平坦部42。其中，在进行光刻工艺时使用的光刻掩膜版为制备所述薄膜晶体管的栅电极时使用的栅极掩膜版，由此，将所述平坦部42的宽度设置为与所述薄膜晶体管的栅电极的宽度相等。所述透明绝缘层的材料可以是S i Ox或S i Nx。
[0031]三、如图1c所示，采用准分子激光束(如图1c中的黑色箭头)从所述第一掩膜版4上照射到所述非晶硅薄膜层3上，使所述非晶硅薄膜层3结晶形成低温多晶硅薄膜层3a。其中，所述低温多晶硅薄膜层3a中对应所述平坦部42的位置形成沟道区域51。由于入射到圆弧凹陷部41的激光束被折射朝向两侧的平坦部42，因此对应于平坦部42的区域光能量较高，SP沟道区域51中将获得更大尺寸的多晶硅晶格。
[0032]四、如图1d所示，去除所述第一掩膜版4ο在本实施例中，由于第一掩膜版4是在非晶硅薄膜层3直接制备获得，其材料为S1x或SiNx，因此在去除所述第一掩膜版4时，保留所述第一掩膜版4中正对于沟道区域51上方的平坦部42，用以在后续工艺中制备形成栅极绝缘层。
[0033]五、如图1e所示，应用光罩工艺将所述低温多晶硅薄膜层3a刻蚀形成图案化的多个有源区5(图1e中仅示例性示出了其中的一个有源区5)，每个有源区5包括一个所述沟道区域51以及分别位于所述沟道区域51两侧的源极区域52和漏极区域53。
[0034]六、如图1f所示，在所述有源区5上依次制备栅极绝缘层42a、栅电极6、层间介质层7以及源电极8和漏电极9，其中，栅极绝缘层42a是由前述所保留的平坦部42进一步加工(例如减薄到合适厚度)形成的。关于栅电极6、层间介质层7以及源电极8和漏电极9的具体制备工艺，其都可以参照现有技术的工艺进行，在此不再赘述。
[0035]按照如上的制备方法，最终获得如图1f所示的低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板，该阵列基板中包括阵列设置的多个薄膜晶体管100(图1f中仅示例性示出了其中的一个)，所述薄膜晶体管100包括有源区5、栅电极6、源电极8和漏电极9。其中，所述有源区5位于缓冲层2上，所述有源区5包括沟道区域51以及分别位于所述沟道区域51两侧的源极区域52和漏极区域53，所述栅电极6和所述有源区5之间设置有栅极绝缘层42a，所述栅电极6正对于所述沟道区域51并且与所述沟道区域51具有相同的宽度。所述栅电极6、源电极8和漏电极9之间设置有层间介质层7，所述源电极8通过设置于所述层间介质层7中的过孔电连接到所述源极区域52，所述漏电极9通过设置于所述层间介质层7中的过孔电连接到所述漏极区域53。本实施例提供的低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板，其中的薄膜晶体管100的有源区5中，沟道区域51中的多晶硅晶格的尺寸大于所述源极区域52和漏极区域53中的多晶硅晶格的尺寸，在沟道区域51中获得更大尺寸的多晶硅晶格，提高了沟道区域的载流子迀移率。
[0036]进一步地，对于阵列基板，应当还包括数据线、扫描线、像素电极、公共电极等结构，这些结构及其制备工艺都可以参照现有技术的工艺进行，在此不再赘述。
[0037]如上实施例中，第一掩膜版4是在非晶硅薄膜层3直接制备获得。在另外优选的实施例中，第一掩膜版4还可以采用以下的两种方式获得:
[0038]第一种:如图2所示，提供一素玻璃基板200，应用光刻工艺刻蚀所述素玻璃基板200，在刻蚀区域形成圆弧凹陷部41，在相邻的两个圆弧凹陷部41之间形成平坦部42。其中，在进行光刻工艺时使用的光刻掩膜版为制备所述薄膜晶体管的栅电极时使用的栅极掩膜版，由此，将所述平坦部42的宽度设置为与所述薄膜晶体管的栅电极的宽度相等。这种方式的第一掩膜版4，在采用准分子激光束照射非晶硅薄膜层3之后，整体移除第一掩膜版4，因此，再后续的工艺中，需要通过另外的光罩工艺制备形成栅极绝缘层42a。
[0039]第二种:如图3所示，提供一素玻璃基板200，在所述素玻璃基板200上制备透明介质层300，应用光刻工艺刻蚀所述透明介质层300，在刻蚀区域形成所述圆弧凹陷部41，在相邻的两个圆弧凹陷部41之间形成所述平坦部42。其中，在进行光刻工艺时使用的光刻掩膜版为制备所述薄膜晶体管的栅电极时使用的栅极掩膜版，由此，将所述平坦部42的宽度设置为与所述薄膜晶体管的栅电极的宽度相等，其中，所述透明介质层的材料可以是S1x或SiNx。与如上第一种方式一样，这种方式的第一掩膜版4，在米用准分子激光束照射非晶娃薄膜层3之后，整体移除第一掩膜版4，因此，再后续的工艺中，需要通过另外的光罩工艺制备形成栅极绝缘层42a。
[0040]综上所述，本发明实施例提供的低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板的制备方法，在采用准分子激光束照射使非晶硅薄膜层结晶形成低温多晶硅薄膜层时，使用具有依次交替设置的圆弧凹陷部和平坦部的掩膜版，入射到圆弧凹陷部的激光束被折射朝向两侧的平坦部，因此非晶硅薄膜层对应于圆弧凹陷部的区域光能量较低，对应于平坦部的区域光能量较高，光能量较高的区域所形成的多晶硅晶格的尺寸较大。其中，平坦部的宽度与薄膜晶体管的栅电极的宽度相等，对应于平坦部的区域的多晶硅薄膜最终形成薄膜晶体管的沟道区域，因此，最终形成薄膜晶体管的沟道区域获得更大尺寸的多晶硅晶格，提高了沟道区域的载流子迀移率，获得更高品质的低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板。
[0041]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0042]以上所述仅是本申请的【具体实施方式】，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
【主权项】
1.一种低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板的制备方法，包括制备图案化的薄膜晶体管有源区的步骤，其特征在于，制备有源区的步骤具体包括: 提供一玻璃基板并在所述玻璃基板上制备形成非晶硅薄膜层； 在所述非晶硅薄膜层上设置透光的第一掩膜版，采用准分子激光束从所述第一掩膜版上照射到所述非晶硅薄膜层上，使所述非晶硅薄膜层结晶形成低温多晶硅薄膜层;所述第一掩膜版包括依次交替设置的圆弧凹陷部和平坦部，所述低温多晶硅薄膜层中对应所述平坦部的位置形成沟道区域； 去除所述第一掩膜版，应用光罩工艺将所述低温多晶硅薄膜层刻蚀形成图案化的多个有源区，每个有源区包括一个所述沟道区域以及分别位于所述沟道区域两侧的源极区域和漏极区域； 其中，所述平坦部的宽度与所述薄膜晶体管的栅电极的宽度相等。2.根据权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板的制备方法，其特征在于，所述第一掩膜版按照如下工艺制备获得: 提供一素玻璃基板，应用光刻工艺刻蚀所述素玻璃基板，在刻蚀区域形成所述圆弧凹陷部，在相邻的两个圆弧凹陷部之间形成所述平坦部;其中，在进行光刻工艺时使用的光刻掩膜版为制备所述薄膜晶体管的栅电极时使用的栅极掩膜版。3.根据权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板的制备方法，其特征在于，所述第一掩膜版按照如下工艺制备获得: 提供一素玻璃基板，在所述素玻璃基板上制备透明介质层，应用光刻工艺刻蚀所述透明介质层，在刻蚀区域形成所述圆弧凹陷部，在相邻的两个圆弧凹陷部之间形成所述平坦部;其中，在进行光刻工艺时使用的光刻掩膜版为制备所述薄膜晶体管的栅电极时使用的栅极掩膜版。4.根据权利要求3所述的低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板的制备方法，其特征在于，所述透明介质层的材料为S1x或SiNx。5.根据权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板的制备方法，其特征在于，所述第一掩膜版按照如下工艺制备获得: 在所述非晶硅薄膜层上制备透明绝缘层，应用光刻工艺刻蚀所述透明绝缘层，在刻蚀区域形成所述圆弧凹陷部，在相邻的两个圆弧凹陷部之间形成所述平坦部;其中，在进行光刻工艺时使用的光刻掩膜版为制备所述薄膜晶体管的栅电极时使用的栅极掩膜版。6.根据权利要求5所述的低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板的制备方法，其特征在于，在去除所述第一掩膜版时，保留所述透明绝缘层中的所述平坦部，用以在后续工艺中制备形成栅极绝缘层。7.根据权利要求5所述的低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板的制备方法，其特征在于，所述透明绝缘层的材料为S i Ox或S i Nx。8.根据权利要求1-7任一所述的低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板的制备方法，其特征在于，该方法还包括: 在所述有源区上依次制备栅极绝缘层、栅电极、层间介质层以及源电极和漏电极；其中，所述栅电极正对于所述沟道区域，所述源电极通过设置于所述层间介质层中的过孔电连接到所述源极区域，所述漏电极通过设置于所述层间介质层中的过孔电连接到所述漏极区域。9.根据权利要求8所述的低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板的制备方法，其特征在于，首先在所述玻璃基板上制备形成一缓冲层，然后在所述缓冲层上制备形成所述非晶硅薄膜层;所述缓冲层的材料为氧化硅。10.—种低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板，包括阵列设置的多个薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括有源区、栅电极、源电极和漏电极，其特征在于，采用如权利要求1-9任一所述的制备方法制备获得，其中，所述有源区的材料为低温多晶硅，所述有源区包括沟道区域以及分别位于所述沟道区域两侧的源极区域和漏极区域，所述沟道区域中的多晶硅晶格的尺寸大于所述源极区域和漏极区域中的多晶硅晶格的尺寸。
【文档编号】H01L21/77GK106024708SQ201610662116
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月12日
【发明人】赵瑜
【申请人】武汉华星光电技术有限公司