低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法，通过将与栅极接触的氮化硅层氧化成氮氧化硅层，采用氮氧化硅与栅极接触，该氮氧化硅层相比于氮化硅层，不仅可以抵挡离子扩散，还具有高电性稳定度，能够有效抑制栅极绝缘层的载流子注入，提升栅极绝缘层的可靠性和低温多晶硅薄膜晶体管的稳定性，制作方法简单，不需要增加制程光罩数。
【专利说明】
低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法
技术领域
[0001] 本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法。
【背景技术】
[0002] 平面显示器件具有机身薄、省电、无辐射等众多优点，得到了广泛的应用。现有的 平面显示器件主要包括液晶显示器件(Liquid Crystal Display，IXD)及有机发光二极管 显不器件（Organic Light Emitting Display，0LED) 〇
[0003] 在平面显示器件中，薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)-般是用作开关元 件来控制像素的作业，或是用作驱动元件来驱动像素。薄膜晶体管依其硅薄膜性质通常可 分成非晶娃(a-Si)与多晶娃(poly-Si)两种。
[0004] 由于非晶硅本身自有的缺陷问题，如缺陷太多导致的开态电流低、迀移率低、稳定 性差，使它在应用中受到限制，为了弥补非晶硅本身的缺陷，扩大其在相关领域的应用，低 温多晶娃（Low Temperature Poly_Silicon，LTPS)技术应运而生。
[0005] 低温多晶硅薄膜由于其原子排列规则，载流子迀移率高（10~300cm2/Vs)，应用于 薄膜晶体管等电子元器件时，可使薄膜晶体管具有更高的驱动电流，因此在薄膜晶体管的 制作工艺中广泛采用LTPS薄膜作为薄膜晶体管的核心结构之一的有源层的材料。
[0006] 现有的低温多晶硅薄膜晶体管通常包括:有源层、设于所述有源层上的栅极绝缘 层、设于所述有源层上方的栅极绝缘层上的栅极、以及与所述有源层两端接触的漏极、与源 极;其中，栅极绝缘层通常包括设于所述有源层上的氧化硅层、以及设于所述氧化硅层上的 氮化硅层，利用氮化硅层与所述栅极接触以抵挡栅极中的离子扩散(Mobile ion)，然而氮 化硅层对于长时间的电性操作而言，并不是一个良好的绝缘体，操作过程中，无论是N型薄 膜晶体管还是P型薄膜晶体管，栅极绝缘层都很容易产生载流子注入(Carry trapping)的 问题，进而降低了栅极绝缘层的可靠性，影响低温多晶硅薄膜晶体管的稳定性。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法，能够在不增加制 程光罩数的前提下制作能够同时抵挡离子扩散和抑制载流子注入的栅极绝缘层，提升栅极 绝缘层的可靠性和低温多晶硅薄膜晶体管的稳定性。
[0008] 为实现上述目的，本发明提供了一种低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法，包括如 下步骤：
[0009] 步骤1、提供一基板，在所述基板上沉积一低温多晶硅层，并对所述低温多晶硅层 进行离子掺杂和图案化处理，形成有源层；
[001 0]步骤2、在所述有源层、及基板上沉积一氧化硅层；
[0011]步骤3、在所述氧化硅层上沉积一氮化硅层并利用含氧气体对所述氮化硅层进行 氧化处理，将所述全部氮化硅层或者上层的部分氮化硅层氧化形成一氮氧化硅层，从而所 述氮氧化硅层与氧化硅层或所述氮氧化硅层、氧化硅层与剩下的氮化硅层共同形成栅极绝 缘层；
[0012] 步骤4、在所述有源层上方的氮氧化硅层上形成栅极；
[0013] 步骤5、在所述栅极、以及氮氧化硅层上沉积一层间绝缘层，并在所述层间绝缘层 上形成与所述有源层的两端接触的源极与漏极。
[0014] 所述步骤3中在氮化硅层沉积完成后，对所述氮化硅层进行快速热退火同时通入 含氧气体将所述氮化硅层全部氧化成氮氧化硅层。
[0015] 所述步骤3中先进行一段时间的氮化硅层沉积，然后通入含氧气体继续沉积，将上 层的部分氮化硅层氧化成氮氧化硅层。
[0016] 所述步骤3中的含氧气体为氧气、水气、或一氧化二氮。
[0017]所述栅极材料为钼。
[0018] 所述源极与漏极的材料为两层钛夹一层铝。
[0019] 所述层间绝缘层的材料为氮化硅。
[0020] 所述步骤1中在低温多晶硅层中掺杂的离子为P型离子或N型离子。
[0021] 所述源极与漏极通过贯穿所述层间绝缘层和栅极绝缘层的两过孔与所述有源层 的两端接触。
[0022] 本发明的有益效果:本发明提供的一种低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法，通过 将与栅极接触的氮化硅层氧化成氮氧化硅层，采用氮氧化硅与栅极接触，该氮氧化硅层相 比于氮化硅层，不仅可以抵挡离子扩散，还具有高电性稳定度，能够有效抑制栅极绝缘层的 载流子注入，提升栅极绝缘层的可靠性和低温多晶硅薄膜晶体管的稳定性，制作方法简单， 不需要增加制程光罩数。
【附图说明】
[0023]为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细 说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
[0024] 附图中，
[0025] 图1为本发明的低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法的步骤1的示意图；
[0026] 图2为本发明的低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法的步骤2的示意图；
[0027] 图3为本发明的低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法的第一实施例的步骤3的示意 图；
[0028] 图4为本发明的低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法的第二实施例的步骤3的示意 图；
[0029] 图5为本发明的低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法的第一实施例的步骤4的示意 图；
[0030] 图6为本发明的低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法的第二实施例的步骤4的示意 图；
[0031] 图7为本发明的低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法的第一实施例的步骤5的示意 图；
[0032] 图8为本发明的低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法的第二实施例的步骤5的示意 图；
[0033]图9为本发明的低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法的流程图。
【具体实施方式】
[0034]为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施 例及其附图进行详细描述。
[0035] 请参阅图9,本发明提供一种低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法，包括如下步骤：
[0036] 步骤1、请参阅图1，提供一基板1，在所述基板1上沉积一低温多晶硅层，并对所述 低温多晶硅层进行离子掺杂和图案化处理，形成有源层2。
[0037] 具体地，所述基板1为透明基板，优选玻璃基板，所述步骤1包括:首先在所述基板1 上沉积一非晶硅层，采用准分子激光晶化或固相结晶化的方式进行结晶形成低温多晶硅 层，然后进行离子掺杂和图案化处理，形成有源层2。优选地，所述有源层2的厚度为430A。
[0038] 具体地，所述离子掺杂的离子为P型离子(如硼离子），或N型离子(如磷离子）。
[0039] 步骤2、请参阅图2，在所述有源层2、及基板1上沉积一氧化硅(SiOx)层31。
[0040] 优选地，所述氧化硅层31的厚度为700A，
[0041] 步骤3、在所述氧化硅层31上沉积一氮化硅（SiNx)层32并利用含氧气体对所述氮 化硅层32进行氧化处理，将所述全部氮化硅层32或者上层的部分氮化硅层32氧化形成一氮 氧化硅(SiON)层33,从而所述氮氧化硅层33与氧化硅层31或所述氮氧化硅层33、氧化硅层 31与剩下的氮化硅层32共同形成栅极绝缘层3;。
[0042] 优选地，所述步骤3中的含氧气体为氧气(O2 )、水气(H2O)、或一氧化二氮(N2O)。
[0043] 可选地，请参阅图3,在本发明的第一实施例中，所述步骤3中在氮化硅层32沉积完 成后，对所述氮化娃层32进行快速热退火(Rapid Thermal Annealing，RTA)同时通入含氧 气体将所述氮化硅层32全部氧化成氮氧化硅层33,也即形成的栅极绝缘层3包括自下而上 层叠设置的氧化硅层31、及氮氧化硅层33。优选地，氮氧化硅层33的厚度为250A。
[0044] 可选地，请参阅图4,在本发明的第二实施例中，所述步骤3中先进行一段时间的氮 化硅层32沉积，然后通入含氧气体继续沉积，将上层的部分氮化硅层32氧化成氮氧化硅层 33,也即形成的栅极绝缘层3包括自下而上层叠设置的氧化硅层31、剩下的未被氧化的氮化 硅层32、及氮氧化硅层33。优选地，所述剩下的未被氧化的氮化硅层32及氮氧化硅层33的总 厚度为250A。
[0045] 需要说明的是，氮氧化硅层33同时具备氮化硅层32抵挡离子扩散的特性和氧化硅 层31的高电性稳定度，采用氮氧化硅层33取代氮化硅层32与栅极接触，不仅可以抵挡离子 扩散，还能够有效抑制栅极绝缘层的载流子注入，提升栅极绝缘层3的可靠性，整个过程不 需要改变现有的低温多晶硅薄膜晶体管的制程，不需要增加额外的光罩或工序，只需要在 沉积氮化硅层31时通入含氧气体，或是在氮化硅层31沉积结束后在含氧环境中进行快速热 退火即可实现。
[0046] 步骤4、请参阅图5或图6,在所述有源层2上方的氮氧化硅层33上形成栅极4。
[0047] 优选地，所述栅极4的材料为钼(Mo )，厚度为3OQ0人，具体地，所述步骤4首先在所 述氮氧化硅层33沉积一金属层，随后对所述金属层进行图案化，形成栅极4。
[0048] 步骤5、请参阅图7或图8,在所述栅极4、以及氮氧化硅层33上沉积一层间绝缘层5， 并在所述层间绝缘层5上形成与所述有源层2的两端接触的源极61与漏极62。
[0049] 具体地，所述层间绝缘层5的材料为氮化硅、及氧化硅中的一种或多种的组合，优 选地，所述层间绝缘层5包括自下而上层叠设置的一层氧化硅、及一层氮化硅，其中氧化硅 的厚度为4000A，氮化硅的厚度为2000人，所述源极61与漏极62的材料为两层钛夹一层 铝，第一层钛的厚度为4〇〇1第二层钛的厚度为800人，错的厚度为4000人。具体地，所述 步骤5包括首先在所述栅极4、以及氮氧化硅层33上沉积一层间绝缘层5，随后图案化所述层 间绝缘层5,形成贯穿所述层间绝缘层5、及栅极绝缘层3的两过孔，所述两过孔分别暴露出 所述有源层2的两端，然后在所述层间绝缘层5上沉积金属层并图案化，形成通过两过孔分 别与有源层2的两端接触的源极61与漏极62。
[0050] 综上所述，本发明提供的一种低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法，通过将与栅极 接触的氮化硅层氧化成氮氧化硅层，采用氮氧化硅与栅极接触，该氮氧化硅层相比于氮化 硅层，不仅可以抵挡离子扩散，还具有高电性稳定度，能够有效抑制栅极绝缘层的载流子注 入，提升栅极绝缘层的可靠性和低温多晶硅薄膜晶体管的稳定性，制作方法简单，不需要增 加制程光罩数。。
[0051] 以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术 构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的 保护范围。
【主权项】
1. 一种低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1、提供一基板（1)，在所述基板（1)上沉积一低温多晶硅层，并对所述低温多晶硅 层进行离子掺杂和图案化处理，形成有源层(2); 步骤2、在所述有源层(2)、及基板（1)上沉积一氧化硅层(31); 步骤3、在所述氧化硅层（31)上沉积一氮化硅层（32)并利用含氧气体对所述氮化硅层 (32)进行氧化处理，将所述全部氮化硅层(32)或者上层的部分氮化硅层(32)氧化形成一氮 氧化硅层(33)，从而所述氮氧化硅层(33)与氧化硅层(31)或所述氮氧化硅层(33)、氧化硅 层(31)与剩下的氮化硅层(32)共同形成栅极绝缘层(3); 步骤4、在所述有源层(2)上方的氮氧化硅层(33)上形成栅极(4); 步骤5、在所述栅极(4)、以及氮氧化硅层（33)上沉积一层间绝缘层（5)，并在所述层间 绝缘层(5)上形成与所述有源层(2)的两端接触的源极(61)与漏极(62)。2. 如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述步骤3中 在氮化硅层(32)沉积完成后，对所述氮化硅层(32)进行快速热退火同时通入含氧气体将所 述氮化硅层(32)全部氧化成氮氧化硅层(33)。3. 如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述步骤3中 先进行一段时间的氮化硅层(32)沉积，然后通入含氧气体继续沉积，将上层的部分氮化硅 层(32)氧化成氮氧化硅层(33)。4. 如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述步骤3中 的含氧气体为氧气、水气、或一氧化二氮。5. 如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述栅极(4) 材料为钼。6. 如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述源极(61) 与漏极(62)的材料为两层钛夹一层铝。7. 如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述层间绝缘 层(5)的材料为氮化硅、及氧化硅中的一种或多种的组合。8. 如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述步骤1中 在低温多晶硅层中掺杂的离子为P型离子或N型离子。9. 如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述源极(61) 与漏极(62)通过贯穿所述层间绝缘层(5)和栅极绝缘层(3)的两过孔与所述有源层(2)的两 立而接触。
【文档编号】H01L21/336GK106057677SQ201610388354
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】吴元均, 连水池, 周星宇
【申请人】深圳市华星光电技术有限公司