专利名称：一种晶体管的制作方法
技术领域：
本申请涉及一种晶体管，更具体地，本申请涉及一种界定的晶粒多晶硅薄膜晶体管。
背景技术：
低温结晶非晶硅(a-Si)薄膜可以应用到便宜的大面积电子的玻璃衬底上，从而在业界吸引了相当大的关注。建立在金属诱导单向晶化(MIUC)多晶硅(poly-Si)上的薄膜晶体管(TFTs)展示出了高的载流子迁移率和良好的设备均匀性能，可以用于实现有源矩阵平板显示器和图像传感器。然而，MIUC-TFT在后来的退火工艺中，玻璃衬底收缩会引起连续掩膜不对准的问 题，而且多晶硅沟道中残余的镍会影响TFT长期的稳定性。MIUCTFT的电学性能可能会转移并且存在更高的断态泄漏电流以及漏击穿问题，现有技术中存在减少MIC TFT中的镍浓度的几种方法例如，通过镍介质的晶化非晶硅的硅氮化合物(SiNx)保护层获得碟状多晶硅。在这个方法中，镍被溅射到SiNx/a-Si层并且接着在600°C左右温度下退火，SiNx保护层控制着镍浓度在MIC层可控制的范围内。但是，此工艺实现复杂，并且在后面的真空下还需要移除保护层。在申请人先前的研究中，采用基于溶剂的MIC(SMIC)制造多晶硅TFT的工艺，低浓度镍的多晶硅包括控制溶剂中镍吸附工艺获得的碟状晶畴。与物理气相沉积(PVD)方法相t匕，SMIC工艺更为快速，简单，便宜。该技术可以解决由玻璃衬底收缩引起的连续掩膜不对准问题，但是随机的晶体核分布需要更长的退火时间，这对于大面积玻璃衬底而言很不现实。
实用新型内容为克服现有技术中大面积玻璃衬底中随机晶体核分布时间长的缺陷，本实用新型提出一种多晶硅薄膜晶体管。根据本实用新型的一个方面，提出了一种晶体管，包括多晶硅薄膜作为有源层制造P沟道的TFTs，成核点(NS)以及补充点(SS)通过组合溶剂法提供，成核点和补充点重复性有规则分布，实现相同形状和大小的晶畴。获取不同形状的晶畴，构建蜂窝结构和带状结构。界定的SS面积为4 ii mX4 ii m并且均匀地分布在NS周围；SS间距是8 y m。界定的SS面积为4 iimX4 iim并且均匀地分布在NS周围，SS间距是8iim，六边形的 NS 尺寸为 1511111、1011111、511111或者411111。NS是矩形的，其中较长边长度与非晶硅衬底相同，矩形的宽度为或者2 y m，两个相邻的矩形间距固定为60 u m。
[0011]图I示出样品浸入到Ni(N03)2/NH40H混合物中的横截面示意图；图2示出蜂窝晶粒多晶硅分布图；图3示出形成带状晶粒多晶硅分布图；图4示出完全晶化的DG-PS的AFM 3-D图；图5示出P-沟道可控晶粒poly-Si TFT横截面示意图；图6示出漏电流和场效应迁移率相对于以可控晶粒多晶硅作为有源层制造P型TFTs的栅电压。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。在本申请中，提供一种晶体管结构和制备方法，可以减少多晶硅中残余的镍和精确控制退火工艺。通过组合溶剂法，提供成核点(NS)以及补充点(SS)来实现。因此，结晶多晶硅薄膜有非常低的镍浓度，整个薄膜可用于制造高性能的TFTs。可获得不同形状的晶畴，其中最佳地设计出蜂窝结构和带状结构。如果成核点和补充点重复性有规则分布，可以实现相同形状和大小的晶畴。整个工艺是精确可控的，并且在590°C温度下结晶时间可以缩短到2小时左右。利用多晶硅薄膜作为有源层制造P沟道的TFTs展现高性能。界定的晶粒多晶硅材料界定晶粒(DG)多晶硅(Poly-Si)的准备工作在结晶硅晶片上覆盖一层500nm的热氧化物进行实验。通过低压化学气相沉积(LPCVD)沉积50nm的a-Si。通过光刻法界定成核点和补充点。样品浸入到Ni (NO3)2/NH40H混合物中12分钟，样品浸入到溶剂中的横截面示意图见图1，只有很小部分的a-Si暴露于溶剂外，大部分a-Si覆盖SiO2和光刻胶。在混合物中浸泡，直到获得一定含量的镍作为金属诱导后，光刻胶被去除。接着，样品在受控环境下，在590°C温度下热处理2小时。分析DG Poly-Si实现高质量的DG Poly-Si的关键技术是通过组合溶剂法，提供成核点(NS)以及补充点(SS)。NS和SS的不同布置可以获得不同形状和大小的晶粒。其中最佳设计是蜂窝晶粒和带状晶粒。图2所示是蜂窝晶粒多晶硅(HG-PS)分布图。界定的SS面积为4 iim X4iim并且均匀地分布在NS周围。SS间距是8 iim，六边形的NS尺寸为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，这些样品被浸入到前述的Ni (NO3) 2/NH40H混合物中。接着，在可控的环境下，在590°C的温度下晶化2小时。因为前面提到的，界定的SS的面积是4并且均匀地分布在NS周围。当六边形NS的尺寸是15 y m时，晶化地带将有一些填料类的晶粒填充在NS的中央，。当退火时间延长时，围绕NS中心的晶畴持续增加，NiSi2结晶核在加温退火开始之前形成。这可能是因为要求固定数量的镍原子形成NiSi2原子核成为诱导结晶的种子。Ni (NO3)2溶液的浸泡时间是固定的，在特定面积上，较大面积的NS意味着更多的镍吸附在a-Si表面上。当NS的尺寸是15 ii m时，浸泡时间是12分钟，在形成结晶原子核时吸附了比我们需要的更多的镍。过多数量的镍在成核点中央形成小晶粒。当六边形的NS尺寸是IOym时，在NS中央可以完全形成理想的碟状六边形晶畴。当六边形NS尺寸降低到5 m时，也可以形成理想的碟状晶畴。但是其中一些晶畴不在NS中央。当NS的面积更小时，NS的定位功能也会降低。当六边形NS的尺寸减少到4 ii m时,大部分晶畴都是随机分布的。也就是说，当NS的边长是m并且浸泡时间是12分钟时，成核点聚集的镍浓度和补充点的镍浓度大约差不多。所以，NS的定位功能会随着NS与SS的面积比率减小而消失。图3所示为形成带状晶粒多晶硅(ZG-PS)分布图。NS是矩形的，其中较长边长度与非晶娃衬底相同。矩形的宽度有8 ii m(a) ,6 ii m(b) ,4 ii m(c)和2iim(d)。两个相邻的矩形间距固定为60iim。SS的面积大小也被界定为4 ii mX4 ii m。在NS和SS形成之后,将这些样品浸泡到2. I章节中所提到的Ni (N03) 2溶液中12分钟。在N2氛围中590°C温度结晶2小时。当带状NS的宽度从2 iim变到8 iim时，不会产生填充类晶粒。当带状NS的宽度等于或超过4 时，可以获得MILC带状晶粒。原子核形成于带状NS的初期阶段。接着，在退火工艺期间，晶粒延伸到半并行方向，直到相邻MILC晶畴的四面相撞以及在2个相邻NS中间形成晶界为止。
带状MILC晶畴制造的连续MILC多晶硅薄膜。SS中的多晶硅与整个晶粒有着相同的方向，这就证明了这里不会形成任何的结晶性原子核。因为成核点面积越大，一定面积的镍浓度就会更多，更大面积的NS就会形成更多的原子核。随着同一个NS的相邻两个晶粒间的距离的增加，NS的宽度就会随之减少。这就意味着体系会自我调整。多晶硅是由碟状晶畴组成的，它与六边形晶粒多晶硅相比更容易获得。当NS宽度减少到2 y m时，大多数晶畴随机分布。TFT闻性能和可罪性的关键因素是多晶娃的表面光滑度。晶化多晶娃的表面是通过原子力显微镜(AFM)分析的。图4所示分别为NS和SS内外部可控晶粒多晶硅的AFM3-D图。内部是指薄膜区域已经暴露于溶剂中，而外部是指薄膜收到光刻胶的保护未暴露于溶剂中。内部和外部的表面粗糙度分别为0. 364nm和0. 189nm。这项结果显示比ELA多晶硅的表面粗糙度13. Inm小很多。DG 多晶硅 TFT通过freckle蚀刻剂，将这些完全结晶的DG-PS图刻为有源岛。Freckle蚀刻剂主要由CH3C00H，HBF4, HNO3和H3PO4组成。在原生氧化层被I %的HF消除后，接着通过LPCVD在425°C温度下沉积50nm厚的低温氧化物(LTO)作为栅绝缘层。随后，将300nm厚的铝图案化为栅极，4X 1015/cm2剂量的硼植入源和漏。同时沉积一个500nm厚的LTO隔离层和激活掺杂剂。在500nm厚的aluminum-1 % Si被溅射前打开接触孔，并且图刻为触点。接着，在420°C温度下触点烧结30分钟形成气体。图5所示为P-沟道CZD poly-Si TFT横截面示意图。制造在50nm厚的DG poly-Si上的P-沟道TFTs电学特征是由HP4156半导体参数分析仪测量的。测量的TFTs迁移特征曲线W/L = 30 y m/10 ym。W和L分别指晶体管的宽度和长度。场效应迁移率(UFE)和阈值电压(Vth)被定义为Vg，要求W/LX10-7A的Id，Vds = -5V。低漏电压的场效应迁移率可以通过以下方程式获得/ [0036]这里的W和L分别指有效沟道的宽度和长度，gm指跨导，Cox指单位面积上的栅极绝缘电容，Vds指漏极和源极之间的电压，所记录的场效应迁移率是测量的最大值。图6所示为蜂窝晶粒(HG)和带状晶粒(ZG)poly-Si TFTs的迁移特征以及他们的场效应迁移率。P-沟道的DG poly-Si TFTs展示了最大值-55cm2/Vs的场效应迁移率，亚阈值摆幅为-0. 6V/dec，阈值电压为(Vth) of-3V，开启和关闭状态的漏电流比率是-I X 107。结论所提议的新方案是控制晶界以及低温多晶硅(LTPS)薄膜的晶畴。它是通过组合溶剂工艺，成核点以及补充点来实现的。这项新技术，由于成核点和补充点的不同分布，可以获得不同形状的晶畴。在这篇论文中，将详细介绍蜂窝晶粒和带状晶粒结构。590°C温度下的晶化时间可缩短至2小时左右。完全晶化的DG多晶硅薄膜显示了良好的表面粗糙度。结果显示P沟道的TFTs使用DG多晶硅薄膜作为有源层显示了良好的性能。 最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本实用新型的技术方案而不是对本技术方法进行限制。
权利要求1.一种晶体管，包括多晶硅薄膜作为有源层制造P沟道的TFTs，其特征在于，成核点(NS)以及补充点(SS)通过组合溶剂法提供，成核点和补充点重复性有规则分布，实现相同形状和大小的晶畴。
2.根据权利要求I所述的晶体管，其特征在于，将不同形状的晶畴构建为蜂窝结构和带状结构。
3.根据权利要求I所述的晶体管，其特征在于，界定的SS面积为WmXhm并且均匀地分布在NS周围；SS间距是8 ii m。
4.根据权利要求I所述的晶体管，其特征在于，界定的SS面积为WmXhm并且均匀地分布在NS周围，SS间距是8 iim，六边形的NS尺寸为15 y m、10 y m、5 y m或者4 y m。
5.根据权利要求I所述的晶体管，其特征在于，NS是矩形的，其中较长边长度与非晶硅衬底相同，矩形的宽度为或者2 y m,两个相邻的矩形间距固定为60 y m。
专利摘要本实用新型提供一种晶体管，包括多晶硅薄膜作为有源层制造P沟道的TFTs，结晶多晶硅薄膜有低的镍浓度，其特征在于，成核点(NS)以及补充点(SS)通过组合溶剂法提供，成核点和补充点重复性有规则分布，实现相同形状和大小的晶畴。
文档编号H01L29/06GK202487579SQ201120015629
公开日2012年10月10日 申请日期2011年1月19日 优先权日2011年1月19日
发明者何子键, 凌代年, 彭华军, 邱成峰, 郭海成, 黄飚 申请人:广东中显科技有限公司