低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法、低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法

专利名称：低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法、低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法及利用该方法制备的低温多晶硅薄膜晶体管，具体是一种在实施过程中可对多晶硅材料进行有效保护提高产品性能的多晶硅薄膜晶体管的制造方法及利用该方法制备的低温多晶硅薄膜晶体管，属于有机电致发光器件技术领域。
背景技术：
用于AMOLED (Active Matrix/Organic Light Emitting Diode)的 TFT (ThinFiIm Transistor)结构已经有多种，目前主要是采用低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS-TFT)驱动OLED发光，现有技术·中常用的TFT管包含有阵列基板，在基板上沉积的缓冲层，半导体层设于缓冲层的表面。栅极绝缘层设于半导体层的表面，以及栅极设于栅极绝缘层表面。半导体层的两侧设置有轻掺杂漏极(Lightly Doped Drain, LDD)以及两源极/漏极,轻掺杂漏极之间为沟道区。通过P型掺杂剂形成的LDD区的目的是降低TFT管的漏电流，并且避免漏极附近电场过高所导致的热载流子效应。然而受到LDD区浓度较低的影响，LDD区的电阻会高于两侧的源极/漏极，因此容易造成漏极与源极间的串联电阻增加，进而产生空穴迁移率和导通电流比较低的问题。为解决上述问题，现有专利文献CN 1604341A公开了一种控制薄膜晶体管及其制造方法与含其的电致发光显示装置。其中公开了一种形成源极轻掺杂区小于漏极轻掺杂区的控制薄膜晶体管的制备方法，主要包括如下步骤
(O在透明玻璃衬底上，选择性的沉积绝缘层；(2)在玻璃衬底表面沉积一非晶硅层；
(3)以准分子激光作为热源，使非晶硅层在低于600度下接警为低温多晶硅层凸块；(4)以光刻工艺，定义并蚀刻形成一图案化光致抗蚀剂层，露出多晶硅凸块上预定形成漏极与源极的区域，进行P型离子注入(P+)，形成掺杂剂浓度较高的源极和漏极，中间未受离子掺杂的多晶硅层作为沟道；(5)移除光致抗蚀剂层后，在衬底表面沉积一绝缘层，接着再以光刻工艺，在绝缘层上定义并蚀刻形成图案化的光致抗蚀剂层，露出漏极与沟道之间的部分表面长度为d2，源极与沟道之间的部分表面长度为dl，且保证d2大于dl ;(6)以光致抗蚀剂层为掩膜，进行低量P型离子的注入(P-)，形成低掺杂剂浓度的漏极轻掺杂区与源极轻掺杂区；(7)将玻璃衬底进行快速热处理，使上述注入的离子扩散入多晶硅层中；(8)沉积或溅射金属栅极材料；(9)沉积一绝缘保护层；(10)以光刻的工艺蚀刻保护层与介电层，形成开口露出漏极与源极，在开口中填充导电材料形成漏极电极与源极电极。上述方案中公开的具有双边不对称型轻掺杂区的控制TFT结构，通过电性测试后，除了实现有效降低漏电流外，其导通电流也不会因而下降。然而上述对该TFT的制备方法中还存在如下问题
首先，其步骤(4)中，光致抗蚀剂层是露出多晶硅凸块上预定形成漏极与源极的区域，进行P型离子注入(P+)形成掺杂剂浓度较高的源极和漏极。因此在进行离子注入时没有任何材料层进行阻隔与保护，直接对多晶硅凸块进行离子注入。经测量，采用这一顺序制备得到的晶体管，其源极和漏极电阻较大，导通电流较低。其次，其步骤(5)中，实现双边不对称结构时，需要采用光刻工艺在绝缘层上蚀刻出长度不同的两段距离dl和d2，由于LDD区域的长度是很小的，一般就Ium左右，在实际操作过程中在这么小的距离内采用光刻的技术手段实现两个长度有大有小，其精度要求很高，在进行批量生产时，要实现产品间规格标准统一十分困难。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中TFT制备过程中直接对多晶硅材料进行离子注入形成源极和漏极的过程中容易破坏多晶硅材料中的晶格结构影响产品性能，从而提供一种在离子注入过程中可对多晶硅材料进行有效保护的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法及利用该方法制备的低温多晶硅薄膜晶体管。为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的
一种低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法，包括如下步骤
51、在基板依次生成缓冲层和图形化多晶硅层；
52、在所述图形化多晶硅层上生成栅极绝缘层；
53、在所述栅极绝缘层上生成第一离子注入阻挡层且预留用于形成源极和漏极的区 域； 54、经所述栅极绝缘层对所述图形化多晶硅层进行离子注入，形成源极和漏极，所述图形化多晶硅层中间被所述第一离子注入阻挡层遮挡的无离子注入的区域为沟道区与所述沟道区两侧的用于生成轻掺杂漏极区的区域；
55、在所述栅极绝缘层上形成栅极；
56、在所述沟道区两侧生成掺杂量不等的轻掺杂漏极区，其中靠近所述源极的源极轻掺杂区的掺杂量高于靠近所述漏极的漏极轻掺杂区的掺杂量。所述步骤S6采用如下步骤实现
5601、在所述栅极绝缘层和所述栅极金属图案表面与所述漏极轻掺杂区相对的位置生成第二离子注入阻挡层；
5602、对所述源极轻掺杂区进行离子注入，注入剂量为Pl；
5603、剥离所述第二离子注入阻挡层，在所述栅极绝缘层和所述栅极金属图案表面与所述源极轻掺杂区相对的位置生成第三离子注入阻挡层；
5604、对所述漏极轻掺杂区进行离子注入，注入剂量为P2，且P1>P2；
5605、剥离所述第三离子注入阻挡层。所述步骤S6采用如下步骤实现
S601’、在所述栅极绝缘层和所述栅极金属图案表面生成一层蚀刻阻挡层；
S602’、将所述源极轻掺杂区所对应的所述栅极绝缘层蚀刻掉厚度为D的一层；
S603’、剥离所述蚀刻阻挡层；
S604’、对所述源极轻掺杂区和所述漏极轻掺杂区进行相同剂量的离子注入。所述栅极绝缘层为氮化硅材料、氧化硅材料或者两种材料的复合物。还包括如下步骤S7、在所述栅极绝缘层上生成介电层后，在所述源极和所述漏极对应的位置开设源极贯通孔和漏极贯通孔，在所述源极贯通孔和所述漏极贯通孔内填充导电材料。所述步骤SI采用化学气相沉积法生成所述缓冲层。所述步骤SI中，在所述缓冲层上沉积非晶硅层后，将所述非晶硅层转化为多晶硅层，并蚀刻为图形化多晶硅层。所述步骤SI中，采用准分子激光退火或者固相结晶的方法将所述非晶硅层转化为多晶娃层。所述步骤S2中采用化学气相沉积法生成所述栅极绝缘层。所述步骤S5中采用物理气相沉积法生成栅极金属图案。所述栅极金属图案为多层金属形成的金属化合物导电层。所述栅极金属图案为铝层、钨层、铬层叠加后形成的金属化合物导电层。所述步骤S3中，所述第一离子注入阻挡层设置于所述图形化多晶硅层上方，且所述第一离子注入阻挡层的长度小于所述图形化多晶硅层的长度，所述图形化多晶硅层两侧未被覆盖的区域为预留的用于预留形成源极和漏极的区域。本发明还提供一种由上述方法制备的低温多晶硅薄膜晶体管。本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点
(I)本发明所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法，离子注入形成源极和漏极的过程中是隔着栅极绝缘层对多晶硅材料进行离子注入的，使得离子在高能加速后进入到多晶硅表面层之前经过栅极绝缘层的`散射作用后，注入到多晶硅表面的离子能量会降低，对S1-Si键的损伤也会降低，有效避免离子注入对多晶硅表面的损伤，降低多晶硅表面电阻，因此有效降低了源极和漏极的电阻值。而本领域技术人员所熟知的，对于低温多晶硅薄膜晶体管来说，在晶体管打开的状态下，开态电流主要由沟道的开态电阻以及源漏区的面电阻、源漏区的接触电阻和源漏金属的电阻决定，其中源极和漏极的面电阻对开态电流的影响约占60%，其他因素诸如沟道电阻、源漏区的接触电阻和源漏金属的电阻等对开态电流的影响约占40%。因此，本申请在有效降低源极和漏极的面电阻的情况下不影响低温多晶硅薄膜晶体管的其他参数，即在不影响其正常使用的前提下可以大幅提高低温多晶硅薄膜晶体管的开态电流，提闻了广品性能。(2)本发明所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法，在形成双边不对称结构时可以采用两次注入的形式，两次注入的剂量不同，避免了在尺寸很小的LDD区域上，采用高精度要求的光刻的技术手段实现两个长度有大有小，也能实现沟道区两边的LDD 区域的掺杂量不同，极大降低了对工艺精度的要求，也可以使得产品在批量生产时的性能和规格标准得到统一。(3)本发明所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法，在形成双边不对称结构时可以将源极轻掺杂区所对应的所述栅极绝缘层削掉厚度为D的一层；因为源极轻掺杂区和漏极轻掺杂区上方的栅极绝缘层厚度不同，因此以相同剂量进行注入，得到的掺杂浓度也不相同。同样在极大降低了对工艺精度要求的前提下实现了沟道区两边的LDD 区域的掺杂量不同的双边不对称结构，也可以使得产品在批量生产时的性能和规格标准得到统一。


为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，
图1是本发明所述低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法的流程图2是本发明所述低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法中制备不对称LDD区的一种实施例的流程图3是本发明所述低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法中制备不对称LDD区的一种实施例的流程图4是为本发明形成缓冲层及低温多晶硅层示意图5是本发明形成栅极绝缘层示意图6是本发明形成源极/漏极过程示意图7为本发明形成源极轻掺杂区过程示意图；
图8为本发明形成栅极绝缘层刻蚀图案示意图9为本发明形成不对称轻掺杂区过程示意图10为本发明一个实施例中形成源极轻掺杂区过程示意图11为本发明一个实施例中形成漏极轻掺杂区过程示意图12为本发明另一个实施例中形成蚀刻阻挡层过程示意图13为本发明另一个实施例中形成不对称轻掺杂区过程示意其中附图标记为1_基板，3-栅极，8-缓冲层，15-图形化多晶硅层，11-栅极绝缘层，16-第一离子注入阻挡层，1502-沟道区，1504-源极，1505-漏极，1512-源极轻掺杂区，1513-漏极轻掺杂区，22-介电层，30-源极贯通孔，31-漏极贯通孔，17-第二离子注入阻挡层，18-第三离子注入阻挡层，19-蚀刻阻挡层。
具体实施例方式实施例1
本实施例提供一种低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法，如图1所示，包括如下步骤
51、在基板I依次生成缓冲层8，图形化多晶硅层15；
本步骤完成后得到的产品切面图如图4所示；
52、在所述图形化多晶硅层15上生成栅极绝缘层11，所述栅极绝缘层11为氮化硅材料、氧化硅材料或者两种材料的复合物，如图5所示；
53、在所述栅极绝缘层11上生成第一离子注入阻挡层16且预留用于形成源极和漏极的区域；
54、经所述栅极绝缘层11对所述图形化多晶硅层15进行离子注入，形成源极1504和漏极1505，所述图形化多晶硅层15中间被所述第一离子注入阻挡层16遮挡的无离子注入的区域为沟道区1502与所述沟道区1502两侧的用于生成轻掺杂漏极区的区域，如图6所示；
选择氮化硅、氧化硅或者两种材料的复合物是因为这两种材料指挥对离子注入产生隔离，虽然经所述栅极绝缘层11，但是离子依然能够注入到所述图形化多晶硅层15上，只是离子注入的过程中通过经所述栅极绝缘层11对离子的散射作用削弱离子注入过程的能量，减小其对多晶硅材料内的S1-Si键的影响；从而不会增加所述源极1504和所述漏极1505的电阻值；
图6中，15’所代表的区域为沟道区1502与所述沟道区1502两侧的用于生成轻掺杂漏极区的区域；
55、在所述栅极绝缘层11上生成栅极金属图案，得到栅极3；
56、在所述沟道区2两侧生成掺杂量不等的轻掺杂漏极区，其中靠近所述源极1504的源极轻掺杂区1512的掺杂量高于靠近所述漏极1505的漏极轻掺杂区1513的掺杂量。本发明上述过程中，有些步骤已经是现有技术中应用比较广泛的了。因此本实施例中没有详细叙述。如步骤SI中，在所述基板I (玻璃或者塑料)上使用化学气相沉积(CVD)方法沉积形成所述层缓冲层8 ;在所述缓冲层8上使用化学气相沉积(CVD)方法沉积非晶硅层。优选地，采用准分子激光退火(ELA)或固相结晶(SPC)方法将非晶硅晶化为多晶硅；然后进行光刻及刻蚀步骤形成所需要的所述图形化多晶硅层15。
·
所述步骤S2中，通过化学气相沉积(CVD)方法在具有所述图形化多晶硅层15上沉积所述栅极绝缘层11，如氧化硅层、氮化硅层或这两种材料的复合绝缘层。优选地，在所述栅极绝缘层11表面形成的所述第一离子注入阻挡层16的材料可以选择光刻胶；
所述步骤S5中，通过物理气相沉积(PVD)及光刻、刻蚀等工艺在所述栅极绝缘层11上形成栅极金属图案，得到栅极3，该金属可以是一铝层、一钨层、一铬层或其他金属及金属化合物导电层。所述步骤S3中，所述第一离子注入阻挡层16设置于所述图形化多晶硅层15上方，且所述第一离子注入阻挡层16的长度小于所述图形化多晶硅层15的长度，所述图形化多晶硅层15两侧未被覆盖的区域为预留的用于预留形成源极和漏极的区域。并且，还包括步骤S7、在所述栅极绝缘层11上生成介电层22后，在所述源极1504和所述漏极1505对应的位置开设源极贯通孔30和漏极贯通孔31，如图9所示；在所述源极贯通孔30和所述漏极贯通孔31内填充导电材料。由此实现将源极和漏极采用导电材料与外部电源等实现电连接。并且，本实施例还提供一种利用上述方法制备而成的低温多晶硅薄膜晶体管。该晶体管的沟道两侧的源极掺杂区1512和漏极掺杂区1513具有不同的掺杂浓度。实施例2
本实施例在实施例1的基础上做如下改进，如图2所示，所述步骤S6采用如下步骤实
现
5601、在所述栅极绝缘层11和所述栅极金属图案表面与所述漏极轻掺杂区13相对的位置生成第二离子注入阻挡层17，如图6所示；
5602、对所述源极轻掺杂区12进行离子注入，注入剂量为Pl；
5603、剥离所述第二离子注入阻挡层17，在所述栅极绝缘层11和所述栅极金属图案表面与所述源极轻掺杂区13相对的位置生成第三离子注入阻挡层18，如图7所示；
5604、对所述漏极轻掺杂区13进行离子注入，注入剂量为P2，且P1>P2；
在本实施例中，可以选择Pl的范围为IE15-L 6E15cm2 ；P2的范围lE14_lE15cm2。S605、剥离所述第三离子注入阻挡层18。
本实施例中，在形成双边不对称结构时可以采用两次注入的形式，两次注入的剂量不同，由此可以不必使得两边的LDD区的宽度有所不同，降低了对工艺精度的要求，也可以使得产品在批量生产时的性能得到统一。如表I中给出了采用本实施例制备方法得到的不对称结构的低温多晶硅薄膜晶体管与无LDD结构的低温多晶硅薄膜晶体管和对称结构的低温多晶硅薄膜晶体管的漏电流与开态电流的测量结果。表I
权利要求
1.一种低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤51、在基板(I)依次生成缓冲层(8)和图形化多晶硅层(15)；52、在所述图形化多晶硅层(15)上生成栅极绝缘层(11);53、在所述栅极绝缘层(11)上生成第一离子注入阻挡层(16)且预留用于形成源极和漏极的区域；54、经所述栅极绝缘层(11)对所述图形化多晶硅层(15)进行离子注入，形成源极 (1504)和漏极(1505)，所述图形化多晶硅层(15)中间被所述第一离子注入阻挡层(16)遮挡的无离子注入的区域为沟道区(1502)与所述沟道区(1502)两侧的用于生成轻掺杂漏极区的区域；55、在所述栅极绝缘层(11)上形成栅极(3);56、在所述沟道区(2)两侧生成掺杂量不等的轻掺杂漏极区，其中靠近所述源极 (1504)的源极轻掺杂区(1512)的掺杂量高于靠近所述漏极(1505)的漏极轻掺杂区(1513) 的掺杂量。
2.根据权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述步骤 S6采用如下步骤实现5601、在所述栅极绝缘层(11)和所述栅极金属图案表面与所述漏极轻掺杂区(13)相对的位置生成第二离子注入阻挡层(17)；5602、对所述源极轻掺杂区(1512)进行离子注入，注入剂量为Pl；5603、剥离所述第二离子注入阻挡层(17)，在所述栅极绝缘层(11)和所述栅极金属图案表面与所述源极轻掺杂区(1513)相对的位置生成第三离子注入阻挡层(18);5604、对所述漏极轻掺杂区(1513)进行离子注入，注入剂量为P2，且P1>P2；5605、剥离所述第三离子注入阻挡层(18)。
3.根据权利要求1所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述步骤 S6采用如下步骤实现S601’、在所述栅极绝缘层(11)和所述栅极金属图案表面生成一层蚀刻阻挡层(19); S602’、将所述源极轻掺杂区(1512)所对应的所述栅极绝缘层(11)蚀刻掉厚度为D的一层;S603’、剥离所述蚀刻阻挡层(19)；S604’、对所述源极轻掺杂区(1512)和所述漏极轻掺杂区(1513)进行相同剂量的离子注入。
4.根据权利要求1-3任一所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法，其特征在于所述栅极绝缘层(11)为氮化硅材料、氧化硅材料或者两种材料的复合物。
5.根据权利要求1-4任一所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法，其特征在于还包括如下步骤57、在所述栅极绝缘层(11)上生成介电层(22)后，在所述源极(1504)和所述漏极 (1505 )对应的位置开设源极贯通孔(30 )和漏极贯通孔(31)，在所述源极贯通孔(30 )和所述漏极贯通孔(31)内填充导电材料。
6.根据权利要求1-5任一所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法，其特征在于所述步骤SI采用化学气相沉积法生成所述缓冲层(8)。
7.根据权利要求1-6任一所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法，其特征在于所述步骤SI中，在所述缓冲层(8)上沉积非晶硅层后，将所述非晶硅层转化为多晶硅层，并蚀刻为图形化多晶硅层(15)。
8.根据权利要求7所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法，其特征在于所述步骤SI中，采用准分子激光退火或者固相结晶的方法将所述非晶硅层转化为多晶娃层。
9.根据权利要求1-8任一所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法，其特征在于所述步骤S2中采用化学气相沉积法生成所述栅极绝缘层(11)。
10.根据权利要求1-9任一所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法，其特征在于所述步骤S5中采用物理气相沉积法生成栅极金属图案。
11.根据权利要求1-10任一所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法，其特征在于所述栅极金属图案为多层金属形成的金属化合物导电层。
12.根据权利要求11所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法，其特征在于所述栅极金属图案为铝层、钨层、铬层叠加后形成的金属化合物导电层。
13.根据权利要求1-12任一所述的低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法，其特征在于所述步骤S3中，所述第一离子注入阻挡层(16)设置于所述图形化多晶硅层(15)上方，且所述第一离子注入阻挡层(16)的长度小于所述图形化多晶硅层(15)的长度，所述图形化多晶硅层(15)两侧未被覆盖的区域为预留的用于预留形成源极和漏极的区域。
14.一种由权利要求1-13任一方法制备的低温多晶娃薄膜晶体管。
全文摘要
本发明涉及低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法及利用该方法制备的低温多晶硅薄膜晶体管，在基板上生成缓冲层，图案化多晶硅层，对多晶硅层进行一定量的离子注入或者不注入以形成薄膜晶体管的沟道区；沉积栅极绝缘层，第一离子注入阻挡层，隔着栅极绝缘层对多晶硅层进行离子注入，形成源极和漏极；而后在沟道区两侧生成掺杂量不等的轻掺杂漏极区，其中靠近源极的源极轻掺杂区的掺杂量高于靠近漏极的漏极轻掺杂区的掺杂量。上述方案中离子注入形成源极和漏极的过程中隔着栅极绝缘层，可以缓冲离子注入过程，有效避免了现有技术中直接对多晶硅材料进行离子注入对多晶硅材料晶格的破坏的问题，提高了所制备的低温多晶硅薄膜晶体管的产品性能。
文档编号H01L21/265GK103050410SQ20121042257
公开日2013年4月17日 申请日期2012年10月30日 优先权日2012年10月30日
发明者葛泳, 邱勇, 黄秀颀, 朱涛, 刘玉成 申请人:昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司