一种轻掺杂区形成方法及半导体器件制造方法与流程

本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种轻掺杂区形成方法及半导体器件制造方法。

背景技术：

柔性显示器件具有轻、薄、可挠曲、耐冲击、超高防水性能等优点，在可穿戴设备及一些特殊功能显示领域有非常广泛的应用。

目前，制备柔性器件的技术中，主要是将柔性基板装配在刚性的玻璃基板等载板上，然后在柔性基板上制备显示器元件，最后再将柔性基板与载板分离，进而得到柔性器件。在柔性器件制备过程中，温度一般都要求在450℃以下，目前主流的柔性显示器件制备均采用低温多晶硅(LTPS)技术。由于硼(B)离子的易活化性(在450℃左右就可以活化)，掺杂有硼离子的PMOS结构常采用LTPS技术制备成为像素驱动开关，并得到广泛应用；而由于NMOS结构的漏电流难抑制且活化温度较高，使得更具优势的CMOS结构难以制备在柔性基板上。虽然LDD结构可以有效抑制NMOS结构的漏电流，但NMOS结构活化温度高的问题仍然难以解决。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种轻掺杂区形成方法及半导体器件制造方法，能够解决现有技术中NMOS结构漏电流难抑制及活化温度较高的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种轻掺杂区形成方法，包括：在基板的一表面依次层叠绝缘层、介质层和半导体层，其中所述半导体层中形成有沟道；在所述半导体层的沟道两侧形成离子注入区；向所述离子注入区注入杂质离子；使用激光照射所述半导体层，以使所述杂质离子扩散，在沟道两侧形成轻掺杂区。

其中，所述在基板的一表面依次层叠绝缘层、介质层和半导体层具体包括：在所述基板的一表面形成保护层；在所述保护层相对所述基板一表面依次层叠绝缘层、介质层和半导体层；其中，保护层、绝缘层、介质层和半导体层均采用等离子体增强化学气相沉积法形成。

其中，所述保护层包括依次层叠的第一保护层和第二保护层；所述第一保护层是氮化硅，厚度为500～6000埃；所述第二保护层是氧化硅，厚度为500～6000埃。

其中，所述在基板的一表面依次层叠绝缘层、介质层和半导体层之后，包括：对所述半导体层进行去氢处理；其中，所述绝缘层是氮化硅，厚度为500～1000埃；所述介质层是氧化硅，厚度为1000～4000埃；所述半导体层是非晶硅，厚度为400～550埃。

其中，所述在所述半导体层的沟道两侧形成离子注入区具体包括：在所述半导体层表面涂感光材料；采用光刻工艺在所述半导体层的沟道两侧刻蚀出离子注入区；其中，所述离子注入区的宽度为0.2～0.8微米。

其中，所述向所述离子注入区注入杂质离子之后，包括：对所述半导体层去除感光材料。

其中，所述杂质离子是磷离子，注入剂量为1E14～6E14/cm²。

其中，所述使用激光照射所述半导体层具体包括：使用准分子镭射激光照射所述半导体层，以使所述半导体层温度升高，所述杂质离子随所述半导体层熔化扩散；其中，所述半导体层温度低于450摄氏度。

其中，所述基板是柔性基板。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种半导体器件的制造方法，包括：使用上述方案中任一项所述的方法形成轻掺杂区；将相邻两个所述轻掺杂区隔离以形成硅岛。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明在基板的一表面依次层叠绝缘层、介质层和半导体层，其中所述半导体层中形成有沟道，再在所述半导体层的沟道两侧形成离子注入区，向所述离子注入区注入杂质离子，最后使用激光照射所述半导体层，以使所述杂质离子扩散，在沟道两侧形成轻掺杂区。通过上述方式，本发明预先在沟道两侧形成离子注入区，使用激光照射半导体层，使得杂质离子随着半导体层的熔化扩散，从而在半导体材料结晶的过程中杂质离子能更有效地掺杂到晶格中，实现低温活化的效果，最终在沟道两侧形成轻掺杂区，等效于串联一个大电阻，从而使得水平方向电场减少并降低了电场加速引起的碰撞电离产生热载流子的几率，有效抑制漏电流，而且不需要额外增加光罩，减少了制造步骤和成本。

附图说明

图1是本发明轻掺杂区形成方法一实施方式的流程图；

图2是图1中步骤S102执行后形成的膜层结构的剖面示意图；

图3是图1中步骤S104执行后形成的膜层结构的剖面示意图；

图4是本发明半导体器件制造方法一实施方式的流程图；

图5是图4中步骤S401执行后形成的半导体器件结构的剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1是本发明轻掺杂区形成方法一实施方式的流程图图。如图1所示，本发明轻掺杂区形成方法包括：

步骤S101：在基板的一表面依次层叠绝缘层、介质层和半导体层；

其中，半导体层中形成有沟道，基板是柔性基板；

请参阅图2，柔性基板20表面印有一层绝缘薄膜21(如聚酰亚胺(PI)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN))，作为柔性基板20的耐热绝缘材料。半导体层25中可通过执行离子注入工艺形成N阱或P阱，以形成导电沟道26，注入的离子根据形成的沟道类型选择，此处不做具体限定。在本实施方式中，基板是柔性基板(即柔性印刷电路板)，而在其他实施方式中，基板也可以是玻璃基板等其他类型的基板。

具体地，绝缘层是氮化硅，厚度为500～1000埃；介质层是氧化硅，厚度为1000～4000埃；半导体层是非晶硅，厚度为400～550埃。

如图2所示，绝缘层23采用氮化硅材料，具有高的击穿电压特性和自氢化修补功能，但其与多晶硅界面存在较多的缺陷和陷阱，易产生载流子捕获缺陷和阈值电压漂移，因此需要通过介质层24与半导体层25隔开，防止后续步骤执行后半导体层25从非晶硅转变为多晶硅后与绝缘层23存在较多缺陷，介质层24采用氧化硅材料，具有张力，而氮化硅具有拉力，因此可以减缓氮化硅的应力，使半导体层25表面的应力平衡。

其中，步骤S101具体包括：

步骤S1011：在基板的一表面形成保护层；

其中，保护层包括依次层叠的第一保护层和第二保护层；第一保护层是氮化硅，厚度为500～6000埃；第二保护层是氧化硅，厚度为500～6000埃。

具体地，如图2所示，保护层22层叠于柔性基板20的绝缘薄膜21表面，可以防止水汽或者基板(尤其是玻璃基板)中的金属离子(如铝、钡、钠等)在热工艺中扩散到半导体层25中，而且有利于降低热传导，减缓被激光加热的硅冷却速率，利于硅的结晶。

步骤S1012：在保护层相对基板一表面依次层叠绝缘层、介质层和半导体层；

具体地，保护层、绝缘层、介质层和半导体层均采用等离子体增强化学气相沉积法形成。等离子体增强化学气相沉积法是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，从而在基片上沉积出所期望的薄膜。该方法基本温度低，沉积速率快，成膜质量好，而且针孔较少，不易龟裂。当然，在其他实施方式中也可以采用低压化学气相沉积等其他方法或者各种方法的结合形成保护层、绝缘层、介质层和半导体层。

其中，步骤S101之后，包括：

步骤S1013：对半导体层进行去氢处理；

具体地，通过低能量激光、高温烘烤、快速热退火或者高温腔体其中一种方法对半导体层进行去氢处理，防止后续步骤中采用高能量激光照射半导体层时产生的气体撑破半导体层。

步骤S102：在半导体层的沟道两侧形成离子注入区；

其中，步骤S102具体包括：

步骤S1021：在半导体层表面涂感光材料；

其中，感光材料是光致抗蚀剂(又称光刻胶或光阻)。

步骤S1022：采用光刻工艺在半导体层的沟道两侧刻蚀出离子注入区；

具体地，如图2所示，在半导体层25表面涂覆一层光致抗蚀剂(图未示)后，使得光线照射于光致抗蚀剂上以将该光致抗蚀剂曝光，并且通过光线照射区域可以控制曝光量，从而使得离子注入区27的宽度为0.2～0.8微米，然后利用合适的显影液除去沟道两侧的部分光致抗蚀剂，再通过蚀刻工艺将部分半导体层25去除，最终形成离子注入区27，此处的蚀刻工艺可选用湿式蚀刻、干式蚀刻或两者配合使用。在一个应用例中，照射于光致抗蚀剂上的光线是308纳米的镭射激光，采用的光致抗蚀剂是正向光阻。当然，在其他应用例中，照射于光致抗蚀剂上的光线可以是其他紫外光波段的光线或者小于400纳米的光线，采用的光致抗蚀剂也可以是负向光阻。

步骤S103：向离子注入区注入杂质离子；

具体地，采用离子注入机向离子注入区注入杂质离子，离子注入机首先通过离子源产生不同种类的杂质离子，然后经过引出电极和离子分析器将所需的杂质离子从混合各种杂质离子的离子束中分离出来，再经过加速管的电场进行加速，最后通过工艺腔的扫描系统将所需的杂质离子束注入到离子注入区中。离子注入机产生的离子束呈细线状或点状，难以得到大的电流束，因此不会对半导体层的硅结构产生损伤。

其中，离子注入区注入的杂质离子的类型和剂量根据将要形成的半导体器件的电性决定。例如，若形成的器件为NMOS器件，则注入的杂质离子为磷、砷、锑、铋中的一种或组合；若形成的器件为PMOS器件，则注入的杂质离子为硼。

如图2所示，本实施方式中，向离子注入区27注入的杂质离子是磷离子(P⁺)，注入剂量为1E14～6E14/cm²。

其中，步骤S103之后，包括：

步骤S1031：对半导体层去除感光材料。

具体地，采用合适的显影液将半导体层表面剩余的感光材料剥离。

步骤S104：使用激光照射半导体层，以使杂质离子扩散，在沟道两侧形成轻掺杂区。

其中，步骤S104具体包括：

步骤S1041：使用准分子镭射激光照射半导体层，以使半导体层温度升高，杂质离子随半导体层熔化扩散；

其中，半导体层温度低于450摄氏度。

具体地，如图3所示，通过准分子镭射激光照射半导体层25，使半导体层25瞬间熔化，注入的杂质离子会随熔化的半导体层25进行扩散，使得高浓度掺杂区29(即N⁺区)和沟道26之间产生离子浓度差，从而在沟道26左右两侧分别形成0.2～0.8um长度的轻掺杂区28(即N^-区)。准分子镭射激光照射的过程中，可以通过调整激光能量及扫描间距来调节轻掺杂区28的离子扩散量，从而控制漏电流大小。此外，准分子镭射激光可以使半导体层25从非晶硅向多晶硅转变，由于准分子镭射激光对应紫外光波段，非晶硅对紫外光有大的吸收系数，在多晶硅结晶的过程中，杂质离子能更有效地掺杂进晶格中，而且通过控制激光能量可以使得半导体层25的温度低于450摄氏度，从而实现低温活化的效果，同时紫外光的注入深度较小，不会损伤到柔性基板20。

在一个应用例中，照射于半导体层25的准分子镭射激光是308纳米的镭射激光。当然，在其他应用例中，照射于半导体层25的准分子镭射激光可以是其他紫外光波段的镭射激光或者小于400纳米的镭射激光，此处不做具体限定。

上述实施方式中，通过预先在半导体层的沟道两侧形成离子注入区，注入杂质离子后，使用激光照射半导体层，使得杂质离子随着半导体层的熔化扩散，从而在半导体材料结晶的过程中杂质离子能更有效地掺杂到晶格中，而且通过控制激光能量可以使得半导体层温度低于450摄氏度，实现低温活化的效果，最终在沟道两侧形成轻掺杂区，等效于串联一个大电阻，从而使得水平方向电场减少并降低了电场加速引起的碰撞电离产生热载流子的几率，有效抑制漏电流，而且不需要额外增加光罩，减少了制造步骤和成本。

请参阅图4，图4是本发明半导体器件制造方法一实施方式的流程图。如图4所示，本发明半导体器件制造方法一实施方式是在本发明轻掺杂区形成方法一实施方式的基础上，进一步包括：

步骤S401：将相邻两个轻掺杂区隔离以形成硅岛。

具体地，如图5所示，通过光刻工艺可以将相邻两个沟道间的相邻两个轻掺杂区501和502隔离，从而形成硅岛503。其中，光刻工艺可以采用光罩制程实现图案化半导体层25，也可以不采用光罩，此处不做具体限定。此外，光刻工艺中采用的蚀刻技术可选用湿式蚀刻、干式蚀刻或两者配合使用。在一个应用例中，光刻工艺采用的光线是308纳米的镭射激光，采用的光致抗蚀剂是正向光阻。当然，在其他应用例中，采用的光线可以是其他紫外光波段的光线或者小于400纳米的光线，采用的光致抗蚀剂也可以是负向光阻。

上述实施方式中，通过低温制程形成轻掺杂区，有效抑制NMOS结构的漏电流，并能够低温活化NMOS结构，再通过光刻工艺将相邻两个轻掺杂区隔离，从而形成硅岛，实现低温制造CMOS结构的半导体显示器件，进而实现在柔性基板上制造更具优势的CMOS结构的半导体显示器件，提高柔性显示产品性能。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。