薄膜晶体管及其制备方法、显示基板与流程

本发明属于显示技术领域，具体涉及一种薄膜晶体管及其制备方法、显示基板。

背景技术：

多晶硅薄膜技术广泛应用于图像传感器和薄膜晶体管(thinfilmtransistor，简称tft)等微电子技术领域，并进一步延展至包括薄膜晶体管的平板显示领域，例如在液晶显示(liquidcrystaldisplay，简称lcd)和有机电致发光显示(organiclightemittingdiode，简称oled)中，psi-tft相比asi-tft具有迁移率高等许多优点，psi-tft即采用低温多晶硅材料(lowtemperaturepolysilicon，又简称为ltps)作为有源层形成薄膜晶体管，asi-tft即采用非晶硅材料作为有源层形成薄膜晶体管。

目前，众多研究学者采用多种方法制备多晶硅薄膜，包括如预淀积法、固相晶化法、脉冲快速热烧结法和准分子激光晶化法等方法，其中以准分子激光晶化法具有结晶度高、大面积均匀制备、衬底温度低和表面平整度高等优点，具有广阔的应用前景。

在薄膜晶体管的制备过程中，多晶硅基板的粗糙度(roughness)直接影响薄膜晶体管的漏电流，多晶硅基板的粗糙度越大，漏电流越大。究其原因，多晶硅的粗糙度，相关于多晶硅在晶化过程的冷却速度，冷却速率越快，多晶硅表面的粗糙度越大。

如何制备一种粗糙度小的多晶硅基板，从而获得较好性能的薄膜晶体管成为目前亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中上述不足，提供一种薄膜晶体管及其制备方法、显示基板，至少部分解决了多晶硅表面的粗糙度问题。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是该薄膜晶体管的制备方法，包括形成栅极、源极和漏极的步骤，还包括：

在形成所述栅极、所述源极和所述漏极之前，形成依次层叠设置的第一非晶硅层、绝缘层和第二非晶硅层；

通过晶化工艺使得所述第一非晶硅层形成第一多晶硅层、以及使得所述第二非晶硅层形成第二多晶硅层，所述晶化工艺的能量以及所述第一多晶硅层晶化后释放的能量使得所述第二多晶硅层的晶化时间大于所述第一多晶硅层的晶化时间，所述第二多晶硅层的晶粒尺寸大于所述第一多晶硅层的晶粒尺寸。

优选的是，所述晶化工艺为绿色激光晶化工艺，绿色激光晶化工艺的波长范围为532～556nm，能量密度范围为400-500mj/cm²。

优选的是，使用绿色激光晶化设备完成激光晶化，对包括所述第一非晶硅层和所述第二非晶硅层的基板进行扫描，激光扫描周期范围为8khz-12khz。

优选的是，在进行绿色激光晶化工艺之前，还包括对包括所述第一非晶硅层和所述第二非晶硅层的基板放入退火炉中进行去氢处理的步骤。

优选的是，还包括：所述第二多晶硅层在对应着形成所述源极的区域和对应着形成所述漏极的区域进行掺杂。

优选的是，在所述第二多晶硅的上方依次形成栅绝缘层、所述栅极、层间介质层、以及同层设置的所述源极和所述漏极。

一种薄膜晶体管，包括栅极、源极和漏极，在所述栅极、所述源极和所述漏极的下方还包括依次层叠设置的第一多晶硅层、绝缘层和第二多晶硅层，所述第二多晶硅层的晶粒尺寸大于所述第一多晶硅层的晶粒尺寸。

优选的是，所述第一多晶硅层和所述第二多晶硅层由非晶硅材料经绿色激光晶化工艺晶化而成，所述绝缘层采用二氧化硅材料形成。

优选的是，所述第一多晶硅层的厚度范围为50-70nm，所述第二多晶硅层的厚度范围为50-70nm，所述绝缘层的厚度范围为40-100nm。

一种显示基板，包括上述的薄膜晶体管。

本发明的有益效果是：该薄膜晶体管及其制备方法，通过对形成多晶硅层的绝缘层和两层非晶硅层叠层设计，并采用绿色激光晶化工艺进行晶化，晶化过程的冷却速率降低，达到改善多晶硅基板表面粗糙度的效果，降低了薄膜晶体管的漏电流，进而改善了薄膜晶体管的性能。

附图说明

图1为本发明实施例1中薄膜晶体管局部结构的剖视图；

图2为图1中通过绿色晶化工艺形成多晶硅层的示意图；

图3为本发明实施例1中薄膜晶体管的结构示意图；

附图标识中：

1－衬底；2－缓冲层；3－多晶混夹层；4－栅绝缘层；5－栅极；6－层间介质层；7－源极；8－漏极；

31－第一非晶硅层；32－绝缘层；33－第二非晶硅层；

34－第一多晶硅层；35－第二多晶硅层。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明薄膜晶体管及其制备方法、显示基板作进一步详细描述。

本发明中，光刻工艺，是指包括曝光、显影、刻蚀等工艺过程的利用光刻胶、掩模板、曝光机等进行刻蚀形成图形的工艺；构图工艺，包括光刻工艺，还包括打印、喷墨等其他用于形成预定图形的工艺。

实施例1：

本实施例提供一种薄膜晶体管的制备方法，该制备方法能减小多晶硅基板的粗糙度，解决多晶硅基板的粗糙度大的问题，进而解决薄膜晶体管漏电极大的问题。

该薄膜晶体管的制备方法，包括形成栅极、源极和漏极的步骤，如图1和图2所示，还包括：

在形成栅极、源极和漏极之前，形成依次层叠设置的第一非晶硅层31、绝缘层32和第二非晶硅层33；

通过晶化工艺晶化使得第一非晶硅层31形成第一多晶硅层34、以及使得第二非晶硅层33形成第二多晶硅层35，晶化工艺的能量以及第一多晶硅层34晶化后释放的能量使得第二多晶硅层35的晶化时间大于第一多晶硅层34的晶化时间，第二多晶硅层35的晶粒尺寸大于第一多晶硅层34的晶粒尺寸。第一多晶硅层34的作用是辅助第二多晶硅层35形成大尺寸晶粒，绝缘层32用于隔绝第一非晶硅层31和第二非晶硅层33。该薄膜晶体管的制备过程中，通过特殊的晶化工艺形成的多晶硅结构，能减小多晶硅基板的粗糙度，保证薄膜晶体管的性能。

其中，晶化工艺为绿色激光晶化工艺(greenlaserannealing，简称gla)，绿色激光晶化工艺对应的波长范围为532～556nm，能量密度范围为400-500mj/cm²。绿色激光是指受激辐射产生的光放大，是一种高质量的光源。该薄膜晶体管的制备方法通过绿色激光晶化工艺形成多晶硅结构，在第一非晶硅层31的asi材料中的吸收深度远大于现有技术中308nm波长的激光，因此会有较多能量穿透第一非晶硅层31中asi材料到达更深的地方，晶化过程的冷却速率降低，延缓冷却时间，能减小多晶硅基板的粗糙度，进而改善tft的漏电状况。

在该薄膜晶体管的制备方法中，在进行绿色激光晶化工艺之前，还包括对包括第一非晶硅层31和第二非晶硅层33的基板放入退火炉中进行去氢处理的步骤。去氢处理的目的是为了预防asi材料中的氢在激光晶化工艺中溢出而导致氢爆，通过去氢处理，进而保证优化多晶硅基板的粗糙度的效果。

优选的是，使用绿色激光晶化设备完成激光晶化时，对包括第一非晶硅层31和第二非晶硅层33的基板进行扫描，激光扫描周期范围为8khz-12khz，优选扫描周期为10khz。通过设置绿色激光晶化工艺的扫描周期，优化小多晶硅基板的粗糙度。

下面结合图3所示的薄膜晶体管的结构示意图，说明整个薄膜晶体管的制备过程：

步骤s1)：形成缓冲层2和多晶混夹层3。

在衬底1上形成缓冲层2(buffer)、第一非晶硅层31、绝缘层32和第二非晶硅层33。

在该步骤中，例如使用等离子体增强化学气相沉积法(plasmaenhancedchemicalvapordeposition，简称pecvd)，在衬底1上方先沉积一层缓冲层2，缓冲层2的材料包括sio2/sinx，厚度范围为200-500nm；在缓冲层2的上方沉积一层第一非晶硅层31，第一非晶硅层31的材料包括asi，厚度范围为50-70nm；在该第一非晶硅层31的上方沉积一层绝缘层32，绝缘层32的材料包括sio2，厚度范围为40-100nm；之后在绝缘层32的上方再沉积一层第二非晶硅层33，第二非晶硅层33的材料包括asi，厚度范围为50-70nm。

接着，将包括上述各层的基板放入退火炉中进行去氢处理。

最后，使用绿色激光晶化设备完成激光晶化，能量密度400-500mj/cm²对基板进行扫描，扫描周期范围为8khz-12khz，优选扫描周期为10khz。在晶化过程中，位于下层的第一非晶硅层31中asi材料吸收能量之后发生微晶化，晶化之后释放的能量，传递给上层的第二非晶硅层33中的asi材料,从而在第一非晶硅层31和第二非晶硅层33形成多晶硅层的过程中，第一非晶硅层31延长了第二非晶硅层33中的asi材料晶粒固化过程中的冷却时间，降低了冷却速率，使得第二多晶硅层35的晶粒尺寸大于第一多晶硅层34的晶粒尺寸，从而改善了多晶硅层表面的粗糙度。

这里的多晶混夹层3是对第一多晶硅层34、第二多晶硅层35及其二者之间的绝缘层32的一个统称。

步骤s2)：第二多晶硅层35完成图形化。

在该步骤中，采用构图工艺，在多晶混夹层3中形成包括有源层的图形。实质上，只有位于上层的第二非晶硅层33晶化后形成的第二多晶硅层35作为有源层使用。

步骤s3)：在有源层的上方形成包括栅绝缘层4(gi)和栅极5(gate)的图形。

在该步骤中，在图形化的第二多晶硅层35的上方依次完成栅绝缘膜层沉积和栅极膜层沉积，并采用构图工艺完成包括栅绝缘层4和栅极5的图形。

步骤s4)：在对应着形成源极7的源极区域和对应着漏极8的漏极区域进行掺杂(doping)。

掺杂是半导体器件中形成pn结的基础，是调控半导体器件电学性能的主要手段，掺杂浓度及其均匀性决定了微电子设备的性能。这里对源极区域和漏极区域的掺杂浓度及其掺杂技术可以与现有方式相同，这里不再详述。

步骤s5)：形成包括层间介质层6(inter-leveldielectric，简称ild)的图形。

在该步骤中，在栅极5的上方，沉积绝缘膜层，并通过构图工艺对绝缘膜层进行图形化，形成包括层间介质层6的图形。其中，层间介质层6和栅绝缘层4中贯通有相同的接触孔，接触孔刻蚀至多晶混夹层3的上表面位置处。

步骤s6)：形成包括源极7(source)和漏极8(drain)的图形。

在该步骤中，通过沉积方式形成源漏膜层，并通过构图工艺对源漏膜层进行图形化，形成包括源极7和漏极8的图形。

至此，薄膜晶体管制备完成。

相应的，本实施例提供一种薄膜晶体管，同样请参考图3，该薄膜晶体管包括栅极5、源极7和漏极8，其中，在栅极5、源极7和漏极8的下方还包括依次层叠设置的第一多晶硅层、绝缘层和第二多晶硅层(即图3中的多晶混夹层3)，第二多晶硅层的晶粒尺寸大于第一多晶硅层的晶粒尺寸。该薄膜晶体管通过设置多晶硅层和绝缘层的特殊结构，能减小多晶硅基板的粗糙度。

请同时参考图1和图2，第一多晶硅层34和第二多晶硅层35由非晶硅材料asi经绿色激光晶化工艺晶化而成，绝缘层32采用二氧化硅材料sio2形成。该薄膜晶体管通过设置合理的材料，保证晶化工艺的效果，能减小多晶硅基板的粗糙度

优选的是，第一多晶硅层34的厚度范围和第二多晶硅层35的厚度范围均分别为50-70nm，绝缘层32的厚度范围为40-100nm。通过设置合理的厚度范围，保证晶化工艺的效果，能减小多晶硅基板的粗糙度。

优选的是，第一多晶硅层34的下方还设置有缓冲层2，缓冲层2采用二氧化硅/氮化硅sio2/sinx形成。通过缓冲层2能进一步优化多晶硅基板的性能。

本实施例中薄膜晶体管在多晶混夹层3上方的其他结构可参考图3以及前述的薄膜晶体管的制备结构，这里不再详述。

本实施例中的薄膜晶体管及其制备方法，通过对形成多晶硅层的绝缘层和两层非晶硅层叠层设计，并采用绿色激光晶化工艺进行晶化，晶化过程的冷却速率降低，达到改善多晶硅基板表面粗糙度的效果，降低了薄膜晶体管的漏电流，进而改善了薄膜晶体管的性能。

实施例2：

本实施例提供一种显示基板，该显示装置包括实施例1的薄膜晶体管。

在上述薄膜晶体管的基础上，还可以进一步形成lcd显示基板或者oled显示基板。

例如，在形成oled显示基板时，在薄膜晶体管的上方形成平坦化层(planarizationlayer，简称pln)、像素电极层(pixel，简称pxl)以及像素定义层(pixeldefinelayer，简称pdl)，进而形成oled器件的各有机功能层，最终形成低温多晶硅(ltps)薄膜晶体管的显示基板实现显示。同理可进行lcd显示基板的制备，这里不再详述。

该显示基板可以为：台式电脑、平板电脑、笔记本电脑、手机、pda、gps、车载显示、投影显示、摄像机、数码相机、电子手表、计算器、电子仪器、仪表、液晶面板、电子纸、电视机、显示器、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件，可应用于公共显示和虚幻显示等多个领域。

该显示基板具有良好的显示效果。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。