金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管器件及其制备方法。采用催化金属镍在选择晶化区域的低温氧化硅覆盖层下覆盖的非晶硅薄膜上形成周边晶化的多晶硅岛，并选择多晶硅岛的适当位置形成金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管的沟道。将各种金属诱导的多晶硅材料进行了优化使用，既可获得高性能的多晶硅ＴＦＴ器件，明显的减少晶化的时间，有效的减低衬底收缩和衬底中金属离子扩散的影响，提高制备产率。该技术适合与制备低温多晶硅电路、低温多晶硅显示器有源选址基板，以及面阵图象传感器等多种微电子和光电子产品的制备，是具有重要产业应用价值技术。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及薄膜微电子器件的制备技术，特别是一种。采用催化金属镍在选择晶化区域的低温氧化硅覆盖层下覆盖的非晶硅薄膜上形成周边晶化的多晶硅岛，并选择多晶硅岛的适当位置形成金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管的沟道。从而通过较短的晶化时间获得高质量多晶硅薄膜晶体管技术。
技术介绍
高性能的平板显示器件、包括液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED/PLED)都需要薄膜晶体管(TFT)有源选址和有源驱动技术(Development ofHigh Quality LCDTV，M.Shigeta，H.Fukuoka，SID 04 Digest，Page 754；A 4.3-in.VGA(188ppi)Display with a New Driving Method，Y.Tanada，M.Osame，R.Fukumoto，K.Saito，J.Sakata，S.Yamazaki(Semiconductor Energy Laboratory Co.，Ltd.)S.Murakami，K.Inose，N.Miyoshi(ELDisInc.)K.Sato，SID04 Digest，Page 1398)。有源选址和有源驱动技术的进一步的发展，可将驱动电路(扫描电路、数字电路、直流电平变换、时钟信号发生器等)与有源矩阵集成在同一个基板上，实现系统集成(SOP)从而使显示器具有显示密度高，外接管脚少，成本低的特点(如Y.Nakajima，Y.Kida等人所报道的Latest Development of″System-on-Glass″Display with Low Temperature Poly-Si TFT(SID 2004 Digest，p864-867))。制备全集成显示器的最佳器件的选择为低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS)。现在较为成熟的LTPS技术包括准分子激光退火(ELA)晶化的方法(如美国专利6,071,796，Voutsastolis，“Method ofControlling Oxygen Incorporation During Crystallization of Silicon Film by Excimer LaserAnnealing in Air Ambient)和金属诱导晶化(MIC)、金属诱导横向晶化技术(MILC)。ELA的方法存在的问题有如下缺点，准分子激光器的设备价钱昂贵，所使用的多为有毒气体， (如中国专利，申请号200410086941.8，笠原健司；河崎律子；大谷久；田中幸一郎，激光装置和激光退火方法)。并有光束与光束的搭接引起的器件性能分布不均匀的问题，(如C-W Kim，K-C Moon，H-J Kim，Development of SLS-Based System on Glass Display，SID Digest2004，p868-871)。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种。使用较短的晶化时间，获得高性能的MIUC多晶硅TFT。运用非晶硅上LTO掩盖区获得MIPC多晶硅，并通过选取MIPC多晶硅岛中的MIUC区间，作为MIUC多晶硅TFT的沟道区，形成高质量的MIUC多晶硅TFT。与常规的MIUC多晶硅TFT相比，晶化的时间可缩短3-4倍，器件的性能与常规MIUC多晶硅TFT相同，与MIPC和MIC多晶硅TFT相比，晶化时间相近，但器件的性能明显优于MIPC和MIC多晶硅TFT。该种器件可用于制备低温多晶硅电路、平板显示有源选址基板、面阵图象传感器等。本专利技术提供的金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管器件是金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管形成在大面积透明衬底上，所述的金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管包括大面积透明衬底上周边晶化的多晶硅岛；所述的多晶硅形成的前驱物为用LPCVD、PECVD或溅射方法形成的非晶硅薄膜；沉积在所述的衬底上的过渡层，非晶硅薄膜沉积在LTO过渡层上；所述的过渡层是氮化硅或LTO过渡层；沉积在所述的非晶硅薄膜上的掩盖层；所述的掩盖层为低温氧化硅LTO，LTO掩盖层被光刻腐蚀成矩形的掩盖区；所述的诱导镍层在掩盖区外的非晶硅表面上；经热退火后，在LTO掩盖区外的非晶硅变成的MIC多晶硅，用于制备电容电极和显示象素电极。在LTO掩盖区图形下面的非晶硅，同时从掩盖区图形的四周开始向中间形成四块MIUC多晶硅区间(亦统称MIPC区)。从相邻垂直边开始晶化的MILC相遇后就停止晶化，形成接近45度夹角结晶碰撞晶界。相对面的MILC相对碰撞，形成与结晶推进方向垂直的碰撞晶界；薄膜晶体管的有源沟道选择设计在四块金属诱导单一方向晶化(MIUC)区间的其中一块上。光刻腐蚀出有源岛后在其上依次制备的栅绝缘层和栅电极。所述的金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管器件，其特征在于所述的LTO掩盖层图形为长方形，掩盖层图形的大小与多晶硅TFT器件在基板上的位置紧密相关联。掩盖图形相对长的长边和MILC所产生的对撞晶界分置在沟道两端，并与沟道边相距3-5微米；两个相对长的长边中的一边的位置在TFT沟道外4微米处(相对于5微米TFT)，另一边的位置为距离对边两倍的沟道加双边宽余的尺寸，使从双边晶化的对向MILC的碰撞晶界恰好分布在沟道外边4微米；长方形的两个窄边的距离要大于沟道的宽度与两窄边边长的和。所述的金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管器件，其特征在于所述的透明衬底是可耐受650℃热过程的玻璃衬底玻璃或石英玻璃。所述的金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管器件，其特征在于所述的LTO掩盖层的厚度为100nm-500nm。所述的金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管器件，其特征在于所述的诱导金属为镍，采用真空蒸镀、离子注入或镍盐溶液无电电镀的方法获得的连续或非连续的含镍诱导层。所述的金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管器件，其特征在于所述的金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管的沟道和两侧延展区间为金属诱导单一方向晶化(MIUC)的多晶硅材料，一侧的源漏电极为金属诱导晶化(MIC)多晶硅材料，另一侧的源漏电极为金属诱导横向晶化(MILC)多晶硅材料，多晶硅材料的厚度为30nm-300nm。所述的金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管器件，其特征在于所述的金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管栅绝缘层材料为低温氧化硅材料，采用PECVD或LPCVD的方法获得，厚度为30nm-300nm。所述的金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管器件，其特征在于所述的金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管的栅电极为多晶硅或高温金属栅，电极的厚度为100nm-300nm。本专利技术金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管器件的制备方法，其特征在于它包括下述步骤1)在大面积透明衬底上沉积氮化硅或LTO过度层，用来阻止衬底中的金属杂质向有源层扩散；采用PECVD、LPCVD等方法，形成大面积的非晶硅薄膜；2)在非晶硅薄膜上沉积LTO薄膜，并在适当的位置上形成长方形的LTO掩盖层图形；3)采用镍溶液、真空蒸镀、离子注入等方法，形成金属镍的超薄诱导薄膜；4)在氮气下，450-600℃退火，完成的MIC和掩盖层下的周边发生向图形内部推进的横向晶化MILC过程；5)去除镍的残余物质和掩盖层的LTO；6)光刻出多晶硅TFT有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管器件，其特征在于所述的金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管形成在大面积透明衬底上，所述的金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管包括：大面积透明衬底上周边晶化的多晶硅岛；所述的多晶硅形成的前驱物为用低压化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积或溅射方法形成的非晶硅薄膜；沉积在所述的衬底上的过渡层，非晶硅薄膜沉积在过渡层上；所述的过渡层是氮化硅或低温氧化硅过渡层；沉积在所述的非晶硅薄膜上的掩盖层；所述的掩盖层为低温氧化硅，低温氧化硅掩盖层被光刻腐蚀成矩形的掩盖区；所述的诱导金属层在掩盖区外的非晶硅表面上；经热退火后在低温氧化硅掩盖区外的非晶硅变成的金属诱导晶化多晶硅，用于制备电容电极和显示象素电极；在低温氧化硅掩盖区图形下面的非晶硅，同时从掩盖区图形的四周开始向中间形成四块金属诱导单一方向横向晶化多晶硅区间，亦统称金属诱导周边晶化区，从相邻垂直边开始晶化的金属诱导横向晶化前沿相遇后就停止晶化，形成接近４５度夹角结晶碰撞晶界，相对面的金属诱导横向晶化相对碰撞，形成与结晶推进方向垂直的碰撞晶界；薄膜晶体管的有源沟道选择设计在四块金属诱导单一方向晶化区间上；光刻腐蚀出有源岛后在其上依次制备的栅绝缘层和栅电极。...

【技术特征摘要】
1.一种金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管器件，其特征在于所述的金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管形成在大面积透明衬底上，所述的金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管包括大面积透明衬底上周边晶化的多晶硅岛；所述的多晶硅形成的前驱物为用低压化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积或溅射方法形成的非晶硅薄膜；沉积在所述的衬底上的过渡层，非晶硅薄膜沉积在过渡层上；所述的过渡层是氮化硅或低温氧化硅过渡层；沉积在所述的非晶硅薄膜上的掩盖层；所述的掩盖层为低温氧化硅，低温氧化硅掩盖层被光刻腐蚀成矩形的掩盖区；所述的诱导金属层在掩盖区外的非晶硅表面上；经热退火后在低温氧化硅掩盖区外的非晶硅变成的金属诱导晶化多晶硅，用于制备电容电极和显示象素电极；在低温氧化硅掩盖区图形下面的非晶硅，同时从掩盖区图形的四周开始向中间形成四块金属诱导单一方向横向晶化多晶硅区间，亦统称金属诱导周边晶化区，从相邻垂直边开始晶化的金属诱导横向晶化前沿相遇后就停止晶化，形成接近45度夹角结晶碰撞晶界，相对面的金属诱导横向晶化相对碰撞，形成与结晶推进方向垂直的碰撞晶界；薄膜晶体管的有源沟道选择设计在四块金属诱导单一方向晶化区间上；光刻腐蚀出有源岛后在其上依次制备的栅绝缘层和栅电极。2.根据权利要求1所述的金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管器件，其特征在于所述的LTO掩盖层图形为长方形，掩盖层图形的大小与多晶硅薄膜晶体管在基板上的位置紧密相关联；掩盖图形相对长的长边和金属诱导横向晶化所产生的对撞晶界分置在沟道两端，并与沟道边相距3-5微米；两个相对长的长边中的一边的位置在TFT沟道外4微米处(相对于5微米薄膜晶体管)，另一边的位置为距离对边两倍的沟道加双边宽余的尺寸，使从双边晶化的对向金属诱导横向晶化的碰撞晶界恰好分布在沟道外边4微米；长方形的两个窄边的距离要大于沟道的宽度与两窄边边长的和。3.根据权利要求1所述的金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管器件，其特征在于所述的透明衬底是可耐受650℃热过程的玻璃衬底玻璃或石英玻璃。4.根据权利要求1所述的金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管器件，其特征在于所述的低温氧化硅掩盖层的厚度为100nm-500nm。5.根据权利要求1所述的金属诱导单一方向横向晶化薄膜晶体管器件，其特征在于所述的诱导金属为镍，采用真空蒸镀、离子注入或镍盐溶液无电电镀的方法获得的连续或非连续的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟志国，吴春亚，熊绍珍，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]