搭桥晶粒多晶硅薄膜晶体管制造技术

本发明专利技术披露了一种新结构的搭桥晶粒多晶硅薄膜晶体管(TFT)。使用BG多晶硅作为有源层，TFT通道区域，电流垂直流过平行的BG线。相比之下，在源/漏区，电流平行流过BG线。利用BG线导电性的的各向异性，可以不必进行源/漏极掺杂处理。制造过程可以简化，与传统的没有BG结构的多晶硅薄膜晶体管相比，所披露的没有源漏掺杂的BG多晶硅TFT保持了有源漏极掺杂处理的BG-TFT的所有优点。

【技术实现步骤摘要】
搭桥晶粒多晶娃薄膜晶体管
本专利技术总的涉及多晶粒薄膜晶体管(TFT)，更具体地，涉及一种没有源漏极掺杂处理的搭桥晶粒结构的多晶硅薄膜晶体管。
技术介绍
为实现多晶硅TFT有源矩阵显示器面板的工业化制造，需要很高质的多晶硅膜。它需要满足以下要求:低温加工、可以在大面积玻璃衬上实现、低制造成本、稳定的制造工艺、高性能、一致的特性、以及晶硅TFT的高可靠性。高温多晶硅技术可以用来实现高性能TFT，但是它不能用于商业显示器面板中使用的普通玻璃衬底。在这样的情形下必须使用低温多晶硅(LTPS)。有三种主要的LTPS技术:(1)通过在600°C长时间退火的固相结晶(SPC) ；(2)准分子激光晶化(ELC)或闪光灯退火；以及(3)金属诱导结晶(MIC)及其有关变体。ELC产生最好的结果但是昂贵，SPC成本最低但是花的时间长，这些技术都不能满足上述低成本和高性能的所有要求。所有多晶薄膜材料所共有的是，膜的晶粒在尺寸、晶体取向和形状上基本上随机分布。晶界通常也对优良TFT的形成有害，当该多晶薄膜被用作TFT中的有源层时，电特性取决于在有源沟道中存在多少晶粒和晶界。所有现有技术的共同问题是，它们以不可预料的模式(pattern)在TFT有源沟道内形成许多晶粒。晶粒的分布是随机的，使得TFT的电特性在衬底上有些不均匀。该电特性的宽分布对显示器的性能有害并且导致问题，例如mura缺陷和亮度不均匀。多晶薄膜晶体管的晶粒形成随机的网络。对于任何半导体材料例如硅、锗、硅锗合金、三五族化合物半导体、以及有机半导体来说，事实都是如此。晶粒内部的传导几乎与晶体材料相同，而跨过晶界的传导更差并且造成迁移率的，总体损失并且增加的阈值电压。在由这种多晶薄膜制成的薄膜晶体管(TFT)的有源沟道内部，晶粒结构几乎是二维随机网络。随机性以及相应而生的可变电导不利地影响显示器性能和图像质量。如图1a所示的典型多晶硅结构，低温多晶硅膜101包括晶粒102。在相邻的晶粒102之间有明显的晶界103。每个晶粒102的长度大小从数十纳米到几微米，并且被认为是单晶。许多位错、堆垛层错以及悬挂键的缺陷分布在所述晶界103中。由于不同的制备方法，低温多晶硅膜101内部的晶粒102可以随机分布或沿确定的取向。至于常规的低温多晶硅膜101，在晶界103中有严重的缺陷，如图1b中所示。在晶界103中的严重缺陷将引入高势垒104。垂直于载流子105传输方向的所述势垒104 (或倾斜势垒的垂直分量)将影响载流子的初始状态和能力。对于在该低温多晶硅膜101上制造的薄膜晶体管，阈值电压和场效应迁移率受晶界势垒104限制。当高的反向栅电压施加在TFT中时，分布在结区域中的晶界103也引起大的漏电流。在美国专利US 2010/0171546A1 (该专利的全部内容均作为
技术介绍
援引于此)，披露了一种搭桥晶粒(BG)结构的多晶硅薄膜晶体管(TFT)。采用掺杂BG多晶硅线，本征或轻掺杂通道被分隔成多个区域。单个栅极覆盖了整个包括掺杂线的有源通道，用来控制电流的流动。BG TFT的源漏极区域需要进一步的二次重掺杂处理。图2是搭桥晶粒(BG)结构的多晶硅薄膜晶体管的源和漏注入的示意图。如图2中所示，剂量为4*1014/cm2的硼离子903利用栅电极802作为离子阻挡层被注入沟道。源和漏902被形成。栅电极802下面的沟道901未掺杂。使用BG多晶硅作为有源层，TFT被设计成使电流垂直流过在通道结晶区域的平行线，晶界的影响可以减少。与传统的低温多晶硅TFT相比，BG多晶硅TFT的可靠性，均匀性和电学性能都得到显著的改善。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供更好的布局和简化BG多晶硅薄膜晶体管的制造工艺。利用所披露的新布局，源/漏极掺杂处理是没有必要的。从而简化了制造工艺和制造周期，降低了成本。由于没有源/漏极掺杂过程，掺杂活化的处理也是没有必要的。因此，有着金属栅极的η型TFT的源/漏极掺杂物激活问题也迎刃而解了。本申请公开了一种新结构的架桥结晶多晶硅薄膜晶体管及其制造过程。其中该搭桥晶粒多晶硅薄膜晶体管包括一个由低温多晶硅半导体材料构成的有源层，在有源层中具有多个横向导电桥；横向导电桥的位置垂直于沟道区域内所需电流的流动方向；同时，横向导电桥的位置平行于源/漏极区域内所需电流的流动方向。该形成搭桥晶粒多晶硅薄膜晶体管的制造过程，包括如下步骤:步骤一、制造多晶硅薄膜，形成一个有源区域；步骤二、制造多个彼此大致平行导线；导线的位置垂直于有源区域中沟道区域内所需电流的流动方向；同时，导线的位置平行于有源区域中源/漏极区域内所需电流的流动方向。通过应用所披露的新结构，源/漏极掺杂处理不再是必要的。在传统的BGTFT中所披露的两个离子注入过程，可以减少到一个。通过上述技术方案，本专利技术提供下列优点:改善电性能；改善场效应迁移率；改善接通电流的均匀性。降低成本；减小阈值电压和漏电流；晶粒迁移率和晶界电阻的随机性减小；在“接通”状态中降低势垒和改善载流子迁移率；在“关断”状态中减小漏电流；简化工艺和缩短了处理时间；在形成金属栅极之后不再需要对源漏极掺杂物进行激活。附图说明图1a是现有技术中典型多晶硅结构；图1b是图1a的相应势垒的图2是美国专利US 2010/0171546Α1多晶硅薄膜晶体管的源和漏注入的示意图3是BG线的导电性的各向异性测试结构布局；图4是BG线电导率的测试结果；图5是搭桥晶粒多晶硅薄膜晶体管布局的第一实施例；图6是搭桥晶粒多晶硅薄膜晶体管布局的第二实施例；图7是搭桥晶粒多晶硅薄膜晶体管布局的第一实施例的传输特性；图8是搭桥晶粒多晶硅薄膜晶体管布局的第二实施例的传输特性。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术提供的一种没有源漏极掺杂处理的搭桥晶粒多晶硅薄膜晶体管及其制造方法进行详细描述。同时在这里做以说明的是，为了使实施例更加详尽，下面的实施例为最佳、优选实施例，对于一些公知技术本领域技术人员也可采用其他替代方式而进行实施；同时，附图并不是按比例严格绘制，其重点仅是放在公开的原理上。所专利技术的BG TFTs布局利用BG线导电性的各向异性(电流平行于BG线方向与电流垂直于BG线方向的电学特性不相同)，以消除美国专利号为US2010/0171546A1的专利中的源极/漏极掺杂过程。BG线是沿Y轴方向的掺杂区域。当沿着BG线施加电压，在电流流动路径就没有能量势垒。因此，BG结构表现出较低的电阻率。相反，当跨过几对BG线施加电压时，BG结构就会出现高电阻率，因为那里形成了由一系列掺杂BG线(301)和未掺杂区域(302)形成的半导体接触结。图3给出了 BG结构导电率的测试。测试步骤和结果如图4所示。当在电极11和12之间施加电压，则测量到PA量级范围的电流。当在电极11和21之间施加电压，则测量结果为mA量级范围的电流。此结果说明，平行和垂直BG线的方向，电阻率有很大的区别。在平行于BG线的方向，电阻很小。而在垂直于BG线的方向，电阻极大。两方向的电阻率相差达9个数量级。基于以上这样的事实，根据本专利技术第一实施例，设计出一种新的搭桥晶粒多晶硅薄膜晶体管有源层布局，其中该搭桥晶粒多晶硅薄膜晶体管包括一个由低温多晶硅半导体材料构成的有源层，在有源层中具有多个横向导电桥。其中横向导电桥本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种搭桥晶粒多晶硅薄膜晶体管，包括一个由低温多晶硅半导体材料构成的有源层，有源层中具有多个横向导电桥；其特征在于，横向导电桥的位置垂直于沟道区域内所需电流的流动方向；同时，横向导电桥的位置平行于源/漏极区域内所需电流的流动方向。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周玮，赵淑云，郭海成，
申请(专利权)人：广东中显科技有限公司，
类型：发明
国别省市：