一种多晶硅TFT基板的制作方法及多晶硅TFT基板

摘要

本发明实施例公开了一种多晶硅TFT基板的制作方法，包括：步骤S10，在衬底基板上沉积非晶硅膜层；步骤S11，对非晶硅膜层进行准分子激光退火，形成多晶硅有源层；步骤S12，对多晶硅有源层的沟道区域进行离子掺杂，形成沟道掺杂区；步骤S13，在多晶硅有源层上沉积形成栅极绝缘层；步骤S14，向有源层多晶硅的沟道区域注入氢离子；步骤S15，在栅极绝缘层上沉积形成栅极层；步骤S16，对多晶硅有源层的源极区与漏极区进行离子掺杂，形成源极掺杂区和漏极掺杂区；步骤S17，在栅极层上沉积形成层间绝缘层；步骤S18，在层间绝缘层上形成第一过孔以及第二过孔，并分别沉积形成源电极膜层和漏电极膜层，分别与源极掺杂区和漏极掺杂区电连接。本发明还公开了相应的多晶硅TFT基板。实施本发明，可以精确控制氢原子补入的浓度和深度，并提高TFT的良率。

权利要求

1.一种多晶硅TFT基板的制作方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤S10，在衬底基板上沉积非晶硅膜层；

步骤S11，对所述非晶硅膜层进行准分子激光退火，形成多晶硅有源层；

步骤S12，在离子注入机中设置第一注入能量值、第一注入角度以及硼离子浓度值，以所述第一注入能量值控制将含硼离子材料以所述第一注入角度注入至所述多晶硅有源层的沟道区域，以对所述多晶硅有源层的沟道区域进行离子掺杂，形成沟道掺杂区；

步骤S13，在所述多晶硅有源层上沉积形成栅极绝缘层；

步骤S14，在离子注入机中设置第二注入能量值以及氢离子浓度，以所述第二注入能量值控制将氢离子以靶向角度注入至所述多晶硅有源层的沟道区域，使所述氢离子与游离的硼离子形成硼-氢复合体；

步骤S15，在所述栅极绝缘层上沉积形成栅极层；

步骤S16，对所述多晶硅有源层的源极区与漏极区进行离子掺杂，形成源极掺杂区和漏极掺杂区；

步骤S17，在所述栅极层上沉积形成层间绝缘层；

步骤S18，在所述层间绝缘层上正对所述源极掺杂区以及漏极掺杂区的位置形成第一过孔以及第二过孔，在所述第一过孔和第二过孔中分别沉积形成源电极膜层和漏电极膜层，使所述源电极膜层通过所述第一过孔与所述多晶硅有源层的源极掺杂区电连接，使所述漏电极膜层通过所述第二过孔与所述多晶硅有源层的漏极掺杂区电连接；

步骤S19，在所述层间绝缘层上形成平坦层，在所述平坦层上正对所述漏电极膜层的位置形成第三过孔；

步骤S20，在所述平坦层上形成像素电极层，使所述像素电极层延伸至所述第三过孔中，并与所述漏电极膜层电连接。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硼离子材料为B2H6或BF3。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤S16中进一步包括：对所述多晶硅有源层的源极掺杂区、漏极掺杂区与所述沟道区之间进行离子掺杂，分别形成一个掺杂缓冲区。

4.一种多晶硅TFT基板，其特征在于，通过上述权利要求1-3任一项的方法制成，所述多晶硅TFT基板包括：衬底基板；

多晶硅有源层，其通过在所衬底基板上沉积非晶硅膜层，并进行准分子激光退火所形成；所述多晶硅有源层包括位于中间的沟道掺杂区、位于沟道掺杂区两侧的源漏掺杂区，其中，在沟道掺杂区中采用离子注入机注入有氢离子；

栅极绝缘层，沉积形成于所述多晶硅有源层上；

栅极层，沉积形成于所述栅极绝缘层上；

层间绝缘层，沉积形成于所述栅极层上，在所述层间绝缘层上正对所述源极掺杂区以及漏极掺杂区的位置形成有第一过孔以及第二过孔，在所述第一过孔和第二过孔中分别沉积形成有源电极膜层和漏电极膜层，所述源电极膜层通过所述第一过孔与所述多晶硅有源层的源极掺杂区电连接，所述漏电极膜层通过所述第二过孔与所述多晶硅有源层的漏极掺杂区电连接。

5.如权利要求4所述的多晶硅TFT基板，其特征在于，进一步包括：平坦层，设置于所述层间绝缘层上，在所述平坦层上正对所述漏电极膜层的位置形成有第三过孔；

像素电极层，设置于所述平坦层上，所述像素电极层延伸至所述第三过孔中，并与所述漏电极膜层电连接。

6.如权利要求5所述的多晶硅TFT基板，其特征在于，在所述多晶硅有源层的源极掺杂区、漏极掺杂区与所述沟道区之间通过离子掺杂分别形成有一个掺杂缓冲区。

说明书

一种多晶硅TFT基板的制作方法及多晶硅TFT基板

技术领域

[0001] 本发明涉及显示领域，特别涉及一种多晶硅TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)基板的制作方法及多晶硅TFT基板。

背景技术

[0002] 在目前主流的多晶硅TFT制程中，一般采用离子注入的方式制作MOS(金属氧化物半导体)管，由于晶体本身会存在一些缺陷及杂质，并且注入的离子引入了新的能级，导致掺杂多晶硅(如掺硼)电学性能不能达到要求。现有技术中，通常解决方法是通过补氢来填补多晶硅晶体缺陷，钝化注入的硼离子，增加电子迁移率。常见的氢原子的补入都是以热扩散的方式进行，利用层间绝缘层(ILD)膜层中的氢元素，通过高温让其扩散到有源层多晶硅的表层。这种方式难以估算氢元素补入的深度及浓度(经常都是以经验值按照补氢的时间去衡量氢原子补入的量)，且补氢只能在ILD成膜后进行，受成膜前的有机物残留等影响，极易在高温后形成破洞。

[0003] 另外，有实验表明，掺硼硅在氢化后载流子浓度降低、迁移率升高，电阻率升高、电容减小。二次离子质谱的深度分布分析表明，氢与硼的分布存在对应关系，且只要没有形成更稳定的氢分子，无论晶格符合哪种模型，硼-氢(B-H)复合体中的氢总是对硼存在钝化作用。由此推断，在最影响TFT电性的沟道(Chanel)区，硼(B)与氢(H)的浓度分布如果完全重合(形成B-H复合体)，可以得到最佳电性。但事实上，热扩散过程依赖浓度梯度进行，其浓度由表层至多晶硅内部递减，呈高斯分布，如图1所示，示出了现有技术中热扩散补氢的浓度-深度对应关系示意图；而离子注入在靶向深度上具有最高浓度，例如在一个例子中，模拟1E4个B+离子以8Kev(千电子伏特)能量注入500A的多晶硅中，获得的离子浓度与深度的关系图如图2所示，从图2中可以看出，硼离子在靶向深度上具有最高浓度。故在多晶硅中，通过高温扩展进行补氢，无法使氢浓度和硼浓度实现很好的重合。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题在于，提供一种多晶硅TFT基板的制作方法及相应的及多晶硅TFT基板，可以改善多晶硅TFT基板制造中补氢效果，可以精确控制氢原子补入的浓度和深度，并提高多晶硅TFT基板的良率和改善其性能。

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明的实施例的一方面提供一一种多晶硅TFT基板的制作方法，包括下述步骤：

[0006] 步骤S10，在衬底基板上沉积非晶硅膜层；

[0007] 步骤S11，对所述非晶硅膜层进行准分子激光退火，形成多晶硅有源层；

[0008] 步骤S12，对所述多晶硅有源层的沟道区域进行离子掺杂，形成沟道掺杂区；

[0009] 步骤S13，在所述多晶硅有源层上沉积形成栅极绝缘层；

[0010] 步骤S14，采用离子注入机控制向所述有源层多晶硅的沟道区域注入氢离子；

[0011] 步骤S15，在所述栅极绝缘层上沉积形成栅极层；

[0012] 步骤S16，对所述多晶硅有源层的源极区与漏极区进行离子掺杂，形成源极掺杂区和漏极掺杂区；

[0013] 步骤S17，在所述栅极层上沉积形成层间绝缘层；

[0014] 步骤S18，在所述层间绝缘层上正对所述源极掺杂区以及漏极掺杂区的位置形成第一过孔以及第二过孔，在所述第一过孔和第二过孔中分别沉积形成源电极膜层和漏电极膜层，使所述源电极膜层通过所述第一过孔与所述多晶硅有源层的源极掺杂区电连接，使所述漏电极膜层通过所述第二过孔与所述多晶硅有源层的漏极掺杂区电连接。

[0015] 其中，所述步骤S12进一步包括：

[0016] 采用离子注入机控制向所述多晶硅有源层的沟道区域中注入含硼离子材料，形成沟道掺杂区，所述含硼离子材料为B2H6或BF3。

[0017] 其中，所述步骤S12具体包括：

[0018] 在离子注入机中设置第一注入能量值以及硼离子浓度值，以所述第一注入能量值控制将所述含硼离子材料以所述第一注入角度注入至所述多晶硅有源层。

[0019] 其中，所述步骤S13具体为：

[0020] 在离子注入机中设置第二注入能量值以及氢离子浓度，以所述第一注入能量值控制将氢离子以所述第二注入角度注入至所述多晶硅有源层，使所述氢离子与所述硼离子形成硼-氢复合体。

[0021] 其中，进一步包括：

[0022] 步骤S19，在所述层间绝缘层上形成平坦层，在所述平坦层上正对所述漏电极膜层的位置形成第三过孔；

[0023] 步骤S190，在所述平坦层上形成像素电极层，使所述像素电极层延伸至所述第三过孔中，并与所述漏电极膜层电连接。

[0024] 其中，在所述步骤S16中进一步包括：

[0025] 对所述多晶硅有源层的源极区、漏极区与所述沟道区之间进行离子掺杂，分别形成一个掺杂缓冲区。

[0026] 相应地，本发明实施例的另一方面还提供一种多晶硅TFT基板，其通过前述方法制成，所述多晶硅TFT基板包括：

[0027] 衬底基板；

[0028] 多晶硅有源层，其通过在所衬底基板上沉积非晶硅膜层，并进行准分子激光退火所形成；所述多晶硅有源层包括位于中间的沟道掺杂区、位于沟道掺杂区两侧的源漏掺杂区，其中，在沟道掺杂区中采用离子注入机注入有氢离子；

[0029] 栅极绝缘层，沉积形成于所述多晶硅有源层上；

[0030] 栅极层，沉积形成于所述栅极绝缘层上；

[0031] 层间绝缘层，沉积形成于所述栅极层上，在所述层间绝缘层上正对所述源极掺杂区以及漏极掺杂区的位置形成有第一过孔以及第二过孔，在所述第一过孔和第二过孔中分别沉积形成有源电极膜层和漏电极膜层，所述源电极膜层通过所述第一过孔与所述多晶硅有源层的源极掺杂区电连接，所述漏电极膜层通过所述第二过孔与所述多晶硅有源层的漏极掺杂区电连接。

[0032] 其中，进一步包括：

[0033] 平坦层，设置于所述层间绝缘层上，在所述平坦层上正对所述漏电极膜层的位置形成有第三过孔；

[0034] 像素电极层，设置于所述平坦层上，所述像素电极层延伸至所述第三过孔中，并与所述漏电极膜层电连接。

[0035] 其中，在所述多晶硅有源层的源极掺杂区、漏极掺杂区与所述沟道区之间通过离子掺杂分别形成有一个掺杂缓冲区。

[0036] 实施本发明实施例，具有如下有益效果：

[0037] 在本发明的实施例中，由于将补氢的过程设置于栅极层(M1)制程之前，从而在栅极层(M1)制程之前即完成了补氢操作，可以实现对沟道补充足够的氢离子，同时，通过控制注入能量值的大小，可以使使氢离子的靶向深度和浓度与硼离子的靶向深度和浓度分布相重合，以形成硼-氢复合体，从而提高沟道中的电子的迁移率；

[0038] 另外，由于本发明中氢离子的来源不再依赖于层间绝缘层(ILD)，故无需在ILD成膜后进行高温退火，可避免ILD破洞，改善薄膜晶体管性能，并提高产品良率；

[0039] 再者，本发明实施例中，以离子注入的方式进行补氢操作，可精确控制氢原子补入的深度及浓度，工艺非常简单可行。

附图说明

[0040] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

[0041] 图1是现有技术中热扩散补氢的浓度与深度对应关系示意图；

[0042] 图2是现有技术的一个例子中通过离子注入方式在硅中注入硼离子获得的离子浓度与深度的关系示意图；

[0043] 图3是本发明提供的一种多晶硅TFT基板的制作方法的一个实施例的主流程示意图；

[0044] 图4示出了一个实施例中模拟将硼离子注入晶体硅中的能量与靶向深度的关系示意图；

[0045] 图5示出了一个实施例中模拟将氢离子注入晶体硅中的能量与靶向深度的关系示意图；

[0046] 图6示出了一个实施例中模拟将氢离子注入氧化硅(SiOx)中的能量与靶向深度的关系示意图；

[0047] 图7示出了一个实施例中模拟以8Kev能量将1E4个氢离子注入1300A SiO+500A Si中获得的离子浓度与深度关系示意图；

[0048] 图8是本发明提供的一种多晶硅TFT基板的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

[0049] 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的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0050] 在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

[0051] 如图3所示，示出了图2是本发明提供的一种多晶硅TFT基板的制作方法的一个实施例的主流程示意图；在该实施例中，该方法至少包括下述步骤：

[0052] 步骤S10，在衬底基板上采用增强化学气相沉积方法制作非晶硅膜层，可以理解的是，所述衬底基板可以是玻璃基板或柔性PI(聚酰亚胺树脂)基板。

[0053] 步骤S11，对所述非晶硅膜层进行准分子激光退火，形成多晶硅有源层。

[0054] 步骤S12，进行所述多晶硅有源层的沟道区域离子掺杂，形成沟道掺杂区；具体地，在沟道区域通过离子注入技术把少量的施主或受主杂质离子(如硼离子)注入进去，以用来调整器件阈值电压的大小；具体地，在一些例子中，该步骤S12可包括采用离子注入机控制向所述多晶硅有源层的沟道区域中注入硼离子(即硼离子材料)，形成沟道掺杂区，所述硼离子材料为B2H6或BF3等；

[0055] 具体地，所述步骤S12在离子注入机中设置第一注入能量值(如8Kev)以及硼离子浓度值，以所述第一注入能量值控制将所述含硼离子材料以以靶向角度(90度)注入至所述多晶硅有源层的沟道区域。

[0056] 步骤S13，在所述多晶硅有源层上沉积形成栅极绝缘层(GI)。

[0057] 步骤S14，采用离子注入机控制向所述有源层多晶硅的沟道区域注入氢离子；具体地，在一个例子中，所述步骤S14具体为：

[0058] 在离子注入机中设置第二注入能量值(如8Kev)以及氢离子浓度，以所述第二注入能量值控制将氢离子以靶向角度(90度)注入至所述多晶硅有源层的沟道区域，使所述氢离子与游离的硼离子形成硼-氢复合体。可以理解的是，通过在所述离子注入机中设置注入能量以及氢浓度，来控制向所述有源层多晶硅注入氢离子的靶向深度和浓度。所述氢离子材料可以是诸如B2H6、PH3等等。

[0059] 可以理解的是，本发明的实施例中，将氢离子(H+)的注入设置在沉积形成栅极绝缘层之后，其原理说明如下：因为Si对H+的阻止能力要比Si对硼离子(B+)弱的多，理论推算若在沟道区域使用8Kev注入B+，而对H+的注入只需2Kev即可达到同样靶向深度；可以参照图4和图5所示，其中分别示出了一个例子中模拟将硼离子注入晶体硅中的能量与靶向深度的关系示意图，以及模拟将氢离子注入晶体硅中的能量与靶向深度的关系示意图，从中可以看出，在类似的条件下，在达到相同的靶向深度，氢离子注入能量要小一些。其中，“Ion Energy”表示注入能量值，“Projected Range”表示投影射程(靶向深度)，“Longitudinal Straggling”表示纵向离散，“lateral Straggling”表示横向离散；“-dE/dx”表示入射离子受原子核和电子的阻止作用，在单位距离上的能量损失；“Target Density”表示目标密度，“Ion Range”表示离子射程。

[0060] 但是目前面板业主流的注入机为Nissin的iG6，2Kev对设备的Acc电源来说是一个容易造成电极板放电(Arcing)的工作范围。故在本发明的实施例中，将将H+注入制程放在栅绝缘层沉积制程之后，此时，对有源层进行H+注入时，需要透过栅绝缘层，故在一个实施例中，可将H+的注入能量控制在和B+的注入能量相近似，例如，在注入H+时，也可以采用8Kev的注入能量，可使B+与H+的浓度分布达到最佳重合。

[0061] 步骤S15，在所述栅极绝缘层上沉积形成栅极层(M1)。

[0062] 步骤S16，对所述多晶硅有源层的源极区与漏极区进行离子掺杂，形成源漏掺杂区，可以理解的是，在该步骤中的离子掺杂的材料可以采用PHx材料。可以理解的是，在所述步骤S16中，进一步包括：对所述多晶硅有源层的源极区、漏极区与所述沟道区之间进行离子掺杂，分别形成一个掺杂缓冲区，可以理解的是，形成掺杂缓冲区的材料也可以采用PHx材料，只不过形成掺杂缓冲区所采用的材料剂量要比形成源漏掺杂区所采用的剂量小，且该掺杂缓冲区主要集中在靠近沟道区的一侧。

[0063] 步骤S17，在所述栅极层上沉积形成层间绝缘层(ILD)。

[0064] 步骤S18，在所述层间绝缘层上正对所述源极区以及漏极掺杂区的位置形成第一过孔以及第二过孔，在所述第一过孔和第二过孔中分别沉积形成源电极膜层和漏电极膜层(M2)，使所述源电极膜层通过所述第一过孔与所述多晶硅有源层的源极区电连接，使所述漏电极膜层通过所述第二过孔与所述多晶硅有源层的漏极掺杂区电连接。

[0065] 步骤S19，在所述层间绝缘层上形成平坦层，在所述平坦层上正对所述漏电极膜层的位置形成第三过孔；

[0066] 步骤S190，在所述平坦层上形成像素电极层，使所述像素电极层延伸至所述第三过孔中，并与所述漏电极膜层电连接。

[0067] 如图6所示，示出了一个实施例中模拟将氢离子注入氧化硅(SiOx)中的能量与靶向深度的关系示意图，从中可以看出，其中的关系与图5示出的关系图非常近似。

[0068] 如图7所示，示出了一个实施例中模拟以8Kev能量将1E4个氢离子注入1300A SiO2+500A Si中得到的离子浓度与深度关系示意图；从中可以看出，通过该离子注入在离子射程(Ion Range)上氢离子具有最高浓度。且由于氢离子注入后的浓度分布与沟道中硼离子的分布情况类似(可以与图2进行对比)，故通过该注入方法可以使氢原子补入浓度及剂量实现可监控化，并做到补氢作用最大化。其中，“Ion Range”表示离子射程，“Straggle”表示离散，“Skewness”表求偏度，“Kurtosis”表示峰度，横坐标表示注入深度(Target Depth)，纵坐标表示氢离子浓度。

[0069] 如图8所示，示出了本发明提供的一种多晶硅TFT基板的一个实施例的结构示意图。在该实施例中，该多晶硅TFT基板是通过前面描述的方法所制成，具体地，所述多晶硅TFT基板10包括：

[0070] 衬底基板10，其可以是玻璃基板或柔性PI(聚酰亚胺树脂)基板；

[0071] 多晶硅有源层13，其通过在所衬底基板10上沉积非晶硅膜层，并进行准分子激光退火所形成；所述多晶硅有源层13包括位于中间的沟道掺杂区130、位于沟道掺杂区130两侧的源极掺杂区131和漏极掺杂区132，其中，在沟道掺杂区中采用离子注入机注入有氢离子；在所述多晶硅有源层的源极掺杂区131、漏极掺杂区132与所述沟道掺杂区130之间通过离子掺杂分别形成有一个掺杂缓冲区133；

[0072] 栅极绝缘层14，沉积形成于所述多晶硅有源层13上；

[0073] 栅极层15，沉积形成于所述栅极绝缘层14上；

[0074] 层间绝缘层16，沉积形成于所述栅极层15上，在所述层间绝缘层16上正对所述源极掺杂区131以及漏极掺杂区132的位置形成有第一过孔160以及第二过孔161，在所述第一过孔160和第二过孔161中分别沉积形成有源电极膜层162和漏电极膜层163，所述源电极膜层162通过所述第一过孔160与所述多晶硅有源层的源极掺杂区131电连接，所述漏电极膜层163通过所述第二过孔161与所述多晶硅有源层的漏极掺杂区132电连接；

[0075] 平坦层17，设置于所述层间绝缘层16上，在所述平坦层17上正对所述漏电极膜层163的位置形成有第三过孔171；

[0076] 像素电极层18，设置于所述平坦层17上，所述像素电极层18延伸至所述第三过孔171中，并与所述漏电极膜层163电连接。

[0077] 进一步地，在所述衬底基板10与所述多晶硅有源层13之间还可以设置缓冲层12。可以理解的是，在一个例子中，其中，缓冲层12、栅极绝缘层14、层间绝缘层16均可以采用SiNx/SiO2材料，而平坦层17可以采用SiNx或有机膜材料，像素电极层18可以采用金属氧化物材料(如ITO)，而源电极膜层162和漏电极膜层163均可以采用金属材料，如金属钛，或铝钛合金等。

[0078] 实施本发明实施例，具有如下有益效果：

[0079] 在本发明的实施例中，由于将补氢的过程设置于栅极层(M1)制程之前，从而在栅极层(M1)制程之前即完成了补氢操作，可以实现对沟道补充足够的氢离子，同时，通过控制注入能量值的大小，可以使使氢离子的靶向深度和浓度与硼离子的靶向深度和浓度分布相重合，以形成硼-氢复合体，从而提高沟道中的电子的迁移率；

[0080] 同时，本发明中，将补氢操作设置于在准分子激光退火(ELA)制程之后，可以避免现有技术中由于氢爆带来的晶化不良等现象；

[0081] 再者，本发明实施例中，以离子注入的方式进行补氢操作，可精确控制氢原子补入的深度及浓度，工艺非常简单可行。

[0082] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0083] 以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。