CN109830539A - 薄膜晶体管及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种薄膜晶体管，包括：一基板、一缓冲层、一多晶硅层、一栅极绝缘层、一栅极层、一间层绝缘层以及一源极与一漏极，所述栅极绝缘层包括一中央部分与设置于所述中央部分两侧的两个倾角部分，所述中央部分覆盖所述多晶硅层的沟道区，各所述倾角部分覆盖所述多晶硅层的轻掺杂区，使栅极绝缘层对应轻掺杂区形成倾角结构，实现通过一次掺杂制程完成薄膜晶体管的重掺杂与轻掺杂的效果。还提供一种薄膜晶体管制作方法。

Description

薄膜晶体管及其制作方法

技术领域

本揭示涉及显示技术领域，尤其涉及一种薄膜晶体管及其制作方法。

背景技术

低温多晶硅(LowTemperaturePoly-silicon，LTPS)薄膜晶体管(ThinFilmTransistor，TFT)具有高的载流子迁移率，可用于制作小的薄膜晶体管器件，是高分辨率中小尺寸产品开发的首选技术。

然而，随着更高分辨率产品的发展趋势，更高像素密度产品的需求与发展，要求薄膜晶体管的数组基板具备更小的尺寸，这对数组基板制作工艺提出了更高的要求。因为随着薄膜晶体管尺寸的减小，会导致其电学特性不稳定甚至恶化，从而达不到产品所需的电学要求。如当薄膜晶体管沟道长度和宽度小于2微米时，可能出现较短沟道效应和窄沟道效应，导致薄膜晶体管电性异常，如漏电流偏大等现象。最终导致显示器件画面显示异常。因此，如何提高小尺寸器件的电学特性是对膜晶体管的数组基板的制造工艺面临的一个挑战。

为降低薄膜晶体管的漏电，目前主要采用的技术有轻掺杂漏极(lightly dopeddrain，LDD)制程。主要方法为增加一道黄光制程，在源极/漏极与沟道区域之间形成一个较短的轻掺杂区域，降低漏极端电场强度，抑制热载子效应，从而达到减小漏电流的效果。但此种轻掺杂漏极需增加黄光制程，在工艺过程中需要两次离子注入程序，工艺较为复杂，成本较高。

发明内容

现有技术在一定程度上不利于抑制热载子效应，并且和在工艺过程中需要两次离子注入程序，而产生工艺过程繁琐的缺陷。

为了解决上述问题，本揭示提供一种薄膜晶体管，包括：一基板；一缓冲层，设置在所述基板上；一多晶硅层，设置在所述缓冲层上，所述多晶硅层包括一沟道区、两个设置于所述沟道区两侧的轻掺杂区以及两个设置于所述轻掺杂区两侧的重掺杂区；一栅极绝缘层，设置在所述多晶硅层上，所述栅极绝缘层包括一中央部分与设置于所述中央部分两侧的两个倾角部分，所述中央部分覆盖所述多晶硅层的所述沟道区，各所述倾角部分覆盖所述多晶硅层的所述轻掺杂区；一栅极层，设置在所述栅极绝缘层上，所述栅极层覆盖所述栅极绝缘层的所述中央部分，使所述重掺杂区露出；一间层绝缘层，覆盖在所述基板上；以及一源极与一漏极，设置在所述间层绝缘层上，所述源极与其中一重掺杂区连接，所述漏极与另一重掺杂区连接。

根据本揭示的一实施例，所述缓冲层为氮化硅、氧化硅或其组合。

根据本揭示的一实施例，所述栅极绝缘层为二氧化硅、氮化硅以及高介电常数绝缘材料中的一种或者多种的组合。

根据本揭示的一实施例，所述栅极层未覆盖所述栅极绝缘层的所述倾角部分。

根据本揭示的一实施例，所述中央部分的边缘对齐于所述沟道区的边缘，所述栅极层的边缘对齐于所述中央部分的边缘，各所述倾角部分的边缘对齐于各所述轻掺杂区的边缘。

为了解决上述问题，本揭示另提供一种薄膜晶体管制作方法，包括以下步骤：

提供一基板，在所述基板上形成一缓冲层，在所述缓冲层上形成一多晶硅层；

在所述多晶硅层上沉积一栅极绝缘层与一栅极层，并对未覆盖所述栅极层的所述栅极绝缘层进行刻蚀，使刻蚀后的所述栅极绝缘层形成一中央部分与形成于所述中央部分两侧的两个倾角部分，所述栅极层覆盖所述栅极绝缘层的所述中央部分，露出所述栅极绝缘层的所述倾角部分，所述多晶硅层被所述中央部分覆盖的一区域形成一沟道区，所述多晶硅层被所述两个倾角部分覆盖的一区域形成两个轻掺杂区，露出的所述多晶硅层形成一重掺杂区；

在所述栅极绝缘层的中央部分上沉积栅极层，并对所述栅极层未覆盖的部分进行离子掺杂；

形成一间层绝缘层，并于所述间层绝缘层形成多个接触孔；以及

在所述间层绝缘层上形成一源极与一漏极，所述源极通过所述接触孔与其中一重掺杂区连接，所述漏极通过所述接触孔与另一重掺杂区连接。

根据本揭示的一实施例，所述缓冲层为氮化硅、氧化硅或其组合。

根据本揭示的一实施例，所述栅极绝缘层为二氧化硅、氮化硅以及高介电常数绝缘材料中的一种或者多种的组合。

根据本揭示的一实施例，所述栅极层未覆盖所述栅极绝缘层的所述倾角部分。

根据本揭示的一实施例，所述中央部分的边缘对齐于所述沟道区的边缘，所述栅极层的边缘对齐于所述中央部分的边缘，各所述倾角部分的边缘对齐于各所述轻掺杂区的边缘。

本揭示提供了薄膜晶体管及其制作方法。通过以栅极绝缘层两侧壁形成的倾角结构(倾斜侧壁)为掩膜、在多晶硅层的源极区和漏极区进行一次性离子注入，形成相互连接的一重掺杂区和一轻掺杂区。更详细地说，在栅极绝缘层的两侧壁对应轻掺杂区形成倾角结构，栅极层下方的多晶硅层形成为沟道区，栅极绝缘层的倾角部分下方的多晶硅层形成为轻掺杂区，未被栅极层和栅极绝缘层覆盖的多晶硅层的裸露区域为重掺杂区域，可实现通过一次掺杂制程完成薄膜晶体管的重掺杂与轻掺杂工艺，从而实现降低薄膜晶体管漏电流的效果。相对于现有技术，减小了漏极附近的电场强度，因此抑制了薄膜晶体管的热载子效应。并且，制造薄膜晶体管的过程中只需一次离子注入程序，简化了制造薄膜晶体管的工艺过程。

附图说明

图1为本揭示薄膜晶体管的结构示意图。

图2A-2C为本揭示薄膜晶体管制作方法流程示意图。

图3为本揭示薄膜晶体管制作方法步骤示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本揭示可用以实施的特定实施例。在图中，结构相似的单元是用以相同标号表示。

下面结合附图详细本揭示实施例的实现过程。

请参阅图1至图2A-2C，图1为本揭示薄膜晶体管的结构示意图。图2A-2C为本揭示薄膜晶体管制作方法流程示意图。本揭示提供一种薄膜晶体管，包括：一基板10；一缓冲层20，设置在所述基板10上；一多晶硅层30，设置在所述缓冲层20上，所述多晶硅层30包括一沟道区31、两个设置于所述沟道区31两侧的轻掺杂区32以及两个设置于所述轻掺杂区32两侧的重掺杂区33；一栅极绝缘层40，设置在所述多晶硅层30上，所述栅极绝缘层40包括一中央部分41与设置于所述中央部分41两侧的两个倾角部分42，所述中央部分41覆盖所述多晶硅层30的所述沟道区31，各所述倾角部分42覆盖所述多晶硅层30的所述轻掺杂区32；一栅极层50，设置在所述栅极绝缘层40上，所述栅极层50覆盖所述栅极绝缘层40的所述中央部分41，使所述重掺杂区33露出；一间层绝缘层60，覆盖在所述基板10上；以及一源极70与一漏极80，设置在所述间层绝缘层60上，所述源极70与其中一重掺杂区33连接，所述漏极80与另一重掺杂区33连接。

所述基板10可以为透明基板，其具体可以是采用玻璃、石英、透明树脂等具有一定坚固性的导光且非金属材料制成的基板10。

在基板10上形成缓冲层20(buffer)材料，如图2A所示。其中所述缓冲层20的材料可以为氮化硅、二氧化硅等绝缘材料及它们的复合结构，本实施例中所述缓冲层20为氮化硅、氧化硅或其组合。

所述多晶硅层30较佳者为一半导体硅层，并于所述多晶硅层30上沉积栅极绝缘层40，在所述栅极绝缘层40上沉积金属层(未图标)，定义栅极图案使金属层形成栅极层50。所述栅极层50与所述栅极绝缘层40的中央部分41共同覆盖所述多晶硅层30的一中间区域(未图示)，但未覆盖所述多晶硅层30的两侧(即后续形成重掺杂区的区域)，所述栅极层50覆盖所述栅极绝缘层40的中央部分41，但未覆盖所述栅极绝缘层40的两侧部分(即后续形成的倾角部分)，所述栅极绝缘层40覆盖所述多晶硅层30的中间区域(即后续形成沟道区的区域)，中间区域、中央部分41与沟道区31在基板10上的投影面积是相等的。

所述栅极层50暴露出所述栅极绝缘层40的两侧部分。暴露出的所述栅极绝缘层40的两侧部分将会对应覆盖所述多晶硅层30后续形成的两个轻掺杂区32。对暴露的所述栅极绝缘层40的两侧部分进行刻蚀形成梯形的缓坡结构，即形成两个倾角部分42。

由于栅极绝缘层40具备一定程度的阻挡离子注入的作用，后续进行离子注入程序时，因为有所述栅极层50与所述栅极绝缘层40的中央部分41作为掩膜，所述多晶硅层30被所述中央部分41覆盖的一区域因此形成沟道区31；而因为栅极绝缘层40两侧的倾角部分42可以部份阻挡离子注入，使所述多晶硅层30被所述两个倾角部分42覆盖的一区域形成两个轻掺杂区32，且所述栅极绝缘层40的各倾角部分42在所述多晶硅层30上的正投影区域为所述两个轻掺杂区32；而未被栅极层50与栅极绝缘层40覆盖的所述多晶硅层30形成重掺杂区33，如图2B所示。其中所述倾角部分42具有一倾角角度为介于30度角至60度角的一范围内，使的离子的注入受到适合的阻挡，不会因为离子植入过多或过少而无法形成轻掺杂区。

即，所述栅极层50与所述栅极绝缘层40覆盖所述多晶硅层30并暴露出所述多晶硅层30的两侧，所述栅极层50覆盖所述栅极绝缘层40并暴露出对应于所述多晶硅层30的轻掺杂区32的所述栅极绝缘层40的两侧，暴露出的栅极绝缘层40的两侧与多晶硅层30的上表面形成倾角，栅极绝缘层40的中央部分仅覆盖所述多晶硅层30的沟道区32，且使重掺杂区33露出，栅极绝缘层40的两侧在多晶硅层30上的正投影区域为两个轻掺杂区32。

进一步地，在设置有栅极图案的基板10上设置层间绝缘层60。并且所述层间绝缘层60上设置有两个过孔61，所述两个过孔61用于为两个重掺杂区33的连接提供条件。后续在设置有层间绝缘层60的基板10上设置源极70和漏极80，源极70和漏极80分别位于两个过孔61和过孔61上方的区域。通过两个过孔61，源极70与一重掺杂区33连接，漏极80与另一重掺杂区33连接，如图2C所示。

由于栅极绝缘层40的两侧对应轻掺杂区32形成倾角结构，使上述的薄膜晶体管结构在倾角结构的对应多晶硅层30的区域可以形成轻掺杂区32，实现通过一次掺杂制程完成薄膜晶体管的重掺杂与轻掺杂的效果，并实现降低薄膜晶体管漏电流的效果。

请参阅图2A-2C至图3，图3为本揭示薄膜晶体管制作方法步骤示意图。

所述制作方法包括：

步骤S01，提供一基板10，在所述基板上形成一缓冲层20，在所述缓冲层20上形成一多晶硅层30；

步骤S02，在所述多晶硅层30上沉积一栅极绝缘层40与一栅极层50，并对未覆盖所述栅极层50的所述栅极绝缘层40进行刻蚀，使刻蚀后的所述栅极绝缘层40形成一中央部分41与形成于所述中央部分41两侧的两个倾角部分42，所述栅极层50覆盖所述栅极绝缘层40的所述中央部分41，露出所述栅极绝缘层40的所述倾角部分42，所述多晶硅层30被所述中央部分41覆盖的一区域形成一沟道区31，所述多晶硅层30被所述两个倾角部分42覆盖的一区域形成两个轻掺杂区32，露出的所述多晶硅层30形成一重掺杂区33；

步骤S03，在所述栅极绝缘层40的中央部分41上沉积栅极层50，并对所述栅极层50未覆盖的部分进行离子掺杂；

步骤S04，形成一间层绝缘层60，并于所述间层绝缘层60形成多个接触孔61；以及

步骤S05，在所述间层绝缘层60上形成一源极70与一漏极80，所述源极70通过所述接触孔61与其中一重掺杂区33连接，所述漏极80通过另一所述接触孔61与另一重掺杂区33连接。

在步骤S01中，在所述缓冲层20上形成非晶硅层，利用激光退火方法对非晶硅层进行结晶化处理，从而形成多晶硅层30，采用光刻制程对所述多晶硅层30进行图形化处理，得到图形化的多晶硅层30。在步骤S01之后先不需对图形化的多晶硅层30的中间区域和两侧区域进行轻掺杂和重掺杂。相反地，在形成有多晶硅层30的基板10上以PECVD程序形成栅极绝缘层40，再利用PVD沉积金属层(未图标)，定义栅极图案使金属层形成栅极层50，其中所述的金属层50的材料可以为Al、Ti、Cr和Mo等非透明金属中的一种，也可以为它们组合或ITO、AZO、InO等透明金属氧化物导电薄膜。所形成的栅极层50暴露出所述栅极绝缘层40的两侧部分，对暴露出所述栅极绝缘层40的两侧部分进行刻蚀，使刻蚀后的所述栅极绝缘层40的两侧部分形成两个倾角部分42，而两个倾角部分42间的栅极绝缘层40构成所述中央部分41。

之后，对栅极层50未覆盖的部分进行离子掺杂，定义薄膜晶体管的源漏电极区，如图2B所示。掺杂离子为磷、硼、砷等可以在硅中形成N型或者P型掺杂的元素或其化合物，也可以为它们的混合物。由于栅极绝缘层40具备一定程度的阻挡离子注入的作用，进行离子注入程序时，因为有所述栅极层50与所述栅极绝缘层40的中央部分41作为掩膜，所述多晶硅层30被所述中央部分41覆盖的一区域因此形成沟道区31；而因为栅极绝缘层40两侧的倾角部分42可以部份阻挡离子注入，使所述多晶硅层30被所述两个倾角部分42覆盖的一区域形成两个轻掺杂区32，且所述栅极绝缘层40的各倾角部分42在所述多晶硅层30上的正投影区域为所述两个轻掺杂区32；而未被栅极层50与栅极绝缘层40覆盖的所述多晶硅层30形成重掺杂区33，如图2B所示。

即，所述栅极层50与所述栅极绝缘层40覆盖所述多晶硅层30并暴露出所述多晶硅层30的两侧，所述栅极层50覆盖所述栅极绝缘层40并暴露出对应于所述多晶硅层30的轻掺杂区32的所述栅极绝缘层40的两侧，暴露出的栅极绝缘层40的两侧与多晶硅层30的上表面形成倾角，栅极绝缘层40覆盖所述多晶硅层30的沟道区31，且使重掺杂区33露出，栅极绝缘层40的两侧在多晶硅层30上的正投影区域为两个轻掺杂区32。

在所述栅极层50、栅极绝缘层40、及多晶硅层30上沉积层间绝缘层60，通过光刻制程对所述层间绝缘层60与栅极绝缘层40进行图形化处理，在所述层间绝缘层60与栅极绝缘层40上形成对应于其中一重掺杂区33上方的一过孔61、及对应于另一重掺杂区33上方的另一过孔61；之后对所述层间绝缘层60进行去氢和活化处理。具体的，通过快速热退火工艺(RapidThermalAnnealing，RTA)对所述层间绝缘层60进行去氢和活化处理。

在所述层间绝缘层60上沉积金属电极层，对所述金属电极层进行图形化处理，得到间隔设置的源极70及漏极80，所述源极70通过其中一过孔61与一重掺杂区33相接触，所述漏极80通过另一过孔61与另一重掺杂区33相接触。

由于栅极绝缘层的两侧对应轻掺杂区形成倾角结构，使上述的薄膜晶体管结构在倾角结构的对应多晶硅层的区域可以形成轻掺杂区，实现通过一次掺杂制程完成薄膜晶体管的重掺杂与轻掺杂的效果，并实现降低薄膜晶体管漏电流的效果。

本揭示具有如下的有益效果：本揭示提供了薄膜晶体管及其制作方法。通过以栅极绝缘层两侧壁形成的倾角结构(倾斜侧壁)为掩膜、在多晶硅层的源极区和漏极区进行一次性离子注入，形成相互连接的一重掺杂区和一轻掺杂区。更详细地说，在栅极绝缘层的两侧壁对应轻掺杂区形成倾角结构，栅极层下方的多晶硅层形成为沟道区，栅极绝缘层的倾角部分下方的多晶硅层形成为轻掺杂区，未被栅极层和栅极绝缘层覆盖的多晶硅层的裸露区域为重掺杂区域，可实现通过一次掺杂制程完成薄膜晶体管的重掺杂与轻掺杂工艺，从而实现降低薄膜晶体管漏电流的效果。相对于现有技术，减小了漏极附近的电场强度，因此抑制了薄膜晶体管的热载子效应。并且，制造薄膜晶体管的过程中只需一次离子注入程序，简化了制造薄膜晶体管的工艺过程。

以上所述是本揭示的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本揭示原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本揭示的保护范围。

Claims (10)

1.一种薄膜晶体管，其特征在于，包括：

一基板；

一缓冲层，设置在所述基板上；

一多晶硅层，设置在所述缓冲层上，所述多晶硅层包括一沟道区、两个设置于所述沟道区两侧的轻掺杂区以及两个设置于所述轻掺杂区两侧的重掺杂区；

一栅极绝缘层，设置在所述多晶硅层上，所述栅极绝缘层包括一中央部分与设置于所述中央部分两侧的两个倾角部分，所述中央部分覆盖所述多晶硅层的所述沟道区，各所述倾角部分覆盖所述多晶硅层的所述轻掺杂区；

一栅极层，设置在所述栅极绝缘层上，所述栅极层覆盖所述栅极绝缘层的所述中央部分，使所述重掺杂区露出；

一间层绝缘层，覆盖在所述基板上；以及

一源极与一漏极，设置在所述间层绝缘层上，所述源极与其中一重掺杂区连接，所述漏极与另一重掺杂区连接。

2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述缓冲层为氮化硅、氧化硅或其组合。

3.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述栅极绝缘层为二氧化硅、氮化硅以及高介电常数绝缘材料中的一种或者多种的组合。

4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述栅极层未覆盖所述栅极绝缘层的所述倾角部分。

5.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述中央部分的边缘对齐于所述沟道区的边缘，所述栅极层的边缘对齐于所述中央部分的边缘，各所述倾角部分的边缘对齐于各所述轻掺杂区的边缘。

6.一种薄膜晶体管制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一基板，在所述基板上形成一缓冲层，在所述缓冲层上形成一多晶硅层；

在所述多晶硅层上沉积一栅极绝缘层与一栅极层，并对未覆盖所述栅极层的所述栅极绝缘层进行刻蚀，使刻蚀后的所述栅极绝缘层形成一中央部分与形成于所述中央部分两侧的两个倾角部分，所述栅极层覆盖所述栅极绝缘层的所述中央部分，露出所述栅极绝缘层的所述倾角部分，所述多晶硅层被所述中央部分覆盖的一区域形成一沟道区，所述多晶硅层被所述两个倾角部分覆盖的一区域形成两个轻掺杂区，露出的所述多晶硅层形成一重掺杂区；

在所述栅极绝缘层的中央部分上沉积栅极层，并对所述栅极层未覆盖的部分进行离子掺杂；

形成一间层绝缘层，并于所述间层绝缘层形成多个接触孔；以及

在所述间层绝缘层上形成一源极与一漏极，所述源极通过所述接触孔与其中一重掺杂区连接，所述漏极通过所述接触孔与另一重掺杂区连接。

7.根据权利要求6所述的薄膜晶体管制作方法，其特征在于，所述缓冲层为氮化硅、氧化硅或其组合。

8.根据权利要求6所述的薄膜晶体管制作方法，其特征在于，所述栅极绝缘层为二氧化硅、氮化硅以及高介电常数绝缘材料中的一种或者多种的组合。

9.根据权利要求6所述的薄膜晶体管制作方法，其特征在于，所述栅极层未覆盖所述栅极绝缘层的所述倾角部分。

10.根据权利要求6所述的薄膜晶体管制作方法，其特征在于，所述中央部分的边缘对齐所述沟道区的边缘，所述栅极层的边缘对齐所述中央部分的边缘，各所述倾角部分的边缘对齐各所述轻掺杂区的边缘。