本申请要求 2012年 4月 23 日提交到中华人民共和国国家知识产权局的中 国专利申请 No. 201210120971.0的优先权和权益， 该专利申请的全部内容通过参照并入本文。 技术领域

本发明属于基本电气元件领域， 涉及半导体器件的制备， 特别涉及一种多晶薄膜制备方 法， 由该方法制备形成的多晶薄膜及由该多晶薄膜 制备的薄膜晶体管。 背景技术

目前， 薄膜晶体管作为液晶显示器的像素开关得到了 广泛应用， 其中， 多晶硅薄膜晶体 管由于具有较高的载流子迁移率， 更具有成为集成面板周边驱动电路的潜力。作 为多晶硅薄 膜晶体管的一项关键工艺， 多晶硅薄膜的制备工艺至关重要。 由于低温工艺要求， 多晶硅薄 膜的制备过程一般是先淀积一层非晶硅薄膜， 再通过一定晶化工艺，将非晶硅转化为多晶硅 。 其中一种重要的晶化工艺是激光重结晶方法， 这种激光重结晶方法是通过短时间的激光照 射， 使一定厚度的非晶硅局部瞬间熔化， 然后快速固化， 从而实现重结晶的目的。 但是， 这 种方法的主要问题在于， 熔融态的硅薄膜固化成核具有随机性， 晶粒大小难以控制， 而且， 由于工艺窗口很窄， 瞬间熔化所需的激光能量密度难以精确控制。 发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问 题，特别创新地提出了一种多晶薄膜制备 方法、 多晶薄膜及由其制备的薄膜晶体管。

为了实现本发明的上述目的， 根据本发明的第一个方面， 本发明提供了一种多晶薄膜制 备方法， 其包括如下步骤：

S1 : 提供衬底；

S2: 在所述衬底上形成热导体层；

S3: 刻蚀所述热导体层直至所述衬底暴露， 形成热导体图案；

S4: 在所述热导体层和所述衬底上形成晶种层；

S5: 刻蚀所述晶种层， 在所述热导体层侧壁上形成晶种；

S6: 在所述衬底、 热导体层和晶种上形成非晶薄膜层；

S7: 刻蚀所述非晶薄膜层；

S8: 对所述非晶薄膜层进行重结晶处理并形成多晶 薄膜层。

本发明在多晶薄膜的制备过程中采用热导体层 ， 能够实现晶种附近热量的优先散失， 从 而保证熔融态的非晶薄膜层在晶种处起始固化 ；本发明采用晶种有利于非晶薄膜层的固化结 晶， 减少成核的随机性， 并利用热导体层附近热量散失优先且快而形成 局部的定向凝固， 大 幅度提高多晶薄膜层的晶粒尺寸， 实现晶粒位置的可控， 从而提高多晶薄膜晶体管的载流子 迁移率， 能够制备高性能多晶薄膜晶体管。 此外， 本发明采用的晶种及热导体层结构， 能够 有效增大传统激光结晶工艺中临界激光能量密 度的工艺窗口。

为了实现本发明的上述目的， 根据本发明的第二个方面， 本发明提供了一种多晶薄膜， 其包括： 衬底； 热导体层， 所述热导体层形成在所述衬底上； 晶种， 所述晶种形成在所述热 导体层的侧壁上； 多晶薄膜层， 所述多晶薄膜层形成在未被热导体层和晶种覆 盖的衬底上。

本发明的多晶薄膜提高了晶粒尺寸和载流子迁 移率， 实现了晶粒位置的可控。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第 三个方面，本发明提供了一种薄膜晶体管， 包括： 衬底； 多晶薄膜层， 所述多晶薄膜层形成在所述衬底上； 源极和漏极， 所述源极和漏 极形成于所述多晶薄膜层内； 栅介质和栅极， 所述栅介质形成于所述多晶薄膜层之上， 所述 栅极形成于所述栅介质之上； 源极金属层和漏极金属层， 所述源极金属层形成于所述源极之 上， 所述漏极金属层形成于漏极之上。

本发明的薄膜晶体管采用具有大晶粒尺寸和高 迁移率的多晶薄膜制成， 具有高的迁移 率， 提高了器件性能。

在本发明的优选实施例中， 热导体图案为不连续的带状。 在激光照射过程中， 激光光斑 的尺寸不大于热导体层的长度， 从而有利于热导体层实现快速散热效果。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部 分给出， 部分将从下面的描述中变得明 显， 或通过本发明的实践了解到。 附图说明

本发明的上述和 /或附加的方面和优点从结合下面附图对实施� �的描述中将变得明显和 容易理解， 其中：

图 1-图 7是本发明多晶薄膜制备方法的一种优选实施� �式的工艺步骤示意图； 图 8是图 7所示多晶薄膜的俯视图；

图 9是本发明薄膜晶体管去除热导体层和晶种后� �成的有源区的结构示意图； 图 10是本发明薄膜晶体管的一种优选实施方式的� ��构示意图。

附图标记：

1衬底； 2钝化层； 3热导体层； 41晶种层； 4晶种；

51非晶薄膜层； 5多晶薄膜层； 6源极； 7漏极； 8栅介质； 9栅极；

10源极金属层； 11漏极金属层。 具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例， 所述实施例的示例在附图中示出， 其中自始至终相同或 类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同 或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的 实施例是示例性的， 仅用于解释本发明， 而不能理解为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用 来实现本发明的不同结构。为了筒化本发 明的公开， 下文中对特定例子的部件和设置进行描述。 当然， 它们仅仅为示例， 并且目的不 在于限制本发明。 此外， 本发明可以在不同例子中重复参考数字和 /或字母。 这种重复是为 了筒化和清楚的目的， 其本身不指示所讨论各种实施例和 /或设置之间的关系。 此外， 本发 明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但 是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的 可应用于性和 /或其他材料的使用。另外， 以下描述的第一特征在第二特征之 "上"的结构可以 包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例 ，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特 征之间的实施例， 这样第一和第二特征可能不是直接接触。

本发明提出了一种多晶薄膜制备方法， 其包括如下步骤：

S1 : 提供衬底 1 ;

S2: 在衬底 1上形成热导体层 3;

S3: 刻蚀热导体层 3直至衬底 1暴露， 形成热导体图案；

S4: 在热导体层 3和衬底 1上形成晶种层 41 ;

S5: 刻蚀 5晶种层 41 , 在热导体层侧壁上形成 5晶种 4;

S6: 在衬底 1、 热导体层 3和 6晶种 4上形成非晶薄膜层 51 ;

S7: 刻蚀非晶薄膜层 51 ;

S8: 对非晶薄膜层进行重结晶处理并形成多晶薄膜 层 5。

根据本发明的多晶薄膜制备方法制备的多晶薄 膜包括衬底 1； 热导体层 3 , 该热导体层 3形成在衬底 1上； 晶种 4, 该晶种 4形成在热导体层 3的侧壁上； 多晶薄膜层 5 , 该多晶 薄膜层 5形成在未被热导体层 3和晶种 4覆盖的衬底 1上。

利用本发明形成的多晶薄膜可以制备薄膜晶体 管， 该薄膜晶体管包括： 衬底 1 ; 多晶薄 膜层 5 , 该多晶薄膜层 5形成在衬底 1上； 源极 6和漏极 7 , 该源极 6和漏极 7形成于多晶 薄膜层 5内； 栅介质 8和栅极 9, 该栅介质 8形成于多晶薄膜层 5之上， 栅极 9形成于栅介 质 8之上； 源极金属层 10和漏极金属层 11 , 该源极金属层 10形成于源极 6之上， 漏极金 属层 11形成于漏极 7之上。

图 1-图 7是本发明多晶薄膜制备方法的一种优选实施� �式的工艺步骤示意图，图中仅仅 是示意的给出了各区域的尺寸， 具体的尺寸可以根据实际器件参数的要求进行 设计。从图中 可见， 制备本发明的多晶薄膜需要以下步骤：

第一步： 提供衬底 1 , 该衬底 1可以是制备薄膜晶体管的任何衬底材料， 具体可以是但 不限于玻璃、 塑料、 硅；

第二步： 在本实施方式中， 如图 1所示， 在衬底 1上形成钝化层 2, 该多晶薄膜的其他 结构均在钝化层 2上制备形成。 在本发明的另外的优选实施方式中， 直接在衬底 1上形成该 多晶薄膜的其他结构。 在本实施方式中， 该钝化层 2的材料可以是但不限于硅的氧化物、 硅 的氮化物、 碳化硅之一或其组合， 该钝化层的厚度为 10ηηι-50μηι;

第三步： 如图 2所示， 在钝化层 2上形成热导体层 3 , 形成热导体层 3的方法具体可以 是但不限于物理气相淀积、化学气相淀积， 该热导体层 3的热导体的熔点高于激光照射过程 中热导体层的最高温度， 不会在激光结晶工艺中熔化， 该热导体层的热导率高于多晶薄膜层 5的热导率，该热导体可以是金属或者是其他� �高温的热的良导体，具体可以是但不限于铝� � 钨、 银、 铜等金属及耐高温的非金属材料， 该热导体层 3的厚度不小于期望生长的多晶薄膜 层的厚度；

第四步： 如图 3所示， 刻蚀热导体层 3直至钝化层 2暴露， 形成热导体图案， 刻蚀热导 体层 3的方法具体可以是但不限于光刻和刻蚀技术� �该热导体图案可以是任何连续或者不连 续的由多边形、 圆形、 线形和弧形组成的图形、 或者不规则弧线组成的图形， 在本实施方式 中， 优选采用带状；

第五步： 如图 4所示， 在热导体层 3和钝化层 2上形成晶种层 41 , 形成晶种层 41的方 法具体可以是但不限于化学气相淀积、 物理气相淀积、 原子层淀积。 晶种层可以是与多晶薄 膜层 5的材料异质或同质的晶种层。 在本发明的一些实施方式中， 所述晶种层 41的晶格常 数与所述多晶薄膜层 5的材料的晶格常数的 N倍或 1/N倍的偏差不超过 30%, 所述 N为正 整数。 在本实施方式中， 该晶种层 41为异质晶种层， 该异质晶种层的晶格常数与多晶薄膜 层 5的材料的晶格较为匹配， 在本发明的一种优选实施方式中， 该异质晶种层的材料的晶格 常数与多晶薄膜层 5的材料的晶格常数的 N倍的偏差不超过 30%, 在本发明另外的一种优 选实施方式中，该异质晶种层的材料的晶格常 数与多晶薄膜层 5的材料的晶格常数的 1/N倍 的偏差不超过 30%, 其中， N为正整数， 该异质晶种层的材料具体可以为但不限于 NiSi ₂ 等 金属硅化物、 金属锗化物、 氟化钙、 氧化铈、 氧化锆， 该异质晶种层的厚度为 Ιηηι-ΐμηι; 第六步： 如图 5所示， 刻蚀晶种层 41 , 在热导体层 3的侧壁上形成晶种 4, 刻蚀晶种层 41 的方法可以为但不限于光刻和刻蚀技术。 在本发明的一些实施方式中， 晶种 4可以是与 多晶薄膜层 5的材料异质或同质。 在本发明的一些实施方式中， 晶种 4的材料的晶格常数与 多晶薄膜层 5的材料的晶格常数的 Ν倍或 1/N倍的偏差不超过 30%, 其中， Ν为正整数。 在本发明的一些实施方式中， 异质晶种 4的材料具体可以为但不限于金属硅化物、金� �锗化 物、 氟化钙、 氧化铈、 氧化锆。 晶种 4可以为单晶， 也可以是多晶；

第七步： 如图 6所示， 在钝化层 2、 热导体层 3和晶种 4上形成非晶薄膜层 51 , 形成该 非晶薄膜层 51的方法可以为但不限于化学气相淀积；

第八步： 如图 7 所示， 刻蚀非晶薄膜层 51 , 使最终剩余的非晶薄膜层的厚度为 10nm-1000nm。 刻蚀该非晶薄膜层 51 的方法可以为但不限于化学机械抛光、 湿法腐蚀、 干 法刻蚀， 在本实施实施方式中， 刻蚀后非晶薄膜层的厚度小于热导体层的厚度 ， 在本发明另 外的优选实施方式中， 刻蚀后非晶薄膜层的厚度等于热导体层的厚度 ；

第九步： 对非晶薄膜层 51进行重结晶处理并形成多晶薄膜层 5 , 本发明形成的多晶薄 膜层 5的厚度为 10nm-1000nm。重结晶处理可以是激光照射法、快� ��热处理或金属诱导晶化 方法使非晶薄膜层 51熔化， 然后再冷却凝固为多晶薄膜层 5。 在本实施方式中， 采用激光 照射法使非晶薄膜层 51 重结晶形成多晶薄膜层 5 , 采用的激光照射重结晶的方法包括但不 限于非晶薄膜层 51的熔融并固化重结晶过程， 在本实施方式中， 激光照射重结晶工艺中激 光光斑的尺寸不大于热导体层的长度， 以有利于热导体层实现快速散热效果。根据以 上方法 形成的多晶薄膜的俯视图如图 8所示。 本发明采用热导体层 3和晶种 4将多晶薄膜层 5分割 ,能够实现晶种附近热量的优先散 失， 从而保证熔融态的非晶薄膜层在晶种处起始固 化， 有利于非晶薄膜层的固化结晶， 减少 成核的随机性， 同时， 由于热导体层处的热量散失快， 非晶薄膜层熔融后的凝固过程为局部 定向凝固， 能够提高多晶薄膜层的晶粒尺寸， 实现晶粒位置的可控， 尤其是垂直于热导体层 的方向上可以实现很大的晶粒尺寸， 利用该方向为晶体管的沟道方向， 可以大幅度提高多晶 薄膜晶体管的载流子迁移率， 能够制备高性能多晶硅薄膜晶体管。 此外， 本发明采用的晶种 及热导体层结构， 能够有效增大传统激光结晶工艺中临界激光能 量密度的工艺窗口。

在本发明另外的优选实施方式中， 在第九步之前， 即对非晶薄膜层 51进行激光照射之 前， 先在非晶薄膜层 51上形成一层对激光透明的介质层， 该介质层可以为但不限于 Si0 ₂ , 具体形成方法可以为但不限于化学气相淀积， 在激光照射非晶薄膜层时该介质层能够增加非 晶薄膜层的熔融持续时间，在非晶薄膜层重结 晶形成多晶薄膜层之后，刻蚀去掉这层介质层 ， 采用的刻蚀方法可以为但不限于湿法腐蚀方法 。

根据本发明多晶薄膜的制备方法可以但不限于 制备多晶硅薄膜， 多晶锗薄膜， 在本发明 的一种优选实施方式中， 多晶硅薄膜的制备方法为： 首先， 在单晶硅衬底 1上通过化学气相 淀积法淀积一层 500nm厚的氮化硅钝化层 2; 然后， 在氮化硅钝化层 2上溅射一层 lOOnm 厚的钨薄膜作为热导体层 3; 再后， 将钨薄膜刻蚀成条状结构， 条宽 Ιμηι, 条间距 ΙΟμηι, 条长根据衬底尺寸设定,且大于激光光束长度� � 2倍以上； 然后， 淀积一层 5nm厚的 NiSi ₂ , 用作异质晶种层， 通过刻蚀工艺， 得到异质晶种； 通过等离子体增强化学气相淀积法淀积一 层 lOOnm厚的非晶硅薄膜层， 然后， 刻蚀去掉热导体层 3和异质晶种上方的非晶硅薄膜， 保留条状热导体层 3之间的非晶硅薄膜；最后，采用准分子激光� �固态激光照射非晶硅薄膜， 实现非晶硅薄膜的重结晶，得到多晶硅薄膜。 在本实施方式中， 由于热导体层钨的熔点很高， 因此激光照射范围可以覆盖非晶硅薄膜和金属 钨区域。

在本发明的另外的一种优选实施方式中， 热导体层采用金属铝， 由于铝的熔点较低， 因 此， 为了防止激光照射过程中铝发生熔化， 需要对激光的照射范围加以限制， 此时可以采用 与非晶硅薄膜同种材料的同质晶种层， 即多晶硅晶种。 具体地， 使激光照射在带状热导体层 之间的非晶硅层上， 而不照射到热导体层铝和多晶硅晶种的表面。

对本发明制备的多晶薄膜进行加工， 可以制备出薄膜晶体管。在本发明的一种优选 实施 方式中，将制备的多晶薄膜的热导体层和异质 晶种刻蚀去除，只留下多晶薄膜层作为有源区 ， 以垂直于热导体层方向为沟道方向， 如图 9所示， 通过离子注入工艺在多晶薄膜层 5内进行 掺杂， 形成源极 6和漏极 7, 然后在多晶薄膜层 5之上淀积栅介质层 8, 并在栅介质 8之上 形成栅极 9, 在源极 6之上形成源极金属层 10, 在漏极 7之上形成漏极金属层 11 , 实现薄 膜晶体管， 如图 10所示。 在本发明另外的优选实施方式中， 不必去除热导体层和异质晶种， 而直接在多晶薄膜层 5内通过离子注入工艺进行掺杂， 形成源极 6和漏极 7, 然后在多晶薄 膜层 5之上淀积栅介质层 8, 并在栅介质 8之上形成栅极 9, 在源极 6之上形成源极金属层 10, 在漏极 7之上形成漏极金属层 11 , 实现薄膜晶体管。

在本说明书的描述中， 参考术语"一个实施例"、 "一些实施例"、 "示例"、 "具体示例"、 或"一些示例"等的描述意指结合该实施例或示� ��描述的具体特征、 结构、 材料或者特点包含 于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说 明书中， 对上述术语的示意性表述不一定指的 是相同的实施例或示例。 而且， 描述的具体特征、 结构、 材料或者特点可以在任何的一个或 多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例， 本领域的普通技术人员可以理解： 在不脱离本 发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例 进行多种变化、 修改、 替换和变型， 本发明的 范围由权利要求及其等同物限定。