CN105097940A - 薄膜晶体管阵列衬底结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种薄膜晶体管阵列衬底结构及其制造方法。薄膜晶体管阵列衬底结构包括基板、遮光层和低氢含量层。遮光层包括形成于基板上的氮化硅层和形成于氮化硅层上的遮光层非晶硅。低氢含量层包括形成于遮光层非晶硅上的氧化硅层和形成于氧化硅层上的低氢含量层多晶硅。本发明中遮光层的膜层数目和低氢含量层的膜层数目相同。因此，薄膜晶体管阵列衬底结构中制作遮光层的时间与制作低氢含量层大致相同，由此平衡了遮光层和低氢含量层的产能，进而使得薄膜晶体管阵列衬底结构的整体产能大幅提升；同时降低了制程过程中的一些风险。
Description
技术领域
本发明总体来说涉及微电子技术领域，具体而言，涉及一种薄膜晶体管阵列衬底结构及其制造方法。
背景技术
薄膜晶体管阵列衬底结构是制造薄膜晶体管阵列基板不可缺少的组件之一。如图1所示，传统的薄膜晶体管阵列衬底结构包括玻璃基板1、形成于玻璃基板1上的遮光层2以及形成于遮光层2上的低氢含量层3。其中，遮光层2为一层遮光层非晶硅(a-Si)21。低氢含量层3包括依次形成于遮光层非晶硅21上的第一氧化硅(SiOx)层31、氮化硅(SiNx)层32、第二氧化硅层33和低氢含量层非晶硅34。
由于遮光层2仅为一层遮光层非晶硅层21，形成遮光层2所需时间短；而低氢含量层3包括4个膜层，形成低氢含量层3所需时间长。因此，由于遮光层2与低氢含量层3各自的膜层数目不同，上述传统的薄膜晶体管阵列衬底结构中，形成遮光层2的工艺、设备总是闲置，而形成低氢含量层3的工艺、设备却形成产能瓶颈，二者产能极其不平衡，进而导致薄膜晶体管阵列衬底结构整体产能低下。而且低氢含量层3中有多种膜层在同一机台形成，造成交叉污染等风险较大。
另外，传统的薄膜晶体管阵列衬底结构中，低氢含量层非晶硅层34下的第二氧化硅层33较薄，故电性较不稳定收敛。遮光层非晶硅21直接形成于基板1上，抗静电能力较差。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明公开一种薄膜晶体管阵列衬底结构，其遮光层和低氢含量层中各膜层分配均匀，有利于提高产能。
本发明公开还一种薄膜晶体管阵列衬底结构的制造方法。
本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本公开的实践而习得。
根据本发明的一个方面，一种薄膜晶体管阵列衬底结构，包括基板、遮光层和低氢含量层。遮光层包括形成于所述基板上的氮化硅层和形成于所述氮化硅层上的遮光层非晶硅。低氢含量层包括形成于所述遮光层非晶硅上的氧化硅层和形成于所述氧化硅层上的低氢含量层多晶硅。
根据本发明的一实施方式，所述低氢含量层多晶硅上形成有图案，且所述低氢含量层多晶硅上的图案位于所述遮光层非晶硅的上方。
根据本发明的一实施方式，所述氧化硅层的厚度大于所述低氢含量层多晶硅厚度的2倍。
根据本发明的一实施方式，所述遮光层非晶硅的厚度为60～100nm。
根据本发明的一实施方式，所述氮化硅层的厚度为50～100nm。
根据本发明的一实施方式，所述氧化硅层的厚度为200～400nm。
根据本发明的一实施方式，所述低氢含量层多晶硅厚度为30～60nm。
根据本公开的另一方面，一种制造薄膜晶体管阵列衬底结构的方法，包括如下步骤：
S1、提供一基板；
S2、在所述基板上形成一氮化硅层，于所述氮化硅层上形成一遮光层非晶硅，其中氮化硅层和遮光层非晶硅共同形成遮光层；
S3、于所述遮光层非晶硅上形成一氧化硅层，于所述氧化硅层上形成一低氢含量层非晶硅。
根据本发明的一实施方式，还包括对所述低氢含量层非晶硅进行结晶化处理形成低氢含量层多晶硅步骤，其中所述氧化硅层和所述低氢含量层多晶硅共同形成一低氢含量层。
根据本发明的一实施方式，还包括对所述低氢含量层多晶硅进行构图形成图案步骤；所述图案位于所述遮光层非晶硅的上方。
根据本发明的一实施方式，所述遮光层非晶硅的厚度为60～100nm。
根据本发明的一实施方式，所述氮化硅层的厚度为50～100nm。
根据本发明的一实施方式，所述氧化硅层的厚度为200～400nm。
根据本发明的一实施方式，所述低氢含量层多晶硅的厚度为30～60nm。
由上述技术方案可知，本发明的薄膜晶体管阵列衬底结构的优点和积极效果在于：本发明中，遮光层包括两层膜层，分别为氮化硅层和遮光层非晶硅；低氢含量层包括两层膜层，分别为氧化硅层和低氢含量层非晶硅，即本发明中遮光层的膜层数目和低氢含量层的膜层数目相同。因此，薄膜晶体管阵列衬底结构中制作遮光层的时间与制作低氢含量层大致相同，由此平衡了遮光层和低氢含量层的产能，进而使得薄膜晶体管阵列衬底结构的整体产能大幅提升；同时降低了制程过程中的一些风险。
相比于传统的薄膜晶体管阵列衬底结构，本发明中减少了低氢含量层的膜层数目，因此容易控制组成低氢含量层的各膜层的温度均一性，减少了低氢含量层中各膜层的应力值，降低了膜层剥离或脱落的几率。
本发明中，低氢含量层非晶硅的下面为较厚的氧化硅层。这层较厚的氧化硅，在后续激光退火制程中可降低热传导，并减缓被激光加热的硅冷却的速率，有助形成较大的多晶硅晶粒；再者这层较厚的氧化硅，在最底层的氮化硅之上，对多晶硅形成第二道保护，阻绝玻璃基板内的金属离子扩散到多晶硅，以上两点有助于电性稳定收敛。
氮化硅的应力大于氧化硅，本发明中，将氮化硅层设置于氧化硅层下面，即将应力最大的膜层放到最下面与基板结合，并将遮光层非晶硅设于氮化硅层之上，借此提高了各膜层之间的连接强度，能有效防止膜层剥离。
将氮化硅层设置于基板之上，于低温多晶硅(LTPS)的高温制程中可将基板中的钠、钾、磷等离子直接挡在下面不会影响遮光层的均匀性、纯净性以及遮光层非晶硅的质，更可优化薄膜晶体管阵列衬底结构的特性。同时，将氮化硅层设置于基板之上可保护遮光层免于静电的破坏。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1示出传统的薄膜晶体管阵列衬底结构的结构示意图。
图2示出根据本发明的一示例实施方式的薄膜晶体管阵列衬底结构的结构示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。
薄膜晶体管阵列衬底结构
参见图2。本发明的薄膜晶体管阵列衬底结构，包括基板4、遮光层5和低氢含量层6。
基板4，例如玻璃基板，可采用传统结构。
遮光层5包括形成于基板4上的氮化硅层51和形成于氮化硅层51上的遮光层非晶硅52。
氮化硅层51具有相当的击穿电压和相对较高的介电常数；其对碱金属的阻挡能力强，可有效防止基板4中的诸如碱金属等有害物质；其化学稳定性高，除了氢氟酸和热磷酸外，它几乎不与其它的酸碱发生反应；其具有良好的防气体渗透性能，能有效减少气体和水渗透对器件造成影响。因此，将氮化硅层51直接形成于基板4上，能最大限度地发挥其作用。
低氢含量层6包括形成于遮光层非晶硅52上的氧化硅层61和形成于氧化硅层61上的低氢含量层多晶硅62，在低氢含量层多晶硅62上形成有图案，低氢含量层多晶硅62位于遮光层非晶硅52的上方，特别是低氢含量层多晶硅62的图案可位于遮光层非晶硅52的正上方，从而遮光层非晶硅52能对低氢含量层多晶硅62的图案起到良好的遮光效果。
本发明重新设计了遮光层5和低氢含量层6各自的膜层数目，使二者膜层数目相同，不限于相同，数目相差不多也是可行的，以平衡各自的制程时间，从而提高整体产能。同时本发明中，根据形成膜层的材料特性合理选择各膜层种类及各膜层的排布顺序，优化了薄膜晶体管阵列衬底结构的性能和质量。
于本发明的一实施例中，氧化硅层61的厚度大于低氢含量层多晶硅62厚度的2倍。
于本发明的一实施例中，各个膜层的厚度可以根据需要进行设计，例如，遮光层非晶硅52的厚度为60～100nm，氮化硅层51的厚度为50～100nm，氧化硅层61的厚度为200～400nm，低氢含量层多晶硅62的厚度为30～60nm。
薄膜晶体管阵列衬底结构的制造方法
制造本发明的薄膜晶体管阵列衬底结构的方法，包括如下步骤：
S1、提供一基板4，例如玻璃基板，最好该玻璃基板具有较高的透明度、较低的反射率、较好的热稳定性和抗腐蚀性、良好的电绝缘性、较高的机械强度和较好的机械加工特性等，并通过初始清洁工艺实现对玻璃基板的清洗。
S2、在基板4上采用例如PECVD法形成一遮光层5。遮光层5包括一层氮化硅层51和形成于氮化硅层51上的一遮光层非晶硅，氮化硅层51可用作缓冲层，它可以很好地抑制玻璃基板中有害物质，如金属离子的影响。
在一实施方式中，可以在制备完成氮化硅层后进一步进行退火处理，以优化缓冲层的质量。再于氮化硅层51上形成沉积所述遮光层非晶硅52。其中该步骤S2中的氮化硅层51和遮光层非晶硅52共同形成遮光层5。
S3、于遮光层非晶硅52上采用例如PECVD法形成一氧化硅层61，于氧化硅层61上形成一层非晶硅。
在一实施方式中，可采用例如高温烤箱对非晶硅进行脱氢工艺处理，以形成低氢含量层非晶硅。
S4、对低氢含量层非晶硅进行结晶化处理。例如，采用激光退火工艺ELA、金属诱导结晶工艺MIC或固相结晶工艺SPC等结晶化手段对低氢含量层非晶硅进行结晶化处理形成低氢含量层多晶硅62。
进一步地，结晶化后还需采用DHF二羟基富马酸二甲酯，纯度为1-20％进行清洗工艺，对多晶硅薄膜层的表面进行处理，这样可以降低多晶硅薄膜层的表面粗糙度，去除由于结晶化带来的褶皱或者尖端凸起等，以使多晶硅薄膜层能更好地与后续的薄膜层相接触，并可以提高整个器件的性能。
其中该步骤S4中，氧化硅层61和低氢含量层多晶硅62共同形成低氢含量层6。
在一实施方式中，还包括对低氢含量层多晶硅62进行构图形成图案步骤，进一步地，低氢含量层多晶硅62的图案位于遮光层非晶硅52上方。
在本发明的薄膜晶体管阵列衬底结构的基础上，进一步形成栅极、漏极、源极等结构即可形成薄膜晶体管阵列基板。
以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施方式。应该理解，本公开不限于所公开的实施方式，相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。
Claims (14)
1.一种薄膜晶体管阵列衬底结构，包括：
基板；
遮光层，包括：
氮化硅层，形成于所述基板上；
遮光层非晶硅，形成于所述氮化硅层上；
低氢含量层，包括：
氧化硅层，形成于所述遮光层非晶硅上；
低氢含量层多晶硅，形成于所述氧化硅层上。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管阵列衬底结构，其中，所述低氢含量层多晶硅上形成有图案，且所述图案位于所述遮光层非晶硅的上方。
3.如权利要求1所述的薄膜晶体管阵列衬底结构，其中，所述氧化硅层的厚度大于所述低氢含量层多晶硅厚度的2倍。
4.如权利要求1所述的薄膜晶体管阵列衬底结构，其中，所述遮光层非晶硅的厚度为60～100nm。
5.如权利要求1所述的薄膜晶体管阵列衬底结构，其中，所述氮化硅层的厚度为50～100nm。
6.如权利要求1所述的薄膜晶体管阵列衬底结构，其中，所述氧化硅层的厚度为200～400nm。
7.如权利要求1所述的薄膜晶体管阵列衬底结构，其中，所述低氢含量层多晶硅的厚度为30～60nm。
8.一种制造薄膜晶体管阵列衬底结构的方法，包括如下步骤：
S1、提供一基板；
S2、在所述基板上形成一遮光层，所述遮光层包括一氮化硅层和形成于所述氮化硅层上的一遮光层非晶硅，其中所述氮化硅层和所述遮光层非晶硅共同形成；
S3、于所述遮光层非晶硅上形成一氧化硅层，于所述氧化硅层上形成一低氢含量层非晶硅。
9.如权利要求8所述的制造薄膜晶体管阵列衬底结构的方法，还包括对所述低氢含量层非晶硅进行结晶化处理形成低氢含量层多晶硅步骤，其中所述氧化硅层和所述低氢含量层多晶硅共同形成一低氢含量层。
10.如权利要求9所述的制造薄膜晶体管阵列衬底结构的方法，还包括对所述低氢含量层多晶硅进行构图形成图案步骤，所述图案位于所述遮光层非晶硅的上方。
11.如权利要求8所述的制造薄膜晶体管阵列衬底结构的方法，其中，所述遮光层非晶硅的厚度为60～100nm。
12.如权利要求8所述的制造薄膜晶体管阵列衬底结构的方法，其中，所述氮化硅层的厚度为50～100nm。
13.如权利要求8所述的制造薄膜晶体管阵列衬底结构的方法，其中，所述氧化硅层的厚度为200～400nm。
14.如权利要求8所述的制造薄膜晶体管阵列衬底结构的方法，其中，所述低氢含量层多晶硅的厚度为30～60nm。
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