利用自对准工艺制备多晶硅tft的研究

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1、第一章引言TFT寄生电容的增大。用迁移率太低、寄生电容太大的TFT也不能制造出高速度的集成电路，因此，用a-Si:HTFT技术难以实现屏上系统（Systemonpanel，SoP）。利用多晶硅（PolycrystallineSilicon，p-Si）材料能够制造出高性能的TFT。p-Si是由硅的晶粒所组成的多晶体材料，多晶硅薄膜的性能取决于晶粒大小、晶界势垒高度、晶面排列情况和表面状态。多晶硅薄膜材料同时具有单晶硅材料的高迁移率及非晶硅材料可以大面积、低成本制备的优点。因此，对多晶硅薄膜材料的研究越来越引起人们的关注。多晶硅薄膜材料在长波

2、段具有光敏性，对可见光能有效吸收且具有光照稳定性，因此多晶硅薄膜是高效、低能耗的光伏器件材料，在太阳能电池上的应用存在巨大的潜力。同时，多晶硅薄膜材料具有高的迁移率，可达到400cm2V-1S-1，相比非晶硅TFT迁移率有很大的提高，因此在一些半导体器件方面得到广泛的应用。由于多晶硅薄膜材料的优点，使其在大面积微电子学器件方面，具有越来越重要的应用价值。由多晶硅薄膜材料制成薄膜晶体管（TFT）技术在3D集成电路及大阵列液晶显示器件和AM－OLED显示领域起着重要作用。关于大晶粒p-Si薄膜的制备，目前已经有很多种方法，这些方法包括化学气相

3、沉积法（包括低压化学气相沉积LPCVD[1]、常压化学气相沉积APCVD[2]和等离子增强化学气相沉积PECVD[3]等）、快速退火（RTA）[4]、固相晶化[5]（SPC）、准分子激光退火[6]（ELA）、金属诱导横向晶化（MetalInducedLateralCrystallization,MILC）[7,8]等。对于化学气相沉积来说，制备多晶硅薄膜具有相对晶粒尺寸小，且沉积过程时间长的缺点；快速退火法是一个高温过程，而且材料的缺陷密度高；固相晶化则退火时间长（20～60h）、热处理温度高（>600℃）、能耗高，使得基板的选择受到一定

4、限制；而激光退火晶化法则设备昂贵、操作复杂，且不适合制备大面积多晶硅薄膜。近年来，人们发现当金属与非晶硅接触时，在金属层的诱导作用下，可以使非晶硅在低温下晶化。用金属诱导非晶硅晶化法制备的多晶硅薄膜具有晶化时间短、晶化温度低、制得的多硅晶粒尺寸大等优点。在金属覆盖区以外的晶化硅，由于横向晶界减少，对制备多晶硅薄膜更加有利，因而越来越受到人们的关注，可以在低温工艺下制备出高性能的多晶硅TFT。1.2薄膜晶体管有源驱动技术3电子科技大学硕士学位论文70年代初英国Gray等人[9]合成了联苯氰基类正性向列液晶材料，TN-LCD产业迅速发展起来。

5、根据TN-LCD的特点，其主要应用于笔段式数字手表、计算器、数字化仪器仪表、游戏机等小型显示器，充分展示了液晶显示的优点。由于TN-LCD存在交叉串扰效应使扫描行数的增加受到限制，难以满足高分辨率和高信息量的显示要求，为了增加LCD的信息容量，Schaffer等人提出了[10]STN-LCD方案，其电光特性好，简单点阵显示中占空比可达到1/480，实现了VGA笔记本电脑显示。在TN-LCD生产技术的基础上，八十年代末形成了STN-LCD产业，STN的扫描行数虽然可以做到VGA，但没有从根本上解决交叉串扰问题，显示容量仍然有限制，由于STN

6、-LCD在响应速度、占空比、对比度、灰度等级的限制，很难实现高质彩色宽幅显示。而AMLCD在各像素前配置非线性开关器件，一方面消除了交叉串扰，扫描行数理论上不再受到限制；另一方面，开关元件尤其是TFT具有截止关态，可以存储信息，实现高质彩色视频显示，因此，人们的研究热点逐渐转移到AMLCD上。60年代初，P.Weimer[11]首先发明制作了薄膜晶体管（TFT），在绝缘基板上蒸发多晶CdS薄膜制作了TFT，TFT的开关比为100:1，响应时间0.1us，开始了AMLCD的研究先列。1971年RCA的Lechner等人提出了解决对比度低，显

7、示容量难增大这一问题的有源矩阵驱动法的概念，这就是现在成为主流的高性能TFT-LCD的源头。1972年西屋公司A.Fisher提出了TFTAMLCD彩色电视的构想[12]，Fisher采用CdSe:TFT驱动透过式液晶显示器，并用三基色（RGB）彩色滤光膜的方式实现彩色视频显示。1973年，西屋公司T.Brody[13]等人采用真空蒸发的方式在6英寸的玻璃基板上制作了CdSeTFT驱动的AMLCD，像素数目为120×120，每英寸为20行,实现了较高质量的视频显示。1979年，英国Dundee大学P.Le.Comber[14]在Corni

8、ng7059玻璃上采用SiNx为绝缘膜制作了a-SiTFT,其开关比达到103以上，能够满足电荷的写入和保持。次年Comber等[15]制作了a-SiTFT驱动的AMLCD，像素数目为7×5。