專利名稱：一種低溫多晶硅薄膜的制備方法及低溫多晶硅薄膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜的制備方法，具體涉及一種低溫多晶硅薄膜的制備方法及低溫多晶硅薄膜。
背景技術(shù)：
有機(jī)發(fā)光顯示器(OLED)由于具有自主發(fā)光、快速響應(yīng)、輕薄、低功耗并可實現(xiàn)柔性顯示等諸多優(yōu)點而備受關(guān)注，被認(rèn)為是下一代的平板顯示技術(shù)。目前，OLED技術(shù)已逐步應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中，其中有源矩陣有機(jī)發(fā)光顯示屏(AMOLED)憑借高畫質(zhì)、移動圖像響應(yīng)時間短、低功耗、寬視角及超輕超薄等優(yōu)點而成為OLED發(fā)展的主要趨勢。目前AMOLED背板技術(shù)中多采用多晶硅薄膜晶體管，多晶硅薄膜晶體管具有消耗功率小且電子遷移率大等優(yōu)點。早期的多晶硅薄膜晶體管的制程溫度高達(dá)攝氏1000°c， 因此基板材質(zhì)的選擇受到大幅的限制，近來由于激光的發(fā)展，制程溫度可降至攝氏600°c以下，利用此種制程方式所得的多晶硅薄膜晶體管又被稱為低溫多晶硅薄膜晶體管(LTPSTFT)。LTPS TFT制備的關(guān)鍵技術(shù)是將非晶硅轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч璧慕Y(jié)晶化方法。這些方法可以分成非激光結(jié)晶和激光退火兩類。在非激光結(jié)晶中，最簡單的方法是固相結(jié)晶(SPC)JMSPC需在600°C退火10hr，不適用于大面積玻璃基板。激光方法中，應(yīng)用最廣泛的是準(zhǔn)分子激光退火(ELA)，因為它結(jié)晶度極高、結(jié)晶速度快且遷移率高。另外，ELA已經(jīng)應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。在現(xiàn)有低溫多晶硅薄膜晶體管的制程中，其中一個步驟是在基板上形成一層多晶硅薄膜。后續(xù)制程會在此多晶硅薄膜中形成源極/漏極區(qū)與溝道區(qū)。其中，多晶硅薄膜的制造方法是通過ELA工藝將原本的非晶硅層轉(zhuǎn)變成多晶硅薄膜。然而在ELA步驟完成后，多晶硅薄膜的表面會形成數(shù)個突起物，這些突起物的形成原因是在退火過程中，非晶硅層通過再結(jié)晶的方式重新排列成為多晶硅薄膜。而再結(jié)晶時，部分的非晶硅會先作為再結(jié)晶的晶種，然后進(jìn)行長晶成為較大的晶體，這些大晶體不斷成長進(jìn)而相互結(jié)合成為一個更大的晶體。在結(jié)合的過程中，由于這些晶體彼此應(yīng)力相互作用的緣故，會使得部分的晶體被推擠到多晶硅薄膜的表面上形成突起物。這些位于表面上的突起物大小會影響LTPS TFT的電流特性，造成LTPS TFT的漏電流較大，遷移率及閾值電壓的不均勻性。如中國專利申請?zhí)?3122982. 4公開了一種低溫多晶硅薄膜的制造方法，該方法首先在基板上形成一層非晶硅層，接著對該非晶硅層進(jìn)行第一回火制程，以使該非晶硅層轉(zhuǎn)變成多晶硅層，其中該多晶硅層的表面形成多個突起物，且該多晶硅層的表面形成有氧化層，接著對該多晶硅層進(jìn)行蝕刻處理步驟，以移除該氧化層，然后對該多晶硅層進(jìn)行第二回火制程。該方法第一回火制程中形成的突起物尺寸較大，后續(xù)蝕刻處理并不能有效移除突起物，導(dǎo)致第二回火制程中突起物進(jìn)一步長大，所制得的多晶硅薄膜表面粗糙度高
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種低溫多晶硅薄膜的制備方法，其工藝簡單，且能解決現(xiàn)有技術(shù)所制得的多晶硅薄膜表面因突起物尺寸過大而影響多晶硅薄膜晶體管電流特性的問題。解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該低溫多晶硅薄膜的制備方法包括以下步驟(I)在基板上形成緩沖層；(2)在步驟⑴得到的緩沖層上形成30_100nm的非晶硅層；(3)對步驟(2)所得非晶硅層進(jìn)行第一次激光退火處理，使非晶硅層轉(zhuǎn)變形成多晶娃生長底層；
(4)對步驟(3)所得多晶硅生長底層進(jìn)行蝕刻處理，以除去多晶硅生長底層表面氧化物和突起；以及(5)對多晶硅生長底層進(jìn)行第二次激光退火處理，得到多晶硅薄膜。優(yōu)選的是，步驟(I)所述基板為玻璃或石英。在基板上形成緩沖層等薄膜的方法有沉積、涂覆等，本發(fā)明采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)技術(shù)在基板上沉積緩沖層及非晶硅層。PECVD具有基本溫度低、沉積速率快、成膜質(zhì)量好等優(yōu)點，因而被廣泛應(yīng)用于低溫多晶硅薄膜制造領(lǐng)域中。優(yōu)選的是，步驟⑴所述緩沖層為雙層結(jié)構(gòu)SiNx/Si02薄膜，其中SiNx厚度為50-150nm, SiO2 厚度為 100_350nm ;或步驟(I)所述緩沖層為單層結(jié)構(gòu)的SiNx或SiO2薄膜，SiNx厚度為50-150nm，SiO2厚度為 100-350nm。由于氧化硅(SiO2)較氮化硅(SiNx)更容易形成晶相較好的多晶硅，氮化硅對阻擋來自基板的污染物效果更佳，所以優(yōu)選緩沖層的上層為氧化硅，下層為氮化硅。步驟(I)在基板上形成緩沖層的目的是防止基板中的金屬離子擴(kuò)散至多晶硅薄膜區(qū)產(chǎn)生缺陷中心進(jìn)而增加漏電流。合適厚度的緩沖層還可以改善多晶硅背面界面的質(zhì)量，并且降低熱傳導(dǎo)，減緩被激光加熱的硅的冷卻速率，有助于形成較大的多晶硅晶粒。本發(fā)明中優(yōu)選的緩沖層厚度為150_500nm。優(yōu)選的是，在步驟(3)之前，包括對非晶硅層進(jìn)行高溫處理，高溫處理溫度為400-500°C，高溫處理時間為0. 5-3小時。高溫處理可減少非晶硅層內(nèi)氫含量，防止激光退火時發(fā)生氫爆。在步驟(3)過程中，非晶硅層經(jīng)第一次激光退火處理轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч枭L底層。該多晶硅生長底層厚度約為30-100nm。采用以往常規(guī)工藝，多晶硅生長底層的表面會形成數(shù)個不規(guī)則的突起物(突起最高60-120nm)，這種突起物使多晶硅表面粗糙度高，并對于后期多晶硅薄膜的應(yīng)用存在很大的負(fù)面影響。整個多晶硅薄膜表面還形成一層氧化物，后續(xù)蝕刻處理過程中酸與表面氧化物反應(yīng)除去氧化物，但并不能完全除去多晶硅生長底層表面過大的突起物，隨后的第二次激光退火處理會使得突起物尺寸更大。優(yōu)選的是，步驟(3)所述第一次激光退火處理采用Ishot (射擊次數(shù))對非晶硅層進(jìn)行激光退火，其中激光線性光束寬度尺寸為300 iim，激光脈沖頻率為300Hz，激光能量密度為300-500mJ/cm2，掃描速度為2-5mm/s，脈沖寬度為25納秒。即在完成第一次激光退火時，在寬度為300微米的尺寸區(qū)域內(nèi)只有I個激光脈沖通過。本發(fā)明采用該特殊工藝，第一次激光退火處理在多晶硅生長底層的表面形成40-80nm的突起前驅(qū)體，避免突起物過分長大，隨后采用步驟(4)對多晶硅生長底層進(jìn)行表面蝕刻處理，在除去多晶硅生長底層表面氧化物的同時還能減小甚至除去多晶硅生長底層表面的突起物前驅(qū)體，使表面平坦。這樣再經(jīng)步驟(5)的第二次激光退火處理，使多晶硅生長底層的晶粒得到充分生長，由于沒有過大突起物的影響，最終得到表面質(zhì)量良好的低溫多晶硅薄膜，進(jìn)而改善多晶硅薄膜晶體管的電流特性和顯示面板的畫面質(zhì)量。優(yōu)選的是，步驟(4)所述蝕刻處理是利用氫氟酸或重鉻酸溶液來進(jìn)行浸泡，氫氟 酸或重鉻酸溶液濃度為l-10wt%，蝕刻處理時間為10-60S。多晶硅薄膜晶界處形成的突起物為晶格發(fā)生畸變的硅硅價鍵的結(jié)合物，而多晶硅薄膜部分則為晶格規(guī)則并且硅硅價鍵結(jié)合非常緊密的物質(zhì)，酸類物質(zhì)浸泡只是除去晶界處結(jié)合比較疏松的突起物，不會造成多晶硅薄膜整體變薄。優(yōu)選的是，步驟(5)所述第二次激光退火處理采用多個shot (射擊次數(shù))對多晶硅生長底層進(jìn)行激光退火，其中激光線性光束寬度尺寸為300 iim，激光脈沖頻率為300Hz，激光能量密度為300-500mJ/cm2，掃描速度為2-5mm/s，脈沖寬度為25納秒。即在寬度為300微米的尺寸區(qū)域內(nèi)共有多個激光脈沖通過。進(jìn)一步優(yōu)選的是，步驟(5)所述第二次激光退火處理采用19個shot (射擊次數(shù))對多晶硅生長底層進(jìn)行激光退火。或者，進(jìn)一步優(yōu)選的是，步驟(5)所述第二次激光退火處理采用39個shot (射擊次數(shù))對多晶硅生長底層進(jìn)行激光退火。本發(fā)明還包括采用上述方法制備的低溫多晶硅薄膜，其厚度為30_100nm。本發(fā)明還包括采用了包括上述低溫多晶硅薄膜制備的低溫多晶硅薄膜晶體管。本發(fā)明還包括采用了包括上述低溫多晶硅薄膜晶體管制備的顯示面板。本發(fā)明的有益效果是使準(zhǔn)分子激光退火工藝制備的多晶硅薄膜表面粗糙度低，改善了后續(xù)制備的多晶硅薄膜晶體管的電流特性和顯示面板的畫面質(zhì)量。


圖I為本發(fā)明一個具體實施例中第一次激光退火處理不意圖；圖2為本實施例中完成第一次激光退火處理后得到的多晶硅薄膜的剖面示意圖；圖3為本實施例中蝕刻處理示意圖；圖4為本實施例中完成蝕刻處理后得到的多晶硅薄膜的剖面示意圖；圖5為本實施例中第二次激光退火處理示意圖；圖6為本實施例中完成第二次激光退火處理后得到的多晶硅薄膜的剖面示意圖；圖7為現(xiàn)有的多晶硅薄膜的剖面示意圖。圖中101-基板；102_氮化硅層；103_ 二氧化硅層；104_非晶硅層；105_第一次激光退火處理；106_第一次激光退火處理后得到的多晶硅薄膜；107_蝕刻液；108_蝕刻處理后得到的多晶硅薄膜；109-第二次激光退火處理；110_第二次激光退火處理后得到的多晶硅薄膜；111-現(xiàn)有技術(shù)中得到的多晶硅薄膜。
具體實施方式
為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。本發(fā)明實施例中采用氯化氙(XeCl)準(zhǔn)分子激光器(波長308nm)對非晶硅(a_Si)進(jìn)行退火處理，從而得到多晶硅薄膜。實施例一 本實施例采用以下步驟制備低溫多晶硅薄膜(I)在基板上形成緩沖層基板101采用玻璃基板，在對玻璃基板進(jìn)行預(yù)清洗后采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法沉積雙層結(jié)構(gòu)SiNx/SiOJ^膜作為絕緣緩沖層，先沉積IOOnm的氮化硅層102，再沉積200nm的二氧化硅層103 ；(2)在步驟(I)得到的絕緣緩沖層上形成30-100nm的非晶硅層沉積60nm的非晶娃層104 ；(3)對步驟(2)得到的非晶硅層進(jìn)行高溫處理在450°C的溫度下，對非晶硅層104進(jìn)行2小時的高溫處理；(4)對非晶硅層進(jìn)行第一次激光退火處理，使該非晶硅層轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч璞∧DI為本發(fā)明中采用I個shot (射擊次數(shù))進(jìn)行第一次激光退火過程示意圖，在非晶硅層104上，采用I個shot (射擊次數(shù))對非晶硅層104進(jìn)行第一次激光退火處理105，其中激光線性光束寬度尺寸為300 u m,激光脈沖頻率為300Hz，激光能量密度為400mJ/cm2，掃描速度為5mm/s，脈沖寬度為25納秒。在完成第一次激光退火過程后，非晶硅層104經(jīng)晶化轉(zhuǎn)變?yōu)槿鐖D2所示的多晶硅薄膜106，多晶硅薄膜106的晶界處地方有著明顯的尖端狀突起物，采用原子力顯微鏡(AFM)對其表面進(jìn)行檢測，突起最高為約50nm ；(5)對步驟(4)所得多晶硅薄膜進(jìn)行蝕刻處理蝕刻液107選用濃度為10wt%氫氟酸溶液進(jìn)行清洗，蝕刻時間為10s，除去多晶硅生長底層表面氧化物和突起，蝕刻過程示意圖如圖3所示，完成氫氟酸清洗后，可以得到粗糙度較小的多晶硅薄膜108，最高突起僅為15nm左右，如圖4所示；(6)對多晶硅薄膜進(jìn)行第二次激光退火處理采用19個shot (射擊次數(shù))進(jìn)行第二次激光退火，所選用激光線性光束寬度尺寸為300微米。其中激光脈沖頻率為300Hz，激光能量密度為400mJ/cm2，掃描速度為5mm/s，脈沖寬度為25納秒。過程如圖5所示。完成第二次激光退火處理109步驟后，多晶硅薄膜得到了充分的生長，最終得到突起物分布比較均勻，表面低粗糙度的多晶硅薄膜110，多晶硅薄膜110厚度為50nm。采用原子力顯微鏡(AFM)對其表面進(jìn)行檢測，最高突起處僅為約20nm。圖6為完成第二次激光退火處理后得到的多晶硅薄膜110的剖面示意圖。實施例二主要方法步驟與實施例一相同，不同之處在于步驟(4)中蝕刻液107選用濃度為lwt%重鉻酸溶液進(jìn)行清洗，蝕刻時間為60s;步驟(6)采用39個shot(射擊次數(shù))進(jìn)行第二次退火處理109，選用激光線性光束寬度尺寸為400 iim，激光脈沖頻率為300Hz，激光能量密度為400mJ/cm2，掃描速度為2mm/s，脈沖寬度為25納秒。采用原子力顯微鏡(AFM)對所得到的多晶硅薄膜表面進(jìn)行檢測，最高突起處僅為約20nm。圖7為現(xiàn)有技術(shù)中得到的多晶硅薄膜111的剖面示意圖，可看出晶界處的突起物非常明顯，一般為電阻大的物質(zhì)(晶格發(fā)生畸變的硅硅價鍵的結(jié)合物以及部分氧化物)，將導(dǎo)致有源層載流子難以通過，或在施加電壓時，在晶界突起尖端處，造成較大漏電流。現(xiàn)有技術(shù)中采用普通方法第一次激光退火后多晶硅薄膜晶界處突起最高為60-120nm，而采用本發(fā)明第一次激光退火后突起最高為40-80nm ;采用現(xiàn)有技術(shù)所得到的多晶硅薄膜最高突起處可達(dá)60-200nm,而采用本發(fā)明所得到的多晶娃薄膜最高突起處僅15_25nm,尺寸明顯減小。因此采用本發(fā)明的制備方法所得到的多晶硅薄膜表面突起物明顯減小，粗糙度降低，質(zhì)量明顯改善。
由以上對本發(fā)明實施例的詳細(xì)描述，可以了解本發(fā)明解決了現(xiàn)有低溫多晶硅薄膜由于采用普通激光退火工藝引起的多晶硅晶界處突起物特別大、薄膜粗糙度高的問題，將多晶硅薄膜應(yīng)用于顯示器背板中，進(jìn)而解決了多晶硅薄膜晶體管漏電流較大、遷移率及閾值電壓不均勻的問題，改善了多晶硅薄膜晶體管的電流特性及顯示面板的顯示效果?？梢岳斫獾氖牵陨蠈嵤┓绞絻H僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.ー種低溫多晶硅薄膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟 (1)在基板上形成緩沖層； (2)在步驟(I)得到的緩沖層上形成30-100nm的非晶硅層； (3)對步驟(2)所得非晶硅層進(jìn)行第一次激光退火處理，形成多晶硅生長底層； (4)對步驟(3)所得多晶硅生長底層進(jìn)行蝕刻處理，以除去多晶硅生長底層表面氧化物和突起；以及 (5)對多晶硅生長底層進(jìn)行第二次激光退火處理，得到多晶硅薄膜 。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低溫多晶硅薄膜的制備方法，其特征在于步驟(I)所述緩沖層為雙層結(jié)構(gòu)SiNx/Si02薄膜，其中SiNx厚度為50-150nm，SiO2厚度為100_350nm ;或 步驟(I)所述緩沖層為單層結(jié)構(gòu)的SiNx或SiO2薄膜，SiNx厚度為50-150nm，SiO2厚度為 100_350nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低溫多晶硅薄膜的制備方法，其特征在于所述雙層結(jié)構(gòu)的SiNx/Si02薄膜緩沖層，緩沖層的上層為SiO2，下層為在基板上的SiNx。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低溫多晶硅薄膜的制備方法，其特征在于在步驟(3)之前，包括對非晶硅層進(jìn)行高溫處理，高溫處理溫度為400-500°C，高溫處理時間為0. 5-3小吋。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低溫多晶硅薄膜的制備方法，其特征在于步驟(3)所述第一次激光退火處理采用Ishot (射擊次數(shù))對非晶硅層進(jìn)行激光退火，其中激光線性光束寬度尺寸為300 u m,激光脈沖頻率為300Hz，激光能量密度為300-500mJ/cm2，掃描速度為2-5mm/s，脈沖寬度為25納秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低溫多晶硅薄膜的制備方法，其特征在于步驟(4)所述蝕刻處理是利用氫氟酸或重鉻酸溶液來進(jìn)行浸泡，氫氟酸或重鉻酸溶液濃度為I-IOwt蝕刻處理時間為10-60S。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低溫多晶硅薄膜的制備方法，其特征在于步驟(5)所述第二次激光退火處理采用多個shot (射擊次數(shù))對多晶硅生長底層進(jìn)行激光退火，其中激光線性光束寬度尺寸為300 u m,激光脈沖頻率為300Hz，激光能量密度為300-500mJ/cm2，掃描速度為2-5mm/s，脈沖寬度為25納秒。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的低溫多晶硅薄膜的制備方法，其特征在于步驟(5)所述第二次激光退火處理采用19個shot (射擊次數(shù))對多晶硅生長底層進(jìn)行激光退火。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的低溫多晶硅薄膜的制備方法，其特征在于步驟(5)所述第二次激光退火處理采用39個shot (射擊次數(shù))對多晶硅生長底層進(jìn)行激光退火。
10.ー種低溫多晶硅薄膜，其特征在于采用權(quán)利要求1-9所述之ー的方法制備，其厚度為 30_100nm。
11.ー種低溫多晶硅薄膜晶體管，其特征在于采用了包括權(quán)利要求10所述的低溫多晶硅薄膜所制得。
12.—種顯示面板，其特征在于采用了包括權(quán)利要求11所述的低溫多晶硅薄膜晶體管所制得。
全文摘要
本發(fā)明提供一種低溫多晶硅薄膜的制備方法，該方法首先在基板上形成緩沖層和非晶硅層，隨后對非晶硅層進(jìn)行第一次激光退火處理，使非晶硅層轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч枭L底層，隨后對多晶硅生長底層進(jìn)行蝕刻處理，使第一次激光退火處理過程得到的多晶硅生長底層表面趨于平坦，接著再對多晶硅生長底層進(jìn)行第二次激光退火處理，得到多晶硅薄膜。由本方法制備的低溫多晶硅薄膜表面粗糙度低，后續(xù)制備的多晶硅薄膜晶體管的電流特性好。
文檔編號H01L29/786GK102651311SQ20111043074
公開日2012年8月29日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者姚江峰, 田雪雁, 龍春平 申請人:京東方科技集團(tuán)股份有限公司