定義多晶硅生長方向的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種定義多晶硅生長方向的方法，包括：步驟1、提供一玻璃基板(1)；步驟2、在玻璃基板(1)上形成一緩沖層(3)；步驟3、在緩沖層(3)上形成一金屬膜層(5)；步驟4、對金屬膜層(5)進(jìn)行蝕刻，形成金屬膜陣列(51)；步驟5、在緩沖層(3)上覆蓋一層高純度的石英掩膜(7)；步驟6、在高純度石英掩膜(7)與金屬膜陣列(51)上形成一石墨烯層(9)；步驟7、對石墨烯層(9)進(jìn)行蝕刻，形成石墨烯層陣列(91)；步驟8、在緩沖層(3)上生長非晶硅薄膜(2)；步驟9、對非晶硅薄膜(2)進(jìn)行高溫去氫處理；步驟10、對非晶硅薄膜(2)進(jìn)行ELA準(zhǔn)分子激光退火處理；步驟11、熔化后的非晶硅進(jìn)行重結(jié)晶。
【專利說明】定義多晶硅生長方向的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及顯示【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種定義多晶硅生長方向的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著平板顯示的發(fā)展，高分辨率，低能耗的面板需求不斷被提出。低溫多晶硅(Low Temperature Poly-Silicon, LTPS)由于具有較高的電子遷移率，而在液晶顯示器(Liquid Crystal Display, LCD)與有機(jī)發(fā)光二極管顯不器 Organic Light Emitting D1de,0LED)技術(shù)中得到了業(yè)界的重視，被視為實現(xiàn)低成本全彩平板顯示的重要材料。對平板顯示而言，采用低溫多晶硅材料具有高分辨率、反應(yīng)速度快、高亮度、高開口率、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，而且低溫多晶娃可在低溫下制作，并可用于制作C-MOS(Complementary Metal OxideSemiconductor,互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)電路，因而被廣泛研究，用以達(dá)到面板高分辨率，低能耗的需求。
[0003]低溫多晶硅是多晶硅技術(shù)的一個分支。多晶硅的分子結(jié)構(gòu)在一顆晶粒中的排列狀態(tài)是整齊而有方向性的，因此電子遷移率比排列雜亂的非晶硅(a-Si)快了 200-300倍，極大的提高了平板顯示的反應(yīng)速度。在多晶硅技術(shù)發(fā)展的初期，為了將玻璃基板從非晶硅結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч杞Y(jié)構(gòu)，就必須借助一道激光退火(Laser Anneal)的高溫氧化工序，制得高溫多晶娃(High Temperature Poly-Silicon, HTPS),此時玻璃基板的溫度將超過攝氏1000度。與傳統(tǒng)的高溫多晶硅相比，低溫多晶硅雖然也需要激光照射，但它采用的是準(zhǔn)分子激光作為熱源，激光經(jīng)過透射系統(tǒng)后，會產(chǎn)生能量均勻分布的激光束并被投射于非晶硅結(jié)構(gòu)的玻璃基板上，當(dāng)非晶硅結(jié)構(gòu)的玻璃基板吸收準(zhǔn)分子激光的能量后，就會轉(zhuǎn)變成為多晶硅結(jié)構(gòu)。由于整個處理過程基本是在攝氏600度以下完成，一般普通的玻璃基板均可承受，這就大大降低了制造成本。而除了制造成本降低外，低溫多晶硅的優(yōu)點(diǎn)還體現(xiàn)在:電子遷移速率更快、穩(wěn)定性更高。
[0004]目前制作低溫多晶娃的方法主要有:固相結(jié)晶(SolidPhase Crystallizat1n,SPC)、金屬誘導(dǎo)結(jié)晶(Metal-1nduced Crystallizat1n,MIC)、與準(zhǔn)分子激光退火(ExcimerLaser Annealing,ELA)等多種制作方法。，其中,ELA是目前使用最為廣泛、相對成熟的制作低溫多晶硅的方法。該方法的主要過程為:首先在玻璃基板上形成緩沖層，然后在緩沖層上形成非晶硅層，高溫去氫，再利用ELA激光束掃描非晶硅進(jìn)行準(zhǔn)分子激光退火，非晶硅吸收激光的能量，在極短的時間內(nèi)達(dá)到高溫并變成熔融狀態(tài)，最后經(jīng)冷卻重結(jié)晶形成多晶硅。
[0005]低溫多晶娃的晶粒尺寸(Grain size)對其電學(xué)性能有重要影響。在ELA制程中，非晶硅受到高溫后變成完全熔融狀態(tài)，然后經(jīng)重結(jié)晶形成多晶硅。在非晶硅重結(jié)晶的過程中，會按照低能量向高能量方向、低溫向高溫方向結(jié)晶。現(xiàn)有技術(shù)中，非晶硅層直接形成于緩沖層上，在準(zhǔn)分子激光退火的過程中，非晶硅層各個區(qū)域的受熱情況趨于一致，不存在溫度梯度，所以重結(jié)晶的起點(diǎn)與晶粒的生長方向是凌亂的，導(dǎo)致重結(jié)晶后的低溫多晶硅晶粒尺寸偏小，晶粒間晶界偏多，影響多晶硅的電子遷移率，進(jìn)而影響平板顯示的反應(yīng)速度。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種定義多晶硅生長方向的方法，能夠定義、控制多晶硅形成時的生長方向，增大多晶娃的晶粒尺寸，從而進(jìn)一步提聞多晶娃的電子遷移率，提聞平板顯示的反應(yīng)速度。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明供一種定義多晶硅生長方向的方法，包括以下步驟:
[0008]步驟1、提供一玻璃基板，并將該玻璃基板清洗干凈；
[0009]步驟2、在玻璃基板上形成一緩沖層；
[0010]步驟3、在緩沖層上形成一金屬膜層；
[0011]步驟4、使用酸性液體對金屬膜層進(jìn)行蝕刻，形成金屬膜陣列；
[0012]步驟5、在緩沖層上除金屬膜陣列以外的區(qū)域覆蓋一層高純度的石英掩膜，露出金屬膜陣列；
[0013]步驟6、在高純度石英掩膜與金屬膜陣列上形成一石墨烯層；
[0014]步驟7、對石墨烯層進(jìn)行蝕刻，形成與步驟4中金屬膜陣列重合的石墨烯層陣列；
[0015]步驟8、在具有有金屬膜陣列和石墨烯層陣列的緩沖層上生長非晶硅薄膜；
[0016]步驟9、對非晶硅薄膜進(jìn)行高溫去氫處理；
[0017]步驟10、對非晶硅薄膜進(jìn)行ELA準(zhǔn)分子激光退火處理，非晶硅薄膜吸收激光的能量后溫度升高直至熔融狀態(tài)；
[0018]步驟11、熔化后的非晶硅進(jìn)行重結(jié)晶，以金屬膜陣列與石墨烯層陣列構(gòu)成的低溫區(qū)為起點(diǎn)向四周高溫區(qū)域生長變大形成多晶硅。
[0019]所述步驟2中的緩沖層由兩部分組成，靠近玻璃基板的部分為非晶氮化硅SiNx，相對遠(yuǎn)離玻璃基板的部分為硅氧化物S1x，即所述S1x位于SiNx上。
[0020]所述步驟3中使用PVD物理氣相沉積法鍍金屬形成金屬膜層。
[0021]所述步驟3中的金屬膜層的厚度為10_500nm。
[0022]所述金屬膜層的材料為銅Cu、鎳N1、金Au、鉬金Pt、鐵Fe、鑰Mo，鋁Al中的一種或多種，純度≥99.9%。
[0023]所述步驟6中，石墨烯層的厚度為0.35_20nm。
[0024]所述步驟6中，采用低溫CVD化學(xué)氣相沉積法，以烴類為碳源鍍石墨烯，形成石墨烯層。
[0025]所述CVD化學(xué)氣相沉積法的工藝條件為:壓強(qiáng)5Pa_5kPa，溫度400_680°C。
[0026]所述步驟7中使用激光蝕刻或干法蝕刻對石墨烯層進(jìn)行蝕刻。
[0027]所述金屬膜陣列與石墨烯層陣列的位置設(shè)置在溝道附近。[0028]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的一種定義多晶硅生長方向的方法，在ELA過程中，設(shè)置金屬膜陣列與石墨烯層陣列，由于金屬膜與石墨烯層具有優(yōu)良的導(dǎo)熱作用，使得金屬膜陣列與石墨烯層陣列所在的區(qū)域溫度較低，從而非晶硅重結(jié)晶時各個區(qū)域之間存在溫度梯度，非晶硅以金屬膜陣列與石墨烯層陣列構(gòu)成的低溫區(qū)為起點(diǎn)向四周高溫區(qū)域生長變大形成多晶硅。該方法可操作性強(qiáng)，能夠定義、控制多晶硅形成時的生長方向，增大多晶硅的晶粒尺寸，并能進(jìn)一步提聞多晶娃的電子遷移率，提聞平板顯不的反應(yīng)速度。
【專利附圖】

【附圖說明】[0029]下面結(jié)合附圖，通過對本發(fā)明的【具體實施方式】詳細(xì)描述，將使本發(fā)明的技術(shù)方案及其他有益效果顯而易見。
[0030]附圖中，
[0031]圖1為本發(fā)明定義多晶硅生長方向的方法的流程圖；
[0032]圖2為本發(fā)明定義多晶硅生長方向的方法的步驟3的示意圖；
[0033]圖3為本發(fā)明定義多晶硅生長方向的方法的步驟4的示意圖；
[0034]圖4為本發(fā)明定義多晶硅生長方向的方法的步驟5的示意圖；
[0035]圖5為本發(fā)明定義多晶硅生長方向的方法的步驟6的示意圖；
[0036]圖6為本發(fā)明定義多晶硅生長方向的方法的步驟7的示意圖；
[0037]圖7為本發(fā)明定義多晶硅生長方向的方法的步驟10的示意圖；
[0038]圖8為本發(fā)明定義多晶硅生長方向的方法的步驟11的示意圖。
【具體實施方式】
[0039]為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明所采取的技術(shù)手段及其效果，以下結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實施例及其附圖進(jìn)行詳細(xì) 描述。
[0040]請參閱圖1至圖8，本發(fā)明提供一種定義多晶硅生長方向的方法，包括以下步驟:
[0041]步驟1、提供一玻璃基板1，并將該玻璃基板I清洗干凈。
[0042]步驟2、在玻璃基板I上形成一緩沖層3。
[0043]具體的，所述緩沖層3由兩部分組成，靠近玻璃基板I的部分為非晶氮化硅SiNx，相對遠(yuǎn)離玻璃基板I的部分為硅氧化物S1x，即所述S1x位于SiNx上。
[0044]步驟3、如圖2所示，在緩沖層3上形成一金屬膜層5。
[0045]具體的，在該步驟3中，以純度≥99.9%的銅Cu、鎳N1、金Au、鉬金Pt、鐵Fe、鑰Mo，鋁Al中的一種或多種金屬為材料，優(yōu)選的，以銅Cu為材料，使用PVD物理氣相沉積法鍍金屬以形成金屬膜層5,所述金屬膜層5的厚度為10-500nm。
[0046]步驟4、如圖3所示，使用酸性液體對金屬膜層5進(jìn)行蝕刻，形成金屬膜陣列51。
[0047]優(yōu)選的，使用銅酸對銅膜層5進(jìn)行蝕刻。
[0048]步驟5、如圖4所示，在緩沖層3上除金屬膜陣列51以外的區(qū)域覆蓋一層高純度的石英掩膜7，露出金屬膜陣列51。
[0049]步驟6、如圖5所示，在高純度石英掩膜7與金屬膜陣列51上形成一石墨烯層9。
[0050]具體的，在該步驟6中，以烴類為碳源，采用低溫CVD化學(xué)氣相沉積法在壓強(qiáng)5Pa-5kPa，溫度400-680°C的工藝條件下來鍍石墨烯，以形成石墨烯層9。石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料，具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m*K。所述石墨烯層9的厚度為0.35-20nm。
[0051]步驟7、如圖6所示，對石墨烯層9進(jìn)行蝕刻，形成與步驟4中金屬膜陣列51重合的石墨烯層陣列91。
[0052]具體的，在該步驟7中，使用激光蝕刻或干法蝕刻對石墨烯層9進(jìn)行蝕刻，同時蝕刻掉覆蓋在緩沖層3上的除金屬膜陣列51以外區(qū)域的石英掩膜7，以露出所述緩沖層3。
[0053]步驟8、在具有有金屬膜陣列51和石墨烯層陣列91的緩沖層3上生長非晶硅薄膜2。[0054]步驟9、對非晶硅薄膜2進(jìn)行高溫去氫處理。
[0055]步驟10、如圖7所示，對非晶硅薄膜2進(jìn)行ELA準(zhǔn)分子激光退火處理，非晶硅薄膜2吸收激光的能量后溫度升高直至熔融狀態(tài)。
[0056]具體的，在該步驟10中，高功率的激光束投射在非晶硅薄膜2的表面，在極短的時間內(nèi)使得非晶硅薄膜2達(dá)到高溫而變成熔融狀態(tài)。
[0057]步驟11、如圖8所示，熔化后的非晶硅進(jìn)行重結(jié)晶，以金屬膜陣列51與石墨烯層陣列91構(gòu)成的低溫區(qū)為起點(diǎn)向四周高溫區(qū)域生長變大形成多晶硅。
[0058]由于金屬膜與石墨烯層具有優(yōu)良的導(dǎo)熱作用，金屬膜陣列51與石墨烯層陣列91所在的區(qū)域相對于金屬膜陣列51與石墨烯層陣列91的區(qū)域散熱快、溫度較低，從而非晶硅薄膜2重結(jié)晶時各個區(qū)域之間存在溫度梯度，會按照低能量向高能量方向、低溫向高溫方向結(jié)晶，且重接晶后的低溫多晶硅晶粒尺寸得以增大。
[0059]值得一提的是，所述金屬膜陣列51與石墨烯層陣列91的位置設(shè)置在溝道附近。溝道是指由于外加電場引起的沿長度方向的導(dǎo)電層，將所述金屬膜陣列51與石墨烯層陣列91放置在其附近，能夠使其盡量被一顆晶粒覆蓋，有助于提高低溫多晶硅的電子遷移率。
[0060]綜上所述，本發(fā)明的定義多晶硅生長方向的方法，在ELA過程中，設(shè)置金屬膜陣列與石墨烯層陣列，由于金屬膜與石墨烯層具有優(yōu)良的導(dǎo)熱作用，使得金屬膜陣列與石墨烯層陣列所在的區(qū)域溫度較低，從而非晶硅重結(jié)晶時各個區(qū)域之間存在溫度梯度，非晶硅以金屬膜陣列與石墨烯層陣列構(gòu)成的低溫區(qū)為起點(diǎn)向四周高溫區(qū)域生長變大形成多晶硅。該方法可操作性強(qiáng)，能夠定義、控制多晶硅形成時的生長方向，增大多晶硅的晶粒尺寸，并能進(jìn)一步提聞多晶娃的電子遷移率，提聞平板顯不的反應(yīng)速度。
[0061]以上所述，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)思作出其他各種相應(yīng)的改變和變形，而所有這些改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種定義多晶硅生長方向的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、提供一玻璃基板(I)，并將該玻璃基板(I)清洗干凈； 步驟2、在玻璃基板(I)上形成一緩沖層(3)； 步驟3、在緩沖層(3)上形成一金屬膜層(5)； 步驟4、使用酸性液體對金屬膜層(5)進(jìn)行蝕刻，形成金屬膜陣列(51)； 步驟5、在緩沖層(3)上除金屬膜陣列(51)以外的區(qū)域覆蓋一層高純度的石英掩膜(7)，露出金屬膜陣列(51)； 步驟6、在高純度石英掩膜(7)與金屬膜陣列(51)上形成一石墨烯層(9)； 步驟7、對石墨烯層(9)進(jìn)行蝕刻，形成與步驟4中金屬膜陣列(51)重合的石墨烯層陣列(91)； 步驟8、在具有有金屬膜陣列(51)和石墨烯層陣列(91)的緩沖層(3)上生長非晶硅薄膜⑵； 步驟9、對非晶硅薄膜(2)進(jìn)行高溫去氫處理； 步驟10、對非晶硅薄膜⑵進(jìn)行ELA準(zhǔn)分子激光退火處理，非晶硅薄膜⑵吸收激光的能量后溫度升高直至熔融狀態(tài)； 步驟11、熔化后的非晶硅進(jìn)行重結(jié)晶，以金屬膜陣列(51)與石墨烯層陣列(91)構(gòu)成的低溫區(qū)為起點(diǎn)向四周高溫區(qū)域生長變大形成多晶硅。
2.如權(quán)利要求1所述的定義多晶硅生長方向的方法，其特征在于，所述步驟2中的緩沖層⑶由兩部分組成，靠近玻璃基板⑴的部分為非晶氮化硅SiNx，相對遠(yuǎn)離玻璃基板(I)的部分為娃氧化物S1x,即所述S1x位于SiNx上。
3.如權(quán)利要求1所述的定義多晶硅生長方向的方法，其特征在于，所述步驟3中使用物理氣相沉積法鍍金屬形成金屬膜層(5)。
4.如權(quán)利要求1所述的定義多晶硅生長方向的方法，其特征在于，所述步驟3中的金屬膜層(5)的厚度為10-500nm。
5.如權(quán)利要求4所述的定義多晶硅生長方向的方法，其特征在于，所述金屬膜層(5)的材料為銅Cu、鎳N1、金Au、鉬金Pt、鐵Fe、鑰Mo，鋁Al中的一種或多種，純度≥99.9%。
6.如權(quán)利要求1所述的定義多晶硅生長方向的方法，其特征在于，所述步驟6中，石墨烯層(9)的厚度為0.35-20nm。
7.如權(quán)利要求1所述的定義多晶硅生長方向的方法，其特征在于，所述步驟6中，采用低溫化學(xué)氣相沉積法，以烴類為碳源鍍石墨烯，形成石墨烯層(9)。
8.如權(quán)利要求7所述的定義多晶硅生長方向的方法，其特征在于，所述化學(xué)氣相沉積法的工藝條件為:壓強(qiáng)5Pa-5kPa，溫度400_680°C。
9.如權(quán)利要求1所述的定義多晶硅生長方向的方法，其特征在于，所述步驟7中使用激光蝕刻或干法蝕刻對石墨烯層(9)進(jìn)行蝕刻。
10.如權(quán)利要求1所述的定義多晶硅生長方向的方法，其特征在于，所述金屬膜陣列(51)與石墨烯層陣列(91)的位置設(shè)置在溝道附近。
【文檔編號】H01L21/20GK104037066SQ201410294517
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】余威, 王燁文, 李冠政 申請人:深圳市華星光電技術(shù)有限公司