专利名称：一种用于制备多晶硅薄膜的多层膜结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于显示器的多晶硅薄膜领域，尤其涉及一种用于制备多晶硅薄膜的多层膜结构。
背景技术：
由于低温非晶硅薄膜晶化可以在廉价的玻璃上制备大面积电子器件并具有较高的迁移率，而引起了人们的广泛关注。金属诱导单向晶化(MIUC)的多晶硅薄膜晶体管 (TFT)具有高载流子迁移率和器件良好的一致性，因此可以将其用于实现平板显示和图像传感器的有源矩阵。然而，MIUC-TFTs存在掩膜未对准的问题，这是由玻璃衬底在结晶过程中收缩引起的。另外，多晶硅沟道中残留的镍会影响TFT长期的稳定性。目前有几种减少镍含量的方法，例如可以采用硅氮化物(SiNx)帽层(参见 J. H. Choi, J. H. Cheon 等人.Displays, 26, p. 137 (2005))或使用基于金属诱导晶化的溶液(简称 SMIC,参见 Z. Meng. S. Zhao 等人，Journal of Display Technology, 2 (3), PP. 265(2006))来获得大晶粒硅(简称GGS)。上述方法能够解决由玻璃衬底收缩引起的各层掩膜的对准误差问题决，但是晶核的随机分布不仅导致退火时间长(这对于大面积玻璃衬底来说是无法接受的)，而且残留在多晶硅中的镍含量仍然较高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种可减少镍在多晶硅中的残留并缩短完全结晶的退火时间的用于制备多晶硅薄膜的多层膜结构。根据本发明，提供一种用于制备多晶硅薄膜的多层膜结构，包括绝缘衬底；位于所述绝缘衬底上的阻挡层及非晶硅薄膜层；位于所述非晶硅薄膜上的氧化物层，所述氧化物层上光刻有间距相同、尺寸相等的凹槽；位于所述氧化物层及凹槽表面的金属诱导层，其中，所述非晶硅薄膜经过退火处理后完全转变为连续带状晶畴多晶硅。与现有技术相比，本发明的优点在于I.缩短了从非晶到多晶的晶化转变时间，即退火时间；2.减少残留镍的含量。
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中图I为根据本发明方法的多层膜结构示意图；图2(a)和图2(b)分别示出了采用现有技术和本发明实施例的方法获得的多晶硅薄膜的光学显微镜图像；图3示出了使用现有技术和采用本发明实施例的方法所获得的多晶硅薄膜中结晶面积占薄膜总面积的比值与退火时间的关系曲线图；图4(a)示出了使用现有技术的金属横向诱导晶化法(MILC)和采用本发明实施例的方法晶化后多晶硅薄膜中残留的镍浓度；图4(b)和4(c)分别显示了通过MILC和本发明实施例的方法所获得的多晶硅薄膜中残留镍的二维分布图。
具体实施例方式根据本发明的实施例，提供一种用于制备多晶硅薄膜的多层膜结构，其包括衬底，该衬底一般采用绝缘材料，如玻璃或石英等做成；位于衬底上的阻挡层，该阻挡层可选用诸如氧化硅的低温氧化物，用于阻挡衬底上的水分或其它不纯物质向上层的扩散；在阻挡层上的非晶硅薄膜，该非晶硅薄膜可以采用诸如等离子体增强化学相沉积 (PECVD)或低压化学汽相沉积(LPCVD)的物理沉积方法生长；在非晶硅薄膜上的氧化物层，其中该氧化物层光刻有分布一致的结晶核线(即 “crystalline nucleation lines”，在下文中简称为“CNL”，所称的“线”实际上为凹槽)， “分布一致”指的是线的间距相同、线的尺寸相等；在上述氧化层及线的表面所覆盖的一层金属诱导层，该金属诱导层一般可采用金属Ni, Au, Cu, Al, Pd, Co或Ag,这些金属可采用派射、热蒸发以及电子束蒸发等方法制备；利用事先在硅氧化物层上定义的完全等宽的结晶核线可以在较短的退火时间内获得具有带状连续晶畴(即“continuous zonal domain”,在下文中简称为“CZD”)的多晶硅薄膜，使整个多晶硅薄膜成为薄膜晶体管的有源层，进一步使玻璃衬底收缩引起掩膜错位问题得到解决，同时利用上述结构所获得多晶硅薄膜镍残留浓度也减少了。下面根据上述实施例给出几个例子。示例 II)参照图1，首先使用离子化学汽相沉积(PEV⑶)将300nm硅氧化物沉积在Eagle 2000的玻璃衬底上，然后在550°C用低压化学沉积(LPCVD)沉积一层厚度为50nm的非晶硅；2) 一层约4nm厚二氧化娃层形成在非晶娃表面上,其后被光刻为I. 5 μ m宽、30 μ m 间距的均匀分布线(如图I中的CNL)，线的长度与衬底的宽度相等；刻蚀之后，光阻材料 (光阻材料指光刻过程中用到的光阻剂HPR504，由于此处刻蚀采用湿法刻蚀，所用溶液为 777，腐蚀时间为I分钟)被混合溶液H2SO4和H2O2移除；3)将厚度大约5nm的镍层溅射到暴露的表面上，即二氧化硅和线上；4)然后在590°C下退火I小时，由于晶化过程从位于均匀分布线之下的非晶硅开始，因此图I中所示的为在该位置处形成多晶硅的示意图，随着退火时间，使非晶硅将完全结晶，从而得到具有带状连续晶畴的多晶硅薄膜(见图2(b))。图2(a)和图2(b)分别展示了使用现有GGS(大晶粒硅)技术和本发明上述方法所得到的多晶硅薄膜的光学显微镜图像。如图所示，采用本发明方法获得的多晶硅薄膜完全结晶，而使用现有GGS技术获得的多晶硅薄膜仍然有较大面积未晶化。图3展示了使用 GGS和本发明方法时结晶面积占薄膜总面积的平均分数与退火时间的关系曲线图。从图中可以看出，本发明方法可以在60分钟时获得100%结晶，而此时GGS技术下的结晶分数只有 50%，如果采用GGS技术达到完全结晶需要250分钟。与其相比，本发明实现完全晶化所需的退火时间大大缩短。另外，还使用二次离子飞行时间质谱(Tof-SIMS)测量了采用本发明上述方法和现有的金属横向诱导晶化法(MILC)所得多晶硅薄膜中镍的含量和分布。在采用本发明方法获得的多晶硅薄膜中的镍含量比在MILC的薄膜中少2个数量级(见图4(a))。图4(b) 和4(c)分别显示了在MILC和采用本发明方法所得多晶硅薄膜中残留镍的二维分布图，在该二维图中用白色亮点标出镍的分布。在图4(b)中，MILC多晶硅薄膜中两侧的白色亮柱是金属诱导结晶(简称MIC)区域，中间线条表示2个MILC区域的交汇处。这表明MIC区域的镍含量较高。而在采用本发明方法获得的多晶硅薄膜的二维图像中(见图4(c))，与 MILC薄膜中的MIC区域相比，在结晶核线(CNL)区域分布的镍则少得多。这主要是由于在 MILC多晶硅薄膜中，MIC区域和横向金属诱导晶化区的面积比例要比采用本发明方法获得的膜中CNL区和横向金属诱导晶化区的面积比例要大。这意味着在采用本发明方法获得的多晶娃中没有含有闻浓度的镇的区域。示例2 5按照示例I的方法，制备示例2 5，除以下表I中所列的实验条件不同外，其余均相同。表I
权利要求
1.一种用于制备多晶硅薄膜的多层膜结构，包括绝缘衬底；位于所述绝缘衬底上的阻挡层及非晶硅薄膜层；位于所述非晶硅薄膜上的氧化物层，所述氧化物层上光刻有间距相同、尺寸相等的凹槽；位于所述氧化物层及凹槽表面的金属诱导层，其中，所述非晶硅薄膜经过退火处理后完全转变为连续带状晶畴多晶硅。
2.根据权利要求I所述的用于制备多晶硅薄膜的多层膜结构，其特征在于，所述凹槽的间距在10 μ m 50 μ m之间。
3.根据权利要求2所述的用于制备多晶硅薄膜的多层膜结构，其特征在于，所述凹槽的间距为20 ~ 40 μ m0
4.根据权利要求3所述的用于制备多晶硅薄膜的多层膜结构，其特征在于，所述凹槽的间距为30 μ m。
5.根据权利要求I所述的用于制备多晶硅薄膜的多层膜结构，其特征在于，所述凹槽的宽度在Iym 5μηι之间。
6.根据权利要求5所述的用于制备多晶硅薄膜的多层膜结构，其特征在于，所述凹槽的宽度为I. 5 μ m。
7.根据权利要求I所述的用于制备多晶硅薄膜的多层膜结构，其特征在于，所述凹槽的长度与所述绝缘衬底的宽度相等。
8.根据权利要求I所述的用于制备多晶硅薄膜的多层膜结构，其特征在于，所述绝缘衬底包括玻璃或石英。
9.根据权利要求I所述的用于制备多晶硅薄膜的多层膜结构，其特征在于，所述阻挡层由氧化硅材料制成。
10.根据权利要求I所述的用于制备多晶硅薄膜的多层膜结构，其特征在于，所述金属诱导层采用金属Ni, Au, Cu, Al, Pd, Co或Ag。
全文摘要
本发明提供一种用于制备多晶硅薄膜的多层膜结构，包括绝缘衬底；位于所述绝缘衬底上的阻挡层及非晶硅薄膜层；位于所述非晶硅薄膜上的氧化物层，所述氧化物层上光刻有间距相同、尺寸相等的凹槽；位于所述氧化物层及凹槽表面的金属诱导层，其中，所述非晶硅薄膜经过退火处理后完全转变为连续带状晶畴多晶硅。利用本发明的多层膜结构可以在较短的退火时间内获得具有带状连续晶畴的多晶硅薄膜，使整个多晶硅薄膜成为薄膜晶体管的有源层。
文档编号B32B15/00GK102610633SQ201110020959
公开日2012年7月25日 申请日期2011年1月19日 优先权日2011年1月19日
发明者凌代年, 彭华军, 赵淑云, 邱成峰, 郭海成, 黄飚 申请人:广东中显科技有限公司