专利名称：一种低温多晶硅薄膜的制作方法和低温多晶硅薄膜的制作方法
技术领域：
本发明涉及低温多晶硅薄膜技术领域，特别涉及一种低温多晶硅薄膜的制作方法和低温多晶硅薄膜。
背景技术：
AMOLED凭据高画质、移动图像响应时间短、低功耗、宽视角及超轻超薄等优点，成为了未来显示技术的最好选择。目前AMOLED的背板技术中，制作多晶硅层的技术，包括准分子激光退火(ELA)、固相晶化(SPC)、金属诱导晶化(MIC)等多种制作方法。而采用准分子激光退火(ELA)工艺，来得到背板中晶体管有源层的多晶硅薄膜是唯一已经实现量产的方法。
准分子激光退火工艺是一种相对比较复杂的退火过程。对于多晶硅薄膜中，薄膜表面平坦性，晶粒尺寸及晶粒均匀性的控制一直是该技术领域中的研究热点。目前由于普通激光退火过程中引起的多晶硅晶粒的不均匀性与非常大的薄膜粗糙度(一般过程中，局部地方的薄膜粗糙度可达薄膜总厚度的一半及其以上)，并且多晶硅薄膜的晶粒尺寸偏小，分布不均匀。因为低温多晶硅薄膜晶体管的沟道区所覆盖的多晶硅晶粒数量及分布情况(均匀性问题)，以及多晶硅薄膜表面平坦性(表面粗糙度大小)，将直接影响到低温多晶硅薄膜晶体管的电学性能(迁移率大小、漏电流大小、迁移率及阈值电压的均匀性等)。因此，如何制作表面粗糙度较低、晶粒尺寸较大且分布均匀的低温多晶硅薄膜成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种低温多晶硅薄膜的制作方法和低温多晶硅薄膜，用以制作表面粗糙度较低、晶粒尺寸较大且分布均匀的低温多晶硅薄膜。本发明实施例提供了一种低温多晶硅薄膜的制作方法，包括在基板上形成一缓冲层；在所述缓冲层上，采用图案形成工艺形成晶核位置均匀分布的籽晶层；在所述籽晶层上形成非晶硅层；对所述非晶硅层进行准分子激光退火。其中，优选地，所述籽晶层为非晶硅型籽晶层；所述在所述缓冲层上，采用图案形成工艺形成晶核位置均匀分布的籽晶层，具体为在所述缓冲层上，采用等离子体增强化学气相沉积法PECVD法沉积一层非晶硅材料层；采用图案形成工艺，利用所述非晶硅材料层在所述缓冲层上形成非晶硅岛位置均匀分布的非晶硅型籽晶层。其中，优选地，所述籽晶层为微晶硅型籽晶层；
所述在所述缓冲层上，采用图案形成工艺形成晶核位置均匀分布的籽晶层，具体为在所述缓冲层上形成一层微晶硅材料层；采用图案形成工艺，利用所述微晶硅材料层在所述缓冲层上形成微晶硅岛位置均匀分布的微晶硅型籽晶层。其中，优选地，所述在所述缓冲层上形成一层微晶硅材料层，具体为在所述缓冲层上，采用PECVD法沉积一层微晶硅材料层； 或者，所述在所述缓冲层上形成一层微晶硅材料层，具体为 在所述缓冲层上，采用所述PECVD法沉积一层非晶硅材料层；对该非晶硅材料层进行氢等离子体处理，形成所述微晶硅材料层。其中，优选地，所述对所述非晶硅层进行准分子激光退火之前，还包括在400 500°C的温度下，对所述非晶硅层进行0. 5 3小时的高温处理。其中，优选地，所述对所述非晶硅层进行准分子激光退火，具体为对所述非晶硅层进行两次准分子激光退火，其中，第一次准分子激光退火的工艺参数为激光脉冲频率为300Hz，重叠率为92% 98%，激光能量密度为300 500mJ/cm2 ；第二次准分子激光退火的工艺参数为激光脉冲频率为300Hz，重叠率为5% 10%，激光能量密度为50 150mJ/cm2。其中，优选地，所述缓冲层为SiNx层与SiO2层组成的复合缓冲层；或者所述缓冲层为SiO2缓冲层。其中，优选地，所述晶核之间的间距为I 3微米；所述籽晶层的厚度为5纳米。本发明实施例还提供了一种采用任一所述的制作方法制作的低温多晶硅薄膜。采用本发明实施例提供的低温多晶硅薄膜的制作方法制作的低温多晶硅薄膜，其晶粒尺寸较大，分布均匀，并且具有非常低的表面粗糙度，从而解决了应用于低温多晶硅显示器背板中，迁移率较低，薄膜晶体管的漏电流较大，迁移率及阈值电压不均匀性的问题。
图I为本发明实施例中一种低温多晶硅薄膜的制作方法流程图；图2为执行步骤S14时的示意图；图3为采用图I所示方法对非晶硅层进行第一次准分子激光退火之后形成的低温多晶硅薄膜的示意图；图4为对图3中形成的多晶硅薄膜进行第二次准分子激光退火的示意图；图5为对图3中形成的多晶硅薄膜进行第二次准分子激光退火之后形成的低温多晶硅薄膜的示意图；图6A为非晶硅部分熔融时形成的多晶硅晶粒示意图；图6B为非晶硅完全熔融时形成的多晶硅晶粒示意图；图6C为采用本发明实施例中制作方法形成的多晶硅晶粒示意图；图6D为微晶娃型杆晶层作为晶核时使晶粒继续生长的不意图。
具体实施例方式为使本发明实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。结合图I和图2所示，本发明实施例提供了一种低温多晶硅薄膜的制作方法，包括如下步骤S11-S14 S11、在基板101上形成一缓冲层。其中，如图2所示，缓冲层可为SiNx层102与SiO2层103组成的复合缓冲层，此时，在基板101上形成该复合缓冲层的方法可为在基板101上，先采用PECVD (PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition,等离子体增强化学 气相沉积法)法或者其它沉积方法沉积一层50 150nm厚(其厚度亦可根据需要设置为其它值)的SiNx层102 ;再采用PECVD法或者其它沉积方法沉积一层100 350nm厚(其厚度亦可根据需要设置为其它值)的SiO2层103，从而在基板101上形成复合缓冲层。另外，缓冲层亦可为SiO2缓冲层，此时，在基板上形成该SiO2缓冲层的方法可为在基板上，采用PECVD法或者其它沉积方法沉积一层100 350nm厚(其厚度亦可根据需要设置为其它值)的SiO2层作为SiO2缓冲层。在执行步骤Sll之前，还可以预先对基板101进行清洗，使基板101保持洁净。S12、在缓冲层上，采用图案形成工艺形成晶核位置均匀分布的籽晶层104。晶核之间的间距为优选为I 3微米，亦可为其它尺寸的间距，晶核位置分布均匀；籽晶层的厚度优选为5纳米，其厚度亦可根据需要设置为其它值。上述籽晶层可实施为非晶硅型籽晶层(即采用非晶硅材料制成的籽晶层)；此时，步骤S12可具体包括如下步骤A1-A2 Al、在缓冲层上，采用等离子体增强化学气相沉积法PECVD法沉积一层非晶硅材料层。A2、采用图案形成工艺(如掩模版工艺等)，利用非晶硅材料层在缓冲层上形成非晶硅岛位置均匀分布的非晶硅型籽晶层。此时，非晶硅岛作为晶核。另外，上述籽晶层亦可实施为微晶硅型籽晶层；此时，步骤S12可具体包括如下步骤B1-B2 BI、在缓冲层上形成一层微晶硅材料层。其中，步骤BI可实施为如下步骤Bll :BI I、在缓冲层上，采用PECVD法沉积一层微晶硅材料层。微晶硅材料层的厚度优选为5纳米，其厚度亦可根据需要设置为其它值。其中，执行步骤Bll的工艺条件如下反应气体流量比为SiH4/H2 = 10 30sccm/1000 3000sccm，射频功率为700 1550W，沉积腔内压强为700 900mtorr，温度为240 270°C。或者，步骤BI亦可实施为如下步骤B12-B13 B12、在缓冲层上，采用PECVD法沉积一层非晶硅材料层。非晶硅材料层的厚度优选为5纳米，其厚度亦可根据需要设置为其它值。执行步骤B12的工艺条件如下反应气体流量比为SiH4/H2 = 100 250sccm/500 1250sccm，射频功率为100 300W，沉积腔内压强为800 1500mtorr及温度为350 380°C。B13、对该非晶硅材料层进行氢等离子体处理，形成微晶硅材料层。执行步骤B13的工艺条件如下对非晶硅材料层进行24秒钟的氢等离子(plasma)体处理(温度为350 380°C )，此时非晶硅材料层将经历一系列的化学反应过程，最后完全转变为具有低表面自由能的微晶硅材料层。B2、采用图案形成工艺(如掩模版工艺等)，利用微晶硅材料层在缓冲层上形成微晶硅岛位置均匀分布的微晶硅型籽晶层。此时，微晶硅岛作为晶核。S13、在籽晶层104上形成非晶硅层105。如图2所示，非晶硅层105的厚度优选为45nm，其厚度亦可根据需要设置为其它
值。 S14、对非晶硅层105进行准分子激光退火。可以根据籽晶层和非晶硅层的材质、厚度等特性，选择对非晶硅层进行一次、两次或者更多次的准分子激光退火以及设置每次准分子激光退火的工艺参数。其中，优选地，可对非晶硅层进行两次准分子激光退火，其中，第一次准分子激光退火的工艺参数为激光脉冲频率为300Hz，重叠率为92 % 98 %，激光能量密度为300 500mJ/cm2 ;第二次准分子激光退火的工艺参数为激光脉冲频率为300Hz，重叠率为5% 10%，激光能量密度为50 150mJ/cm2。其中，如图3所示，第一次准分子激光退后形成的低温多晶硅薄膜106上，多晶硅的晶粒尺寸可以达到600微米左右，而现有制作方法制备出的多晶娃的晶粒尺寸大约只有200 300微米左右，但其表面粗糙度较高，约为10 20nm，表面仍然特别粗糙。如图4所示，对经过第一次准分子激光退火后形成的低温多晶硅薄膜106进行第二次准分子激光退火，形成低温多晶硅薄膜107 (如图5所示)，其多晶硅的晶粒尺寸可以达到600微米左右，分布均匀，并且表面粗糙度只有2nm左右，是高质量的低温多晶硅薄膜。当然，还可以对非晶硅层进行三次或者更多次准分子激光退火，以得到更高质量的低温多晶硅薄膜。下面说明本发明实施例提供的低温多晶硅薄膜的制作方法能够制作出高质量的低温多晶硅薄膜的原理。本发明实施例提供的低温多晶硅薄膜的制作方法包括步骤在基板上形成一缓冲层；在缓冲层上，采用图案形成工艺形成晶核位置均匀分布的籽晶层；在籽晶层上形成非晶硅层；对非晶硅层进行准分子激光退火。其中，由于采用图案形成工艺，晶核的位置可以根据需要精确控制，从而籽晶层上的晶核的位置更为精确，晶核分散排列、分布均匀。在对非晶硅层进行准分子激光退火时，可以根据籽晶层和非晶硅层的材质、厚度等特性，选择对非晶硅层进行一次、两次或者更多次的准分子激光退火以及设置每次准分子激光退火的工艺参数。其中，优选地，可对非晶硅层进行两次准分子激光退火，其中，在对非晶硅层进行第一次准分子激光退火之后，籽晶层从热力学方面将有助于多晶硅的形成。在非晶硅层经过激光照射后，将形成液态的非晶硅，为了控制其处于一种“近乎完全熔融”状态，而非“部分熔融”(图6A为非晶硅部分熔融时形成的多晶硅晶粒示意图，图中标号22表示晶粒)或“完全熔融”(图6B为非晶硅完全熔融时形成的多晶硅晶粒示意图，图中标号23表示晶粒)的状态。籽晶层将作为非晶硅层底部的成核晶粒出现，成核晶粒具有低的能量，更容易继续成核并且长大，最终形成较大的多晶硅晶粒，并且这些多晶硅晶粒分布均勻(如图6C所不，图中标号21表不晶粒；另外，图6D为微晶娃型杆晶层作为晶核时，使晶粒继续生长的示意图)。对非晶硅层进行第一次准分子激光退火之后形成的低温多晶硅薄膜，可能会存在比较明显的晶界，造成薄膜表面的不平坦性，具有较大的表面粗糙度。通过第二次准分子激光退火后，将其表面再次熔融，并且选用较低的重复率，避免了晶率生长过程中，固液相的相撞，减少了突起，降低了低温多晶硅薄膜的表面粗糙度。采用本发明实施例提供的低温多晶硅薄膜的制作方法制作的低温多晶硅薄膜，其晶粒尺寸较大，分布均匀，并且具有非常低的表面粗糙度，从而解决了应用于低温多晶硅显示器背板中，迁移率较低，薄膜晶体管的漏电流较大，迁移率及阈值电压不均匀性的问题。采用本发明实施例提供的低温多晶硅薄膜的制作方法制作的低温多晶硅薄膜可以作为低温多晶硅薄膜晶体管的有源层，适用于有源矩阵有机发光二极管显示器(AMOLED) 及低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器(LTPS TFT-IXD)等的生产。另外，本发明实施例还提供了一种采用前述低温多晶硅薄膜的制作方法所制作的低温多晶硅薄膜。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种低温多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，包括 在基板上形成一缓冲层； 在所述缓冲层上，采用图案形成工艺形成晶核位置均匀分布的籽晶层； 在所述籽晶层上形成非晶硅层； 对所述非晶硅层进行准分子激光退火。
2.如权利要求I所述的制作方法，其特征在于， 所述籽晶层为非晶硅型籽晶层； 所述在所述缓冲层上，采用图案形成工艺形成晶核位置均匀分布的籽晶层，具体为 在所述缓冲层上，采用等离子体增强化学气相沉积法PECVD法沉积一层非晶硅材料层； 采用图案形成工艺，利用所述非晶硅材料层在所述缓冲层上形成非晶硅岛位置均匀分布的非晶硅型籽晶层。
3.如权利要求I所述的制作方法，其特征在于， 所述籽晶层为微晶硅型籽晶层； 所述在所述缓冲层上，采用图案形成工艺形成晶核位置均匀分布的籽晶层，具体为 在所述缓冲层上形成一层微晶硅材料层； 采用图案形成工艺，利用所述微晶硅材料层在所述缓冲层上形成微晶硅岛位置均匀分布的微晶硅型籽晶层。
4.如权利要求3所述的制作方法，其特征在于， 所述在所述缓冲层上形成一层微晶硅材料层，具体为 在所述缓冲层上，采用PECVD法沉积一层微晶硅材料层； 或者，所述在所述缓冲层上形成一层微晶硅材料层，具体为 在所述缓冲层上，采用所述PECVD法沉积一层非晶硅材料层； 对该非晶硅材料层进行氢等离子体处理，形成所述微晶硅材料层。
5.如权利要求I所述的制作方法，其特征在于，所述对所述非晶硅层进行准分子激光退火之前，还包括 在400 500°C的温度下，对所述非晶硅层进行0. 5 3小时的高温处理。
6.如权利要求I或5所述的制作方法，其特征在于，所述对所述非晶硅层进行准分子激光退火，具体为 对所述非晶硅层进行两次准分子激光退火，其中，第一次准分子激光退火的工艺参数为激光脉冲频率为300Hz，重叠率为92% 98%，激光能量密度为300 500mJ/cm2 ;第二次准分子激光退火的工艺参数为激光脉冲频率为300Hz，重叠率为5% 10%，激光能量密度为50 150mJ/cm2。
7.如权利要求I所述的制作方法，其特征在于， 所述缓冲层为SiNx层与SiO2层组成的复合缓冲层；或者 所述缓冲层为SiO2缓冲层。
8.如权利要求I所述的制作方法，其特征在于， 所述晶核之间的间距为I 3微米； 所述籽晶层的厚度为5纳米。
9.一种采用权利要求1-8中任一所述的制作方法制作的低温多晶硅薄膜。
全文摘要
本发明提供一种低温多晶硅薄膜的制作方法和低温多晶硅薄膜，用以制作表面粗糙度较低、晶粒尺寸较大且分布均匀的低温多晶硅薄膜。该制作方法包括在基板上形成一缓冲层；在所述缓冲层上，采用图案形成工艺形成晶核位置均匀分布的籽晶层；在所述籽晶层上形成非晶硅层；对所述非晶硅层进行准分子激光退火。采用本发明提供的低温多晶硅薄膜的制作方法制作的低温多晶硅薄膜，其晶粒尺寸较大，分布均匀，并且具有非常低的表面粗糙度，从而解决了应用于低温多晶硅显示器背板中，迁移率较低，薄膜晶体管的漏电流较大，迁移率及阈值电压不均匀性的问题。
文档编号H01L21/20GK102709160SQ20121005230
公开日2012年10月3日 申请日期2012年3月1日 优先权日2012年3月1日
发明者姚江峰, 田雪雁, 龙春平 申请人:京东方科技集团股份有限公司