CN102097459B

CN102097459B - 一种用于可调控地制备多晶硅薄膜的多层膜结构

Info

Publication number: CN102097459B
Application number: CN 201010529561
Authority: CN
Inventors: 黄宇华; 黄飚; 彭俊华
Original assignee: GUANGDONG ZHONGXIAN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: GUANGDONG ZHONGXIAN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2030-10-28
Also published as: CN102097459A

Abstract

本发明提供一种用于可调控地制备多晶硅薄膜的多层膜结构，包括：绝缘衬底；在所述绝缘衬底上的阻挡层；在所述阻挡层上的非晶硅层；在所述非晶硅层上的缓冲层，其中所述缓冲层上设置有凹槽，使得所述凹槽的底部和所述非晶硅层的上表面之间具有一定距离；在所述缓冲层上的金属诱导层。根据本发明的多层膜结构可以制造出具有大而均匀的晶粒，以及规律的晶界的多晶硅薄膜；同时金属与硅层不直接接触，避免了残留金属的污染。

Description

一种用于可调控地制备多晶硅薄膜的多层膜结构

技术领域

本发明属于多晶硅薄膜领域，特别涉及一种用于可调控地制备多晶硅薄膜的多层膜结构。

背景技术

随着高科技的发展，视讯产品，特别是数字化视讯或影像装置已经成为一般日常生活中常见的产品。这些数字化视讯或影像装置中，显示器是一个尤其重要元件。为了提高显示器的性能，通常采用TFT组成象素驱动电路及其周边驱动电路，这些TFT大多采用多晶硅薄膜作为其有源层，并且驱动电路和显示元件一起制作在成本低廉的透明玻璃衬底上，这都要求多晶硅薄膜的性能较好，并且要求在低温条件下制作。

准分子激光退火以及金属诱导制备多晶硅的技术是目前业界中制备多晶硅薄膜的两种常规方法。与准分子激光退火的方法相比，金属诱导技术可得到迁移率高，表面平坦的多晶硅薄膜，并且制作工艺及设备也较为简单。但这一方法目前也存在着一些问题，例如晶化完成之后，诱导口附近的金属残留过重。为了解决这个问题，目前人们通常采用将诱导金属层做得很薄，或在退火处理后采用PSG吸收，或采用自缓释等混合材料控制诱导金属在非晶硅材料的扩散等方法，但是这些方法都无法彻底避免在诱导口附近会留有金属残留，同时也无法实现对晶化区域的调控。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种用于可调控地制备多晶硅薄膜的多层膜结构，在保留传统的金属横向诱导技术优点的同时，还可有效地避免在诱导口的金属残留过重的问题，进而改善多晶硅层的电性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

根据本发明，提供一种用于可调控地制备多晶硅薄膜的多层膜结构，包括：

绝缘衬底；

在所述绝缘衬底上的阻挡层；

在所述阻挡层上的非晶硅层；

在所述非晶硅层上的缓冲层，其中所述缓冲层上设置有凹槽，使得所述凹槽的底部和所述非晶硅层的上表面之间具有一定距离；

在所述缓冲层上的金属诱导层。

在上述多层膜结构中，所述光刻后缓冲层的凹槽底部与非晶硅层上表面之间的距离为10nm至100nm。

在上述多层膜结构中，所述光刻后缓冲层的凹槽底部与非晶硅层上表面之间的距离为30nm。

在上述多层膜结构中，所述述缓冲层由氧化硅或氮化硅制成，厚度为100nm以上。

在上述多层膜结构中，所述凹槽为多个面积相等的凹槽。

在上述多层膜结构中，所述凹槽每一个面积在400μm²以上。

在上述多层膜结构中，所述凹槽每一个面积在400μm²至3600μm²之间。

在上述多层膜结构中，所述凹槽为正方形、圆形或多边形。

在上述多层膜结构中，所述金属诱导层的厚度为几纳米至几十纳米。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.减少了晶化完成之后的残留金属；

2.可调控性高。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1A和图1B分别为退火处理前后的根据本发明的典型的多层膜结构的截面示意图；

图2为根据本发明得到的多晶硅薄膜的局部俯视示意图；

图3A至图3C为采用不同面积的诱导口所形成的多晶硅薄膜层的效果图。

具体实施方式

根据本发明，提供一种用于可调控地制备多晶硅薄膜的多层膜结构，如图1A所示，其包括：

衬底10，该衬底可选用诸如玻璃或石英等绝缘材料制成；位于该衬底10上的阻挡层11，用于阻挡衬底上的水分或其它不纯物质向上层的扩散；位于该阻挡层11上的非晶硅薄膜层12，非晶硅薄膜12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12之上的诱导金属缓冲层13，其中在该金属诱导缓冲层13A上光刻出凹槽15(或称为诱导口)，使得光刻后诱导口15的底部与非晶硅层12上表面之间具有一定距离16，该诱导金属缓冲层的材料可以为氧化硅或氮化硅，其厚度一般在100纳米以上；位于缓冲层13上的金属诱导层14，该诱导金属层14可采用金属Ni，Au，Cu，Al，Pd，Co或Ag，这些金属可采用溅射、热蒸发以及电子束蒸发等方法制备。

图1B为上述多层膜结构经过退火处理后的截面示意图。如图所示，金属诱导层14中的诱导金属通过缓冲距离16扩散到非晶硅层12中，在诱导口15的下方形成种子区域17；其中该种子区域17的面积比诱导口15略大、形状相似，但仍可以认为种子区域17面积基本上等于诱导口面积；随着退火过程的进行，种子区域17以外的四周18开始结晶，结晶领域18的大小是由种子区域17的面积来决定，晶界的分布也是有规律的(因为多晶硅的生长是以种子区域17为中心向四周放射生长，所以总体结晶会略成圆形(见图2)，至于种子区域17，因为其内形成的晶粒个数和位置是不能够控制的，所以种子区域17内形成的晶界方向为不规则的)；

图2为经过本发明方法得到的多晶硅薄膜的局部俯视图。图中的种子区域17为正方形，实质上种子区域17为其它形状，如圆形、多边形等也是可以的。结晶领域18是以种子区域17为中心沿着方向21生长而形成的。由于晶体的生长是以种子区域17为中心放射生长，所以在结晶领域18里面就形成了许多有方向的晶界，也就是低角粒界22。低角粒界22为结晶领域18内部不同特性的晶粒产生的晶界。高角粒界23为结晶领域18的晶界线，也就是与其它的种子区域为中心的多晶硅相交或与还未结晶的非晶硅相交的界线。所以结晶领域18内的晶粒具有大小均一，晶界分布规律的特点。

下面通过示例说明利用本发明的多层膜结构制备多晶硅薄膜的方法：

示例1：

步骤1)：首先在平板玻璃衬底10上采用PECVD法沉积200纳米LTO(低温氧化物)做阻挡层11，在阻挡层11上采用PECVD沉积厚度为60nm的非晶硅层12，沉积时衬底温度为200度，本底真空为2×10^-4pa，反应室压力80pa，接着在非晶硅层12上沉积一层厚度为300纳米的SiN_X层作为金属缓冲层13A，该层薄膜的生长同样利用PECVD在SiH₄和NH₃的混合气氛下生长，衬底温度保持在270度，反应室压力为30pa；

步骤2)：对上述金属诱导缓冲层13A进行光刻，光刻出多个面积为10μm×10μm的诱导口15，使得光刻后诱导口15的底部与非晶硅层12的上表面之间的缓冲距离16为5纳米；

步骤3)：将所得样品放入磁控溅射台中生长一层诱导金属14，该层的厚度为5纳米，使用金属Ni作为诱导金属，生长时衬底温度为130度，本底真空为2×10^-4pa，溅射时反应室压力为0.1pa；

步骤4)：利用快速退火炉在520℃下退火4个小时，其间通以氮气作为保护气体；

步骤5)：退火完成之后，用稀盐酸腐蚀掉剩余的金属Ni，最后采用等离子体刻蚀工艺在CF₄气氛下刻掉金属缓冲层13B，留下的多晶硅层和衬底供器件制作使用。

按照上述方法制备示例2～6，具体实验条件及结果参见表1。

表1

图3A至图3C示出了示例1～6的对应不同诱导口尺寸的多晶硅薄膜层的效果图。参照图3A，当诱导口31的面积为100μm²，基本不形成结晶领域；当诱导32的面积为400μm²，可以看到结晶领域39开始形成。参照图3B～图3C，可以看到结晶领域39的面积是随着诱导口的增大而增大。由于在本发明中诱导口处的诱导金属并没有直接和非晶硅层表面接触，而是通过缓冲距离16扩散到非晶硅表面，故通过诱导口面积和缓冲距离16的设计就可以控制种子区域17的面积。从扩散的效果来看，诱导口的面积越大，种子区域17的面积也越大。由于多晶硅的结晶是从种子区域17开始，种子区域17的面积又将影响到后来多晶硅的结晶半径。应该理解，缓冲距离16的大小将影响到诱导金属层的厚度(或浓度)以及缓冲时间，缓冲距离16越大，意味着诱导金属层厚度(或浓度)可以做的大一些(可达到纳米级以至更大的厚度)，但也相应地增加了缓冲时间，因此本领域技术人员应根据上述三者间的关系适当选择缓冲距离。另外，根据需要，所述诱导口可以设置为一个或多个，每个诱导口的尺寸可以相同也可以不同。

应该理解，在本发明中，只要在凹槽底部和非晶硅层的上表面之间具有一定距离就可以实现本发明目的，而缓冲距离16在大约10nm至100nm之间是优选，这是因为若小于10nm，缓冲效果有限，若大于100nm，则将增加诱导口催化金属通过缓冲层的时间。当然，对于本领域普通技术人员来说应该理解，可以根据金属诱导层的厚度来确定合适的缓冲距离16。在本发明的其他实施例中，金属诱导层14的厚度优选在几纳米到几十纳米。

与其它的减少诱导口残留金属的方法相比，本发明由于避免了诱导金属层与半导体层的直接接触，所以能更好地减少晶化完成之后残留金属对半导体层的污染，减少对器件(如TFT)的影响。

尽管参照上述的实施例已对本发明作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本发明的精神以及范围之内。

Claims

1.一种用于可调控地制备多晶硅薄膜的多层膜结构，包括：

绝缘衬底；

在所述绝缘衬底上的阻挡层；

在所述阻挡层上的非晶硅层；

在所述非晶硅层上的缓冲层，其中所述缓冲层上设置有面积在400μm²以上的凹槽，使得所述凹槽的底部和所述非晶硅层的上表面之间的距离为10nm至100nm；

在所述缓冲层上的金属诱导层。

2.根据权利要求1所述的用于可调控地制备多晶硅薄膜的多层膜结构，其特征在于，所述缓冲层的凹槽底部与非晶硅层上表面之间的距离为30nm。

3.根据权利要求1所述的用于可调控地制备多晶硅薄膜的多层膜结构，其特征在于，所述缓冲层由氧化硅或氮化硅制成，厚度为100nm以上。

4.根据权利要求1所述的用于可调控地制备多晶硅薄膜的多层膜结构，其特征在于，所述凹槽为多个面积相等的凹槽。

5.根据权利要求4所述的用于可调控地制备多晶硅薄膜的多层膜结构，其特征在于，所述凹槽每一个面积在400μm²至3600μm²之间。

6.根据权利要求5所述的用于可调控地制备多晶硅薄膜的多层膜结构，其特征在于，所述凹槽为正方形或圆形。

7.根据权利要求5所述的用于可调控地制备多晶硅薄膜的多层膜结构，其特征在于，所述凹槽为多边形。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于可调控地制备多晶硅薄膜的多层膜结构，其特征在于，所述金属诱导层的厚度为5纳米至50纳米。