CN102655089A - 一种低温多晶硅薄膜的制作方法 - Google Patents

一种低温多晶硅薄膜的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供的一种低温多晶硅薄膜的制作方法，涉及液晶面板制造领域，用以减小了多晶硅薄膜在使用过程中产生的漏电流，从而提高产品质量。该低温多晶硅薄膜的制作方法包括：在基板上依次沉积缓冲层和非晶硅层；对所述非晶硅层进行高温加热，并对非晶硅层进行准分子激光退火，形成多晶硅层；在高温下对所述多晶硅层进行氧化；对所述氧化后的多晶硅层进行刻蚀，以形成多晶硅薄膜。本发明实施例用于薄膜晶体管的制造。

Description

一种低温多晶硅薄膜的制作方法
技术领域
本发明涉及液晶面板制造领域，尤其涉及一种低温多晶硅薄膜的制作方法。
背景技术
在显示器的制造过程中，阵列基板中薄膜晶体管有源层的多晶硅薄膜的形成需要在高温下进行，由于一般基板衬底的耐热度很低，如果直接在高温下制作多晶硅薄膜，将会造成基板变形。因此，在制作薄膜晶体管有源层时通常采用低温多晶硅薄膜(Low TemperaturePolysilicon Thin Film)。
准分子激光退火(Excimer Laser Annealing，可缩写为ELA)方法是目前制作低温多晶硅薄膜达到量产的主要方法，其利用高能量的准分子激光照射非晶硅薄膜，使非晶硅薄膜吸收准分子激光的能量后，使该非晶硅薄膜呈融化状态，待冷却后结晶成多晶硅薄膜，整个过程是在500℃～600℃下完成。该方法是采用准分子激光发生器的脉冲激光，在非晶硅层上进行扫描形成一照射区域，该脉冲激光扫描完后向前移动一段距离，使形成的多个照射区域相互重叠，由于重叠部分温度较未重叠部分温度高，在重叠部分与未重叠部分的界面发生非均匀成核，通常重叠部分与其他未重叠部分产生的横向温度梯度，晶核将沿温度较高的方向即从未重叠部分至重叠部分的方向长大，并最终结晶成低温多晶硅薄膜。
具体的，如图1所示，基板101上形成有缓冲层106，并在该缓冲层106上形成有非晶硅层，采用ELA后，该非晶硅层晶化为多晶硅层105，但是发明人发现，由于ELA过程复杂，非晶硅层无法完全结晶为多晶硅层，以至于形成的多晶硅层105表面不平整，具有很多突起104，这样就使得薄膜晶体管在施加电压时，多晶硅薄膜表面的突起处会造成尖端放电现象，从而产生较大的漏电流，并且也会由于多晶硅薄膜表面粗糙，造成较大的电阻，使多晶硅薄膜的迁移率及阈值电压不均匀，影响产品质量。
发明内容
本发明的实施例提供一种低温多晶硅薄膜的制作方法，具有平整的多晶硅薄膜表面，从而减小了多晶硅薄膜在使用过程中产生的漏电流，提高了产品质量。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一方面，提供一种低温多晶硅薄膜的制作方法，包括：
在基板上依次沉积缓冲层和非晶硅层；
对所述非晶硅层进行高温加热，并对非晶硅层进行准分子激光退火，形成多晶硅层；
在高温下对所述多晶硅层进行氧化；
对所述氧化后的多晶硅层进行刻蚀，以形成多晶硅薄膜。
本发明实施例提供的一种低温多晶硅薄膜的制作方法，由于对采用准分子激光退火后形成的多晶硅层，在高温下进行氧化，并进行刻蚀，从而形成了表面平整的多晶硅薄膜，这样一来，减小了多晶硅薄膜在使用过程中产生的漏电流，进而提高了产品质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术制作的低温多晶硅薄膜结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种低温多晶硅薄膜制作方法的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种低温多晶硅薄膜的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种低温多晶硅薄膜的结构示意图。
附图标记：101-基板，104-突起，105-多晶硅层，106-缓冲层；
301-基板，302-氮化硅层，303-二氧化硅层，304-突起，305-多晶硅层，306-缓冲层，307-非晶硅层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的一种低温多晶硅薄膜的制作方法，如图2所示，包括：
S201、在基板上依次沉积缓冲层和非晶硅层。
具体的，如图3所示，在清洗后的基板衬底301上沉积缓冲层306，该缓冲层是包括氮化硅(SiNx)层302和二氧化硅(SiO2)层303的双层结构，该缓冲层306用于防止该基板衬底301内杂质在后续工艺中向上扩散而影响之后形成的低温多晶硅薄膜的质量，其中，先沉积氮化硅层302的厚度为50～150nm，之后沉积的二氧化硅层303的厚度为100～350nm，该缓冲层306和非晶硅层307可以采用等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，可以简写为PECVD)方法，还可以采用溅射、真空蒸镀和低压化学气相沉积等方法。
S202、对该非晶硅层进行高温加热，并对非晶硅层进行准分子激光退火，形成多晶硅层。
具体的，在400～500℃的温度下对该非晶硅层进行0.5～3小时的高温加热，并对高温加热后的非晶硅层进行准分子激光退火。该准分子激光退火具体是采用氯化氙(Xecl)准分子激光器(波长308nm)，使非晶硅层结晶成多晶硅层，其中，激光脉冲频率为300Hz，重叠率为92％～98％，激光能量密度为300～500mJ/cm2。
需要说明的是，本发明施例中采用氯化氙准分子激光器使非晶硅层结晶成多晶硅层，除此之外还可以采用氟化氪(KrF)、氟化氩(ArF)等准分子激光器。
由于经过准分子激光退火后形成的多晶硅层，其表面具有很多突起，该突起的主要成分是未晶化的非晶硅，所以本发明实施例还需要对该多晶硅层进行后续处理，具体如下：
S203、在高温下对该多晶硅层进行氧化。
具体的，将经过准分子激光退火后形成的多晶硅层，放置在温度为700℃的氧气气氛下的快速热退火装置中进行快速热退火，这样就使得未晶化的非晶硅氧化成二氧化硅。
作为本发明另一实施方式，将未晶化的非晶硅氧化成二氧化硅的方法还可以是在笑气等离子体(N2O plasma)气氛下对多晶硅层进行氧化，具体过程是在PECVD气相沉积设备中进行。其中，PECVD气相沉积设备内温度大于400℃，反应气体流量N2O＝1000～2000sccm，射频功率为700W，沉积腔内压强为1500～3000mtorr，氧化的时间为2～7分钟。
S204、对该氧化后的多晶硅层进行刻蚀，以形成多晶硅薄膜。
具体的，该方法是采用1％～10％氢氟酸溶液对氧化后的多晶硅层进行刻蚀，由于二氧化硅与氢氟酸发生化学反应，化学方程式为SiO2+4HF＝SiF4↑+2H2O，所以多晶硅层上的二氧化硅就会与多晶硅层脱离，从而形成表面平整的多晶硅薄膜，如图4所示。与现有技术相比，避免了因为突起所引起的尖端放电现象，进而避免了漏电流的产生。
本发明实施例提供的一种低温多晶硅薄膜的制作方法，由于对采用准分子激光退火后形成的多晶硅层，在高温下进行氧化，并进行刻蚀，从而形成了表面平整的多晶硅薄膜，这样一来，减小了多晶硅薄膜在使用过程中产生的漏电流，进而提高了产品质量。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种低温多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，包括：
在基板上依次沉积缓冲层和非晶硅层；
对所述非晶硅层进行高温加热，并对非晶硅层进行准分子激光退火，形成多晶硅层；
在高温下对所述多晶硅层进行氧化；
对所述氧化后的多晶硅层进行刻蚀，以形成多晶硅薄膜。
2.根据权利要求1所述的低温多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，在基板上沉积的缓冲层包含氮化硅层和二氧化硅层，其中，先沉积的所述氮化硅层厚度为50～150nm，之后沉积的所述二氧化硅层厚度为100～350nm。
3.根据权利要求1所述的低温多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，所述非晶硅层的厚度为30～100nm。
4.根据权利要求1所述的低温多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，在400～500℃的温度下对所述非晶硅层进行0.5～3小时的高温加热。
5.根据权利要求1所述的低温多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，对所述高温加热后的非晶硅层进行的准分子激光退火，具体为：
采用氯化氙准分子激光器对非晶硅进行准分子激光退火，其中，激光脉冲频率为300Hz，重叠率为92％～98％，激光能量密度为300～500mJ/cm2。
6.根据权利要求1所述的低温多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，在高温下采用氧气或笑气等离子体对所述多晶硅层进行氧化。
7.根据权利要求6所述的低温多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，在温度为700℃氧气气氛下对所述多晶硅层进行氧化。
8.根据权利要求6所述的低温多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，在高温下采用笑气等离子体对多晶硅层进行氧化，具体为，在温度大于400℃，反应气体流量为N2O＝1000～2000sccm，射频功率为700W，沉积腔内压强为1500～3000mtorr的气氛下对多晶硅层进行氧化，并且氧化的时间为2～7分钟。
9.根据权利要求1所述的低温多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，对所述氧化后的多晶硅层进行刻蚀，以形成多晶硅薄膜，具体为：
采用浓度为1％～10％的氢氟酸溶液对所述氧化后的多晶硅层进行刻蚀，以形成多晶硅薄膜。
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