CN102891107B

CN102891107B - 低温多晶硅基板及其制作方法

Info

Publication number: CN102891107B
Application number: CN201210402571.9A
Authority: CN
Inventors: 田雪雁
Original assignee: BOE Technology Group Co Ltd
Current assignee: BOE Technology Group Co Ltd
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2032-10-19
Also published as: CN102891107A

Abstract

本发明公开了一种低温多晶硅基板制作方法，涉及显示技术领域，该方法包括以下步骤：在衬底上形成缓冲层；在所述缓冲层上形成若干孔洞；在形成孔洞后的所述缓冲层上形成低温多晶硅。本发明还公开了一种低温多晶硅基板。本发明通过在缓冲层上制作一层籽晶绝缘层，在形成低温多晶硅过程中，孔洞中的非晶硅将作为非晶硅层底部的成核晶粒出现，并且具有低的能量，将更容易继续成核并且长大，以形成晶粒大的低温多晶硅。

Description

低温多晶硅基板及其制作方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种低温多晶硅基板及其制作方法。

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中，背板技术中制作多晶硅层，包括有采用准分子激光退火（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，来得到的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。

在现有的准分子激光退火（ELA）工艺研究中，研究者一直致力于开发大晶粒的低温多晶硅，以便能够得到迁移率较高的低温多晶硅晶体管。通常采用的方案是在缓冲层的上表面形成非晶硅层，然后对该非晶硅层进行ELA从而形成低温多晶硅。如图1所示，基板101上有双层绝缘层形成的缓冲层，双层绝缘层通常是氮化硅层102和二氧化硅层103（也可以是单层二氧化硅层103形成缓冲层），在二氧化硅层103上沉积非晶硅层104，然后对该非晶硅层进行ELA，整个ELA过程中，非晶硅处于部分熔融或完全熔融状态，该状态下生长出来的多晶硅如图2所示，多晶硅晶粒200比较小，通常只有200~300μm左右，并且分布不均匀。

虽然准分子激光器的输出波长及脉宽、能量分布及均匀性、能量密度、脉冲频率、原始非晶硅膜的制备方法及其厚度、去氢方法、退火气氛等，对结晶膜的质量都有一定的影响。但上述方案终究还是尚未解决多晶硅晶粒偏小的难题。

而且采用MIC或SPC方式制作多晶硅层也在一定程度上存在上述相同的技术问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何实现晶粒尺寸较大的低温多晶硅。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种低温多晶硅基板制作方法，包括以下步骤：

在衬底上形成缓冲层；

在所述缓冲层上形成若干孔洞；

在形成孔洞后的所述缓冲层上形成低温多晶硅。

其中，所述在衬底上形成缓冲层具体包括：

在所述衬底上采用等离子体增强化学气相沉积法沉积二氧化硅薄膜，以形成所述缓冲层。

其中，所述二氧化硅薄膜厚度为：100nm~350nm。

其中，所述在衬底上形成缓冲层具体包括：

在所述衬底上采用等离子体增强化学气相沉积法沉积氮化硅薄膜；

在所述氮化硅薄膜上采用等离子体增强化学气相沉积法沉积二氧化硅薄膜，以形成所述缓冲层。

其中，所述氮化硅薄膜厚度为：50nm~150nm，二氧化硅薄膜厚度为：100nm~350nm。

其中，所述在所述缓冲层上形成若干孔洞具体包括：在所述缓冲层的表面通过光刻的方式刻蚀出若干孔洞。

其中，所述孔洞在所述缓冲层上分布均匀，且每个孔洞的形状相同、大小相等。

其中，所述孔洞为孔间距为1μm~3μm、深度为10nm~30nm、直径为10nm~30nm的圆形。

其中，所述在形成孔洞后的所述缓冲层上形成低温多晶硅具体包括：

在形成孔洞后的所述缓冲层上沉积非晶硅薄膜；

使所述非晶硅薄膜形成低温多晶硅。

利用掩膜板在所述若干孔洞中沉积非晶硅或微晶硅；

在若干孔洞中沉积有非晶硅或微晶硅的所述缓冲层上沉积非晶硅薄膜；

使所述非晶硅薄膜形成低温多晶硅。

其中，所述非晶硅或微晶硅薄膜的厚度为：30nm~100nm

其中，使所述非晶硅薄膜形成低温多晶硅具体包括：

并对所述非晶硅薄膜进行加热处理；

对加热处理后的非晶硅薄膜在频率为300Hz，重叠率为92%~98%，激光能量密度为300mJ/cm²~500mJ/cm²的激光脉冲照射条件下进行激光退火以形成低温多晶硅。

其中，所述加热处理的温度为400℃~500℃，加热处理的时间为：0.5小时~3小时。

其中，使所述非晶硅薄膜形成低温多晶硅具体包括：通过固相晶化或金属诱导晶化使所述非晶硅薄膜形成低温多晶硅。

本发明还公开了一种低温多晶硅基板，包括：衬底及位于所述衬底上的缓冲层，在所述缓冲层的表面形成有若干孔洞，还包括：位于所述缓冲层上的若干孔洞上方的低温多晶硅。

其中，所述低温多晶硅的晶粒直径大小为550μm~650μm。

其中，所述低温多晶硅的晶粒均匀分布在所述缓冲层上。

其中，所述缓冲层为二氧化硅薄膜。

其中，所述缓冲层包括：所述二氧化硅薄膜厚度为：100nm~350nm。

其中，所述缓冲层包括：氮化硅层及位于所述氮化硅层上的二氧化硅薄膜。

其中，所述缓冲层包括：所述氮化硅薄膜厚度为：50nm~150nm，二氧化硅薄膜厚度为：100nm~350nm。

（三）有益效果

本发明的低温多晶硅制作方法中在缓冲层上制作若干孔洞，在形成多晶硅的过程中，孔洞中的非晶硅将作为非晶硅层底部的成核晶粒出现，并且具有低的能量，将更容易继续成核并且长大，以形成晶粒大的低温多晶硅。

附图说明

图1是现有技术中制作低温多晶硅基板时进行ELA的示意图；

图2是采用现有技术制作的低温多晶硅基板结构示意图；

图3是本发明实施例1的一种低温多晶硅基板制作方法流程图；

图4是本发明实施例1中制作低温多晶硅基板时进行ELA的示意图；

图5是采用本发明实施例的方法制作的低温多晶硅基板结构示意图，其中（a）示出了非晶硅籽晶作为非晶硅薄膜底部的成核晶粒的示意图，（b）籽晶生长后形成的大尺寸晶粒的低温多晶硅示意图；

图6是本发明实施例2中制作低温多晶硅基板时进行ELA的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

如图3、图4所示，本发明实施例的低温多晶硅基板制作方法流程包括：

步骤S301，在衬底上形成缓冲层，具体过程为：

对玻璃基板401进行预清洗；在玻璃基板401之上采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）方法沉积缓冲层（缓冲层可以为双层绝缘层结构：SiN_x和SiO₂薄膜；也可以为单绝缘层结构：厚度为100~350nm的SiO₂薄膜）。本实施例中，先沉积厚度为50~150nm的氮化硅薄膜402，再沉积厚度为100~350nm的二氧化硅薄膜403，以形成缓冲层。

步骤S302，在上述缓冲层上形成若干孔洞405，包含孔洞405的这一层也叫籽晶绝缘层。本实施例中形成若干孔洞405的具体步骤如下：

利用缓冲层的二氧化硅薄膜403的上表面来制作孔洞405。如图4所示，在缓冲层的二氧化硅薄膜403的上表面采用光刻（曝光、干刻、剥离）的方式，刻蚀出具有规则形状的孔洞405。优选地，为了保证最后生长的低温多晶硅的晶粒分布均匀，在刻蚀孔洞405时，使孔洞405均匀分布在二氧化硅薄膜403的上表面，且每个孔洞405大小相等，形状相同。本实施例中，孔洞为孔间距为1~3μm、深度为10nm~30nm、直径为10nm~30nm的圆形也可以是其它形状：如：接近圆形的多边形。

步骤S303，在形成孔洞后的缓冲层上形成低温多晶硅。本实施例中具体过程为：在二氧化硅薄膜403上，沉积30~100nm的非晶硅薄膜404。由于二氧化硅薄膜403上具有孔洞405，在沉积非晶硅薄膜404时，孔洞405中也会沉积非晶硅。在完成非晶硅薄膜404的沉积后，于400~500℃的温度下，对非晶硅薄膜404进行0.5~3小时的高温处理。高温处理之后，对非晶硅薄膜404进行激光退火。其中，可采用氯化氙、氟化氪或氟化氩等准分子激光器。本实施例中，采用氯化氙（XeCl）准分子激光器（波长308nm）对非晶硅（a-Si）进行退火，激光脉冲频率为300Hz，重叠率为92%~98%，激光能量密度为300~500mJ/cm²。

在激光退火过程中，由于孔洞405中存在非晶硅，该均匀分布的非晶硅颗粒将作为籽晶，从热力学方面，将有助于多晶硅的形成。在非晶硅经过激光照射后，会形成液态的非晶硅，控制其处于一种近乎完全熔融（nearly completely melts）状态。如图5中（a）所示籽晶将作为非晶硅薄膜底部的成核晶粒500出现，并且具有低的能量，将更容易继续成核并且长大。最终使得整个晶化过程处于一种近乎完全熔融状态下，并且得到较大的晶粒且分布均匀的多晶硅500＇，如图5中（b）所示。

通过本实施例的低温多晶硅基板制作方法能够得到晶粒尺寸较大（晶粒通常为接近于球形的多面体，其直径可以达到600μm左右），且分布均匀的低温多晶硅基板。低温多晶硅晶粒内部的载流子迁移率比较快，载流子移动速率比较快；而晶界处电阻比较大，载流子移动速率非常低。所以晶粒越大，低温多晶硅晶粒内部的载流子迁移率相对较快，而且晶界越少（相同TFT的沟道宽度一定时，晶粒越大晶界越少，晶粒越小晶界越多），整体上低温多晶硅晶体管迁移率比较高。而且本方法制得的低温多晶硅晶粒大小相近，且分布均匀，可以使得阈值电压比较均匀。利用该低温多晶硅基板解决了应用于低温多晶硅显示器背板中，迁移率较低，迁移率及阈值电压不均匀性的问题。该方法得到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-LCD）等领域。

实施例2

本实施例的低温多晶硅基板制作方法流程与实施例1中低温多晶硅制作方法流程基本相同，不同的是步骤S303在形成孔洞后的缓冲层上形成低温多晶硅的过程。本实施例中，采用掩模版露出二氧化硅薄膜403表面具有孔洞405的区域，在采用PECVD方式在孔洞405中沉积非晶硅或者微晶硅406。孔洞405中沉积的非晶硅或微晶硅颗粒将作为多晶硅生长的籽晶。之后在二氧化硅薄膜403上形成非晶硅薄膜404，然后进行与实施例1相同的退火步骤。

本实施例中步骤S301和S302与实施例1类似，此处不再赘述。由于单独在孔洞中沉积非晶硅或微晶硅，实施例2相对于实施例1，晶粒成核分布及成核大小更容易控制，但工艺相对于实施例1较复杂。

上述实施例1和2中，使非晶硅形成低温多晶硅时采用的是准分子激光退火（ELA）工艺，本发明中还可以采用现有的其它工艺形成，如：固相晶化（SPC）和金属诱导晶化（MIC）工艺，只要保证在孔洞中有作为非晶硅薄膜底部的成核晶粒的籽晶即可。

实施例3

本实施例提供了一种低温多晶硅基板，包括：衬底及位于衬底上的缓冲层。该缓冲层可以为单层绝缘层，即厚度为100nm~350nm的二氧化硅薄膜；也可以为双层绝缘层，包括：氮化硅薄膜及位于氮化硅薄膜上的二氧化硅薄膜，氮化硅薄膜厚度为：50nm~150nm，二氧化硅薄膜厚度为：100nm~350nm。

本实施例中，在该缓冲层的表面形成有若干孔洞，该低温多晶硅基板还包括：位于所述缓冲层上的若干孔洞上方的低温多晶硅。其中低温多晶硅的晶粒直径大小为550μm~650μm，且晶粒均匀分布在缓冲层上。

其中，孔洞在该缓冲层上分布均匀，且每个孔洞的形状相同、大小相等。本实施例中，孔洞为孔间距为1μm~3μm、深度为10nm~30nm、直径为10nm~30nm的圆形。

该低温多晶硅基板可采用上述实施例1和2的方法制得。

本实施例的低温多晶硅基板由于多晶硅晶粒较大，且分布均匀，解决了应用于低温多晶硅显示器背板中，迁移率较低，迁移率及阈值电压不均匀性的问题。该方法得到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-LCD）等领域。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种低温多晶硅基板制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

在衬底上形成缓冲层；

在所述缓冲层上形成若干孔洞；

在形成孔洞后的所述缓冲层上形成低温多晶硅；

所述孔洞在所述缓冲层上分布均匀，且每个孔洞的形状相同、大小相等，所述孔洞为孔间距为1μm～3μm、深度为10nm～30nm、直径为10nm～30nm的圆形。

2.如权利要求1所述的低温多晶硅基板制作方法，其特征在于，所述在衬底上形成缓冲层具体包括：

3.如权利要求2所述的低温多晶硅基板制作方法，其特征在于，所述二氧化硅薄膜厚度为：100nm～350nm。

4.如权利要求1所述的低温多晶硅基板制作方法，其特征在于，所述在衬底上形成缓冲层具体包括：

5.如权利要求4所述的低温多晶硅基板制作方法，其特征在于，所述氮化硅薄膜厚度为：50nm～150nm，二氧化硅薄膜厚度为：100nm～350nm。

6.如权利要求1所述的低温多晶硅基板制作方法，其特征在于，所述在所述缓冲层上形成若干孔洞具体包括：在所述缓冲层的表面通过光刻的方式刻蚀出若干孔洞。

7.如权利要求1所述的低温多晶硅基板制作方法，其特征在于，所述在形成孔洞后的所述缓冲层上形成低温多晶硅具体包括：

在形成孔洞后的所述缓冲层上沉积非晶硅薄膜；

使所述非晶硅薄膜形成低温多晶硅。

8.如权利要求1所述的低温多晶硅基板制作方法，其特征在于，所述在形成孔洞后的所述缓冲层上形成低温多晶硅具体包括：

利用掩膜板在所述若干孔洞中沉积非晶硅或微晶硅；

使所述非晶硅薄膜形成低温多晶硅。

9.如权利要求7或8所述的低温多晶硅基板制作方法，其特征在于，所述非晶硅或微晶硅薄膜的厚度为：30nm～100nm。

10.如权利要求7或8所述的低温多晶硅基板制作方法，其特征在于，使所述非晶硅薄膜形成低温多晶硅具体包括：

对所述非晶硅薄膜进行加热处理；

对加热处理后的非晶硅薄膜在频率为300Hz，重叠率为92％～98％，激光能量密度为300mJ/cm²～500mJ/cm²的激光脉冲照射条件下进行激光退火以形成低温多晶硅。

11.如权利要求10所述的低温多晶硅基板制作方法，其特征在于，所述加热处理的温度为400℃～500℃，加热处理的时间为：0.5小时～3小时。

12.如权利要求7或8所述的低温多晶硅基板制作方法，其特征在于，使所述非晶硅薄膜形成低温多晶硅具体包括：通过固相晶化或金属诱导晶化使所述非晶硅薄膜形成低温多晶硅。

13.一种低温多晶硅基板，包括：衬底及位于所述衬底上的缓冲层，其特征在于，在所述缓冲层的表面形成有若干孔洞，还包括：位于所述缓冲层上的若干孔洞上方的低温多晶硅；

14.如权利要求13所述的低温多晶硅基板，其特征在于，所述低温多晶硅的晶粒直径大小为550μm～650μm。

15.如权利要求13所述的低温多晶硅基板，其特征在于，所述低温多晶硅的晶粒均匀分布在所述缓冲层上。

16.如权利要求13所述的低温多晶硅基板，其特征在于，所述缓冲层为二氧化硅薄膜。

17.如权利要求16所述的低温多晶硅基板，其特征在于，所述二氧化硅薄膜厚度为：100nm～350nm。

18.如权利要求13所述的低温多晶硅基板，其特征在于，所述缓冲层包括：氮化硅薄膜及位于所述氮化硅薄膜上的二氧化硅薄膜。

19.如权利要求18所述的低温多晶硅基板，其特征在于，所述氮化硅薄膜厚度为：50nm～150nm，二氧化硅薄膜厚度为：100nm～350nm。