CN104167349A - 低温多晶硅薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低温多晶硅薄膜的制备方法，该方法包括以下步骤：提供一衬底；在所述衬底上制备非晶硅层；采用等离子体工艺于所述非晶硅层上制备氧化硅层；对所述非晶硅层进行激光多晶硅化工艺。本发明中通过采用等离子体增强化学气相沉积工艺对低温多晶硅薄膜的制备过程中的氧化硅薄膜进行制备，提高了氧化硅薄膜的整体均匀度，同时也具有较佳的表面粗糙度。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电器件的制造方法，尤其涉及一种低温多晶硅薄膜的制备方法。
背景技术
低温多晶硅（Low Temperature Poly-Silicon，简称LPTS）是多晶硅技术的一个分支。目前，对于显示技术来说，正朝着更薄、更小的方向发展。而对于LCD器件来说，采用多晶硅材料具有不少优点，如薄膜电路可以被制造得更薄、更小、能耗更低等。但是，多晶硅在制造时需要进行退火工艺，以使非晶硅结构变为多晶硅结构，而在传统的退火过程中，由于温度会超过1000℃，而玻璃基板在1000℃的高温下会软化熔解，无法继续使用，因此，在这样的背景下，低温多晶硅技术便应运而生了。
低温多晶硅工艺中的退火过程采用准分子激光作为热源，激光经过透射系统后，产生能量均匀分布的激光束并被投射于非晶硅结构的玻璃基板上，当非晶硅结构的玻璃基板吸收准分子激光的能量后，便会转变为多晶硅结构，在整个激光退火过程中的温度在600℃以下，这才使得低温多晶硅技术被应用于大批量的工业生产中。
现有技术中对低温多晶硅薄膜的制备，通常采用图1中所示的步骤进行。首先，在玻璃基底表面上制备一层缓冲层，使缓冲层覆盖玻璃基底；在缓冲层上制备一层非晶硅层，使该非晶硅层覆盖缓冲层的上表面，由于完成该步骤后的非晶硅表面非常容易形成一层原生的氧化层，因此，需要将该原生氧化层去除；接着，使用氢氟酸将位于非晶硅层上的原生氧化层去除；之后，采用含有臭氧的溶液对非晶硅层进行氧化，从而形成化学氧化层；最后，进行激光多晶硅化工艺。
在现有的低温多晶硅薄膜的制备过程中，由于采用了氢氟酸和臭氧水的两步湿法操作，因此，在该过程中可能引入金属杂质，并且，使用臭氧水对非晶硅表面进行氧化时，不易于控制表面氧化层的厚度与均匀度。
中国专利（公开号：CN1758447）公开了一种薄膜晶体管及其制造方法，该薄膜晶体管的制造方法中包括在衬底上形成非晶硅，在非晶硅层上形成包含有根据其厚度而具有不同浓度的金属催化剂的覆盖层，构图该覆盖层以形成覆盖层图形，并且结晶该非晶硅层，以控制在非晶硅层和覆盖层图形之间的界面形成的籽晶的密度和位置，从而提高颗粒的尺寸和均匀性，并且在其中通过一个结晶工艺，在要求选择的位置选择性地形成要求的尺寸和均匀性的多晶硅。该专利虽然公开了一种多晶硅薄膜晶体管，但并未提及上述的现有技术中问题的改进方案。
中国专利（公开号：CN1553474）公开了一种利用准分子激光再结晶工艺，包括：提供一衬底，该衬底表面已定义有第一区域及第二区域，接着在该衬底上形成一非晶硅薄膜，再在该非晶硅薄膜上方形成掩膜层，随即移除该第一区域内的该掩膜层，再形成一热含覆盖层，且覆盖于该掩膜层及该非晶硅薄膜上，最后进行一准分子激光再结晶工艺，使该第一区域内的该非晶硅薄膜再结晶成多晶硅薄膜。该专利仅公开了一种低温的准分子激光再结晶工艺，并没有提及对于上述现有技术中问题的解决方案。
可见，目前业界对于上述存在的问题还不存在十分有效的针对措施。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种光电器件及其制造方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案为：
一种低温多晶硅薄膜的制备方法，其中，所述方法包括以下步骤：
提供一衬底；
在所述衬底上制备非晶硅层；
采用等离子体工艺于所述非晶硅层上制备氧化硅层；
对所述非晶硅层进行激光多晶硅化工艺。
所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其中，所述衬底包括基板和缓冲层，所述缓冲层覆盖所述基板的上表面，所述非晶硅层覆盖所述缓冲层的上表面。
所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其中，所述氧化硅层的厚度为
所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其中，所述等离子体工艺包括等离子体增强化学气相沉积工艺。
所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其中，采用等离子体增强化学气相沉积工艺制备所述非晶硅层。
所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其中，所述基板的材质为玻璃。
所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其中，采用准分子激光回火设备进行所述激光多晶硅化工艺。
所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其中，所述等离子体工艺为采用含氧等离子体对所述非晶硅层进行氧化处理，以制备所述氧化硅层。
所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其中，所述含氧等离子体包括含N2O和/或NO和/或O2的等离子体。
所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其中，所述等离子体工艺为采用含氧的等离子体和含硅的等离子体共同作用，以于所述非晶硅层的上表面沉积所述氧化硅层。
所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其中，所述含氧等离子体包括含N2O和/或NO和/或O2的等离子体。
所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其中，所述含硅等离子体包括含SiH4和/或TEOS的等离子体。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：
本发明所提供的低温多晶硅薄膜的制备方法中，采用等离子体增强化学气相沉积工艺进行氧化硅层的制备，传统的低温多晶硅薄膜的制备方法中采用的是臭氧水来制备氧化硅层，通过本发明的方法制备的氧化硅层的均匀度相较于传统方法制备的氧化硅层的均匀度更好，且通过本发明的方法制备的氧化硅层，其表面还拥有较佳的表面粗糙度，更为重要的是，使用本发明方法在制备氧化硅层的过程中不会引起不必要的金属污染，从而确保最终制备的低温多晶硅薄膜性能具有良好的稳定性。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1是现有技术中的低温多晶硅薄膜制备方法的步骤示意图；
图2是本发明实施例一的低温多晶硅薄膜制备方法的步骤示意图；
图3A是本发明实施例二中制备氧化硅层的环境示意图；
图3B是本发明实施例三中制备氧化硅层的环境示意图。
具体实施方式
本发明提供一种光电器件的制备方法，尤其是一种低温多晶硅薄膜的制备方法。
本发明的核心思想是提供一衬底；在所述衬底上制备非晶硅层；采用等离子体工艺于所述非晶硅层上制备氧化硅层；对所述非晶硅层进行激光多晶硅化工艺。
图2是本发明实施例一的低温多晶硅薄膜制备方法的步骤示意图，如图2所示：
本发明中的低温多晶硅薄膜的制备方法包括以下步骤：
步骤一：在一基板上制备缓冲层，使缓冲层覆盖于该基板的上表面，在本实施例中低温多晶硅薄膜制备中的衬底可由基板和缓冲层共同构成。在该步骤中，基板可采用玻璃基板或者石英基板等公知的基板材料，在工业化大批量生产中，由于成本等因素的考量，对于基板材质优选采用玻璃基板；另外，缓冲层可采用SiO2缓冲层，或者采用SiNx和SiO2构成的复合缓冲层，缓冲层的作用是防止基板内的杂质在后续的工艺过程中向上层的结构中扩散而影响最终的低温多晶硅薄膜的性能。
步骤二：采用等离子体增强化学气相沉积工艺（Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition，简称PECVD）制备非晶硅层，以覆盖缓冲层的上表面。
步骤三：采用等离子体增强化学气相沉积工艺制备氧化硅层，以覆盖非晶硅层的上表面，该氧化硅层的厚度为如 等等，凡是在范围内的厚度均是可行的，对于具体的氧化硅层厚度的选择，可根据实际情况确定，故在此处不对厚度的取值进行一一列举。
步骤四：对非晶硅层进行激光多晶硅化工艺：采用准分子激光回火工艺对非晶硅层进行回火，在激光回火工艺过程中，非晶硅层在能量均匀分布的激光束的投射下，吸收该准分子激光束的能量，以转化为多晶硅结构，进而形成低温多晶硅薄膜。在本步骤中的准分子激光回火工艺可采用准分子激光器进行，由于准分子激光器是本领域的公知技术，故在此处不再对其工作原理进行赘述。
本实施例中采用等离子体增强化学气相沉积工艺制备氧化硅层，对其厚度的调整性相对更加弹性且该氧化硅层较为均匀。
图3A是实施例二中制备氧化硅层的环境示意图。
如图3A所示，在一玻璃基板1上制备缓冲层2，使该缓冲层2覆盖于该玻璃基板1的上表面，此时低温多晶硅薄膜制备中的衬底可由玻璃基板1和缓冲层2共同构成，然后，采用等离子体增强化学气相沉积工艺继续在该缓冲层2的表面制备非晶硅层3，使该非晶硅层3覆盖于该缓冲层2的表面，在该缓冲层2的表面进行含氧气体4的处理，采用等离子体增强化学气相沉积工艺将该含氧气体等离子化后作用于该非晶硅层3的表面，使该非晶硅层3的表面产生氧化效应，从而形成氧化硅层（未在图中示出），控制含氧的等离子气体作用于非晶硅层3表面的时间，以控制形成的氧化硅层的厚度为（如等），在氧化硅层的厚度满足工艺需求后，采用准分子激光回火设备对之前形成的非晶硅层3进行激光回火工艺，以使该非晶硅层3在准分子激光的作用下转变为多晶硅层（未在图中示出）。
对于上述的含氧气体的选择可采用N2O、NO、O2等含氧气体中的任意一种或者多种。在本实施例中的低温多晶硅薄膜的制备方法中的氧化硅层的制备方式与实施例二中不同。
图3B是实施例三中制备氧化硅层的环境示意图。
下面对本实施例中的低温多晶硅薄膜的制备方法进行详细说明。
如图3B所示，在一玻璃基板1上制备缓冲层2，使该缓冲2层覆盖于该玻璃基板1的上表面，此时低温多晶硅薄膜制备中的衬底可由玻璃基板1和缓冲层2共同构成，然后，采用等离子体增强化学气相沉积工艺继续在该缓冲层2的表面制备非晶硅层3，使该非晶硅层3覆盖于该缓冲层2的表面，接着，在该缓冲层2的表面进行含氧气体的处理，采用等离子体增强化学气相沉积工艺将该含氧气体等离子化后作用于该非晶硅层3的表面，同时采用等离子体增强化学气相沉积工艺将含硅气体等离子化后也作用于该非晶硅层3的表面，使含硅的等离子体和含氧的等离子体共同构成的等离子体5作用于该非晶硅层3的表面，该非晶硅层3的表面在上述两种等离子体的共同作用下沉积生成一层氧化硅层（图中未示出），控制该两种等离子体共同作用于该非晶硅层3表面的时间，以控制形成的氧化硅层的厚度为（如等），在氧化硅层的厚度满足工艺需求后，采用准分子激光回火设备对之前形成的非晶硅层3进行激光多晶硅化工艺，以使该非晶硅层3在准分子激光的作用下转变为多晶硅层（未在图中示出）。
对于上述的工艺过程中提及的含硅气体，可采用SiH4、四乙基正硅酸盐（Tetrethy-Ortho-Silicate，简称TEOS）等含硅气体中的任意一种或多种；而对于上述工艺过程中提及的含氧气体，可采用N2O、NO、O2等含氧气体中的任意一种或多种。在本实施例中所采用含硅的化合物所形成的等离子体与含氧气体所形成的等离子体共同作用于非晶硅层的表面，可根据上述提及的含硅的化合物中的任意一种与含氧气体中的任意一种进行组合，从而形成作用于非晶硅层上的等离子气体。
综上所述，传统的低温多晶硅薄膜的制备方法中，通常采用臭氧水来进行氧化硅层的制备，采用该方法制备的氧化硅层的均匀度不容易控制。因此，本发明中的低温多晶硅薄膜的制备方法针对现有技术中对低温多晶硅薄膜制备过程中的氧化硅层的制备方法加以改进，采用等离子体增强化学气相沉积工艺替代原本的臭氧水进行氧化硅层的制备，从而使制备的氧化硅层的厚度更为均匀，并且具有较佳的粗糙度，同时有效减少金属污染物的引入，从而最终提高低温多晶硅薄膜性能的稳定性。
对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。
Claims (12)
1.一种低温多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
提供一衬底；
在所述衬底上制备非晶硅层；
采用等离子体工艺于所述非晶硅层上制备氧化硅层；
对所述非晶硅层进行激光多晶硅化工艺。
2.如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述衬底包括基板和缓冲层，所述缓冲层覆盖所述基板的上表面，所述非晶硅层覆盖所述缓冲层的上表面。
3.如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述氧化硅层的厚度为
4.如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述等离子体工艺包括等离子体增强化学气相沉积工艺。
5.如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，采用等离子体增强化学气相沉积工艺制备所述非晶硅层。
6.如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述基板的材质为玻璃。
7.如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，采用准分子激光回火设备进行所述激光多晶硅化工艺。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述等离子体工艺为采用含氧等离子体对所述非晶硅层进行氧化处理，以制备所述氧化硅层。
9.如权利要求9所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述含氧等离子体包括含N2O和/或NO和/或O2的等离子体。
10.如权利要求1-7中任意一项所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述等离子体工艺为采用含氧的等离子体和含硅的等离子体共同作用，以于所述非晶硅层的上表面沉积所述氧化硅层。
11.如权利要求10所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述含氧等离子体包括含N2O和/或NO和/或O2的等离子体。
12.如权利要求10所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述含硅等离子体包括含SiH4和/或TEOS的等离子体。
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