CN104538350A - 多晶硅基板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多晶硅基板及其制造方法。该方法包括：提供一基板；在基板上依次形成非晶硅层、绝缘层以及金属催化剂层；对基板进行一次退火，以使金属催化剂层中的金属离子经绝缘层向下扩展至非晶硅层，进而诱导非晶硅层中的非晶硅进行一次结晶；移除绝缘层以及金属催化剂层；对基板进行二次退火，以使金属离子沿非晶硅层进行侧向扩散，进而诱导非晶硅层中的非晶硅进行二次结晶，并形成多晶硅层。通过上述方式，可以在形成多晶硅层时减少金属催化剂残留现象，降低薄膜晶体管中半导体层的漏电流，从而提高薄膜晶体管的性能。

Description

多晶硅基板及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种多晶硅基板及其制造方法。
背景技术
目前，将非晶硅薄膜结晶成多晶硅的方法主要有固相晶化(SPC)、金属诱导晶化(MIC)、金属侧向诱导晶化(MILC)、快速热退火(RTA)和准分子激光退火(ELA)。其中，MIC方法和MILC方法能够获得精细的多晶硅晶体，因此，使用率非常高。但MIC方法和MILC方法在结晶过程中会存在金属催化剂残留现象，从而会导致薄膜晶体管中半导体层的漏电流很大，影响薄膜晶体管的性能。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种多晶硅基板及其制造方法，能够减小金属催化剂的金属离子的残留现象，降低薄膜晶体管中半导体层的漏电流，从而提高薄膜晶体管的性能。
为解决上述问题，本发明提供了一种多晶硅基板的制造方法，该制造方法包括：提供一基板；在所述基板上依次形成非晶硅层、绝缘层以及金属催化剂层；对所述基板进行一次退火，以使所述金属催化剂层中的金属离子经所述绝缘层向下扩展至所述非晶硅层，进而诱导所述非晶硅层中的非晶硅进行一次结晶；移除所述绝缘层以及所述金属催化剂层；对所述基板进行二次退火，以使所述金属离子沿所述非晶硅层进行侧向扩散，进而诱导所述非晶硅层中的非晶硅进行二次结晶，并形成多晶硅层。
其中，一次退火的温度为500-600摄氏度。
其中，二次退火的温度为550-650摄氏度。
其中，在所述基板上依次形成非晶硅层、绝缘层以及金属催化剂层的步骤之前进一步包括：
在所述基板上形成缓冲层；
所述在所述基板上依次形成非晶硅层、绝缘层以及金属催化剂层的步骤包括：
在所述缓冲层上依次形成所述非晶硅层、所述绝缘层以及所述金属催化剂层。
其中，缓冲层为氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的至少一种或任意组合。
其中，绝缘层为氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的至少一种或任意组合。
其中，金属催化剂层为Ni、Pd、Ti、Ag、Au、Al、Sn、Sb、Cr和Mo至少一种或任意组合。
其中，对所述基板进行一次退火的步骤之前进一步包括：
对所述绝缘层以及所述金属催化剂层进行图案化。
其中，对所述基板进行二次退火的步骤之后进一步包括：
对所述多晶硅层进行图案化。
为解决上述问题，本发明又提供了一种多晶硅基板，该多晶硅基板由前文所述的制造方法制成。
通过上述方案，本发明的有益效果是：区域别于现有技术，本发明在基板上依次形成非晶硅层、绝缘层以及金属催化剂层后，对基板进行一次退火，以使金属催化剂层中的金属离子经绝缘层向下扩展至非晶硅层，进而诱导非晶硅层中的非晶硅进行一次结晶，然后移除绝缘层以及金属催化剂层，对基板进行二次退火，以使金属离子沿非晶硅层进行侧向扩散，进而诱导非晶硅层中的非晶硅进行二次结晶，并形成多晶硅层。由此可使得大部分的金属离子最终会聚在多晶硅层的两端的边缘上，使得后续将多晶硅图形化之后，可以去掉大部分的金属离子，可达到降低金属离子的残留现象，降低薄膜晶体管中半导体层的漏电流，从而提高薄膜晶体管的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式中的技术方案，下面将对实施方式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方式，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。其中：
图1是本发明实施例提供的一种多晶硅基板的制造方法的流程图；
图2是对应图1所示的方法的工艺制程图；
图3本发明实施例提供的一种TFT开关管的制造方法的流程图；
图4是对应图3所示的方法的工艺制程图；
图5是本发明实施例提供的一种TFT开关管的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一区域分实施方式，而不是全区域实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种多晶硅基板的制造方法的流程图。如图1所示，本发明的制造方法包括以下步骤：
步骤S1：提供一基板11。
其中，基板11的材质可以为玻璃、塑胶或者钢铁。本步骤还会对基板11进行清洗、烘干等工序，以保证基板11的干净度。
步骤S2：在基板11上依次形成非晶硅层12、绝缘层13以及金属催化剂层14。
其中，在本步骤之前还会在基板11上形成缓冲层15。缓冲层15为氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)和氮氧化硅(SiOxNy)中的至少一种或任意组合。
本步骤具体为在缓冲层15上依次形成非晶硅层12、绝缘层13以及金属催化剂层14。其中，绝缘层13为氧化物和/或氮化物，具体为绝缘层13为氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的至少一种或任意组合。金属催化剂层14为镍(Ni)、钯(Pd)、钛(Ti)、银(Ag)、金(Au)、铝(Al)、锡(Sn)、锑(Sb)、铬(Cr)和钼(Mo)中的至少一种或任意组合。
步骤S3：对基板11进行一次退火，以使金属催化剂层14中的金属离子141经绝缘层向下扩展至非晶硅层12，进而诱导非晶硅层12中的非晶硅进行一次结晶。
在本步骤对基板11进行一次退火之前还对金属催化剂层14进行图案化。可以减少扩散的金属离子141浓度。
本步骤可通过CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)方式或者RTA(rapid thermal annealing，快速热退火)方式实现热退火。使得一段时间内，金属催化剂层14中的金属离子141在加热的情况下向下扩散至非晶硅层12，金属离子主要利用SGS或MIC(metal inducedcrystallization、金属诱导晶化)原理诱导非晶硅层12中的非晶硅进行一次结晶。
其中，本步骤的一次退火的温度为500-600摄氏度。
步骤S4：移除绝缘层13以及金属催化剂层14。优选通过蚀刻的方式移除绝缘层13以及金属催化剂层14。
步骤S5：对基板11进行二次退火，以使金属离子141沿非晶硅层12进行侧向扩散，进而诱导非晶硅层12中的非晶硅进行二次结晶，并形成多晶硅层121。
因为非晶硅层12中的非晶硅的活化能较低，金属离子141会不断的与非晶硅中的硅原子反应生成金属硅化物，使非晶硅结晶，且金属离子141只会与非晶硅中的硅原子反应，不会与多晶硅中的硅原子反应，这就是MILC(metal-induced lateral crystallization，金属横向诱导非晶硅晶化)的原理。因此，基于MILC原理，本步骤对基板11进行二次热退火，具体为利用MILC原理使得金属离子141继续诱导非晶硅层12中的非晶硅进行二次结晶。晶粒逐渐长大，在晶粒长大的同时，金属离子向非晶硅层12的侧向(即边缘)扩散。这样大多数金属离子141最终会聚集到非晶硅层12的边缘上。
其中，二次退火的温度为550-650摄氏度。
本发明在对基板11进行了二次退火，以完成非晶硅的二次结晶之后，还进一步对结晶形成的多晶硅层121进行图案化，具体为去掉多晶硅层121边缘的部分，由此可以将扩散到多晶硅层121边缘的金属离子141去除，从而达到了减少金属离子残留的效果。
本发明实施例还提供了一种TFT开关管的制造方法，具体请参阅图3和图4所示。其中，图3是TFT开关管的制造方法的流程图，图4是对应图3所示的方法的制造工艺图。
如图3和图4所示，TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)开关管的制造方法包括以下步骤：
步骤S10：形成一多晶硅基板100。
其中，具体为在基板11上依次形成缓冲层15和多晶硅层121。其中，多晶硅基板100的具体形成过程如前文所述，在此不再赘述。多晶硅基板100
步骤S11：在多晶硅基板100上依次形成栅极绝缘层(Gate insulate，GI)101、栅极102以及层间绝缘层(inter layer insulate，ILD)103。
步骤S12：在层间绝缘层103上形成源极104和漏极105，并且源极104和漏极105分别通过通孔M1与多晶硅基板电连接。
本发明还提供基于前文所述的方法一种TFT开关管，具体请参阅图5。
如图5所示，本发明实施例提供的TFT开关管10包括多晶硅基板100、栅极绝缘层101、栅极102、层间绝缘层103、源极104和漏极105。
其中，多晶硅基板100由前文实施例所述的制造方法制成。多晶硅基板100包括基板11、缓冲层15以及多晶硅层121。缓冲层15设置在基板11上，多晶硅层121设置在缓冲层15上。栅极绝缘层101、栅极102、层间绝缘层103依次形成在多晶硅基板100上。源极104和漏极105设置在层间绝缘层103上，并通过穿过栅极绝缘层101和层间绝缘层103的通孔M1和多晶硅层121电连接。
综上所述，本发明可以在形成多晶硅层时减少金属催化剂残留现象，降低薄膜晶体管中半导体层的漏电流，从而提高薄膜晶体管的性能。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种多晶硅基板的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
提供一基板；
在所述基板上依次形成非晶硅层、绝缘层以及金属催化剂层；
对所述基板进行一次退火，以使所述金属催化剂层中的金属离子经所述绝缘层向下扩展至所述非晶硅层，进而诱导所述非晶硅层中的非晶硅进行一次结晶；
移除所述绝缘层以及所述金属催化剂层；
对所述基板进行二次退火，以使所述金属离子沿所述非晶硅层进行侧向扩散，进而诱导所述非晶硅层中的非晶硅进行二次结晶，并形成多晶硅层。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述一次退火的温度为500-600摄氏度。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述二次退火的温度为550-650摄氏度。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述在所述基板上依次形成非晶硅层、绝缘层以及金属催化剂层的步骤之前进一步包括：
在所述基板上形成缓冲层；
所述在所述基板上依次形成非晶硅层、绝缘层以及金属催化剂层的步骤包括：
在所述缓冲层上依次形成所述非晶硅层、所述绝缘层以及所述金属催化剂层。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述缓冲层为氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的至少一种或任意组合。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述绝缘层为氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的至少一种或任意组合。
7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述金属催化剂层为Ni、Pd、Ti、Ag、Au、Al、Sn、Sb、Cr和Mo中的至少一种或任意组合。
8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述对所述基板进行一次退火的步骤之前进一步包括：
对所述金属催化剂层进行图案化。
9.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述对所述基板进行二次退火的步骤之后进一步包括：
对所述多晶硅层进行图案化。
10.一种多晶硅基板，其特征在于，所述多晶硅基板由权利要求1-9任意一项的制造方法制成。
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