CN106128940A - 一种低温多晶硅薄膜的制备方法 - Google Patents

一种低温多晶硅薄膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种低温多晶硅薄膜的制备方法，包括：在基板上形成遮光层；在所述遮光层上沉积氮化硅层；在所述氮化硅层上以第一沉积速度沉积第一氧化硅层后再以第二沉积速度沉积第二氧化硅层；以及在所述第二氧化硅层上沉积非晶硅层，并使其所述非晶硅层转化为多晶硅层，其中，所述第一沉积速度大于第二沉积速度。该方法能够有效解决硅通道电流高，平带电压Vfb偏移，影响多晶硅成的性质，进而影响器件电学性能的问题。

Description

一种低温多晶硅薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，具体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，简称为LTPS)薄膜晶体管液晶显示器有别于传统的非晶硅薄膜晶体管液晶显示器，目前正迅速的发展，它的最大优势在于超薄、重量轻、低耗电，可以提供更艳丽的色彩和更清晰的影像。
其电子迁移率可以达到200cm2/V-sec以上，可有效减小薄膜晶体管器件的面积，从而达到提高开口率，并且在增进显示器亮度的同时还可以降低整体的功耗。另外，较高的电子迁移率可以将部分驱动电路集成在玻璃基板上，减少了驱动IC，还可以大幅提升液晶显示面板的可靠度，从而使得面板的制造成本大幅降低。因此，LTPS薄膜晶体管液晶显示器逐步成为研究的热点。
低温多晶硅(Low Temperature Poly-silicon；简称LTPS)薄膜晶体管液晶显示器是在封装过程中，利用准分子镭射作为热源，镭射光经过投射系统后，会产生能量均匀分布的镭射光束，投射于非晶硅结构的玻璃基板上，当非晶硅结构玻璃基板吸收准分子镭射的能量后，会转变成为多晶硅结构，因整个处理过程都是在600℃以下完成，故一般玻璃基板皆可适用。
有机发光显示器件(OLED)是主动发光器件，相比现在的主流平板显示技术薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)，OLED具有高对比度、广视角、低功耗、体积更小等优点，故OLED有望成为继LCD之后的下一代平板显示技术，是目前平板显示技术中受到关注最多的技术之一。
结晶法分为低温结晶和高温结晶；
使用受激准分子激光器的受激准分子激光器退火法(excimer laser annealing,ELA)通常用作低温结晶法，其可以使用玻璃基材，这是因为该方法在450℃的结晶温度下进行的。
高温结晶法包括固相结晶法，快速热退火法(rapid thermal annealing RTA)等，该方法由于是低成本的结晶法而被广泛地使用。
但是，固相结晶法需要在至少600℃的温度下结晶20小时或更长时间，这会导致结晶缺陷产生在结晶的多晶硅中，以致于不能获得充分的淌度，热处理过程中基材容易变形，此外，由于高温结晶不能使用玻璃基材，当降低结晶温度时，产率降低。
目前，主要使用低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS-TFT)驱动OLED发光，其中，低温多晶硅薄膜用于LTPS-TFT。
现有技术中，由于SiOx层的成膜速度为远大于非晶硅层的成膜速度在SiOx层的成膜途中，将会有较多的晶格缺陷，同时在SiOx层和非晶硅层的界面产生Si-H键或悬空键，在一定程度上降低硅通道电流、以及造成平带电压Vfb偏移，从而影响多晶硅层的性质，进而影响器件电学性能。
针对上述存在的问题，在本领域希望寻求一种多晶硅形成工艺的改善流程，在化学气相法沉积氧化硅时，分成两步进行，且两步化学气相法沉积氧化硅时的速度不同，从而可以有效解决硅通道电流高，以及造成平带电压Vfb偏移，从而影响多晶硅成的性质，进而影响器件电学性能的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温多晶硅薄膜的制备方法，对平带电压Vfb影响极小，提高多晶硅的晶粒尺寸，提高多晶硅层的载流子迁移速度，有效解决硅通道电流高，平带电压Vfb偏移，影响多晶硅成的性质，进而影响器件电学性能的问题。
针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种低温多晶硅薄膜的制备方法，包括：
在基板上形成遮光层；
在所述遮光层上沉积氮化硅层；
在所述氮化硅层上以第一沉积速度沉积第一氧化硅层后再以第二沉积速度沉积第二氧化硅层；以及
在所述第二氧化硅层上沉积非晶硅层，并使所述非晶硅层转化为多晶硅层，
其中，所述第一沉积速度大于第二沉积速度。
本发明以第一沉积速度和第二沉积速度分别沉积第一氧化硅层和第二氧化硅层，且第一沉积速度大于第二沉积速度的原因是：第一沉积速度远大于非晶硅层的沉积速度，在氧化硅的成膜途中，将会有较多的晶格缺陷，同时在氧化硅和的界面产生Si-H键/悬空键，在一定程度上降低硅通道电流、以及造成平带电压Vfb偏移，从而影响多晶硅层的性质，进而硬性器件电学性能。如果全程低速沉积氧化硅，将会增加沉积时间，造成产能的损失；因此，本发明分两次沉积氧化硅层，即以第一沉积速度沉积第一氧化硅层后再以第二沉积速度沉积第二氧化硅层；其中，所述的第一沉积速度大于第二沉积速度。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述第一沉积速度为优选为在本申请中，为长度单位，
在本发明的一个优选的实施方式中，所述第二沉积速度为选为
在本发明的一个优选的实施方式中，在所述第二氧化硅层上沉积非晶硅层的速度为优选为
在本发明的一个优选的实施方式中，所述第一氧化硅层的厚度为 优选为更优选为
在本发明的一个优选的实施方式中，所述第二氧化硅层的厚度为优选为更优选为
在本发明的一个优选的实施方式中，间隔设置所述遮光层，所述的遮光层的厚度没有特别限制，一般可设置为所述遮光层包含金属材料，优选包含选自Mo、Al、Ti材质中的至少一种，更优选自Mo。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述的非晶硅层的厚度为优选为更优选为
在本发明的一个优选的实施方式中，所述的氮化硅层的厚度为优选为更优选为
在本发明的一个优选的实施方式中，所述基板为玻璃基板。
在本发明的一个优选的实施方式中，采用去离子水或者添加臭氧的去离子水对基板进行清洗，以去除表面污染物和有机物。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述非晶硅层通过低温结晶工艺转化为多晶硅层，所述低温结晶工艺优选为准分子激光退火法。
在采用准分子激光退火法(ELA)对所述非晶硅层进行晶化处理时，由于以低沉积速度沉积的第二氧化硅层，晶格结构较完美，在作为退火技术的保温层时热量损失较少，具有良好的保温性能，可以在一定程度上提高多晶硅的晶粒尺寸(Grain size)，从而有利于提高TFT器件的电子迁移率(Mobility)。
根据本发明，使用240mJ/cm2～380mJ/cm2的能量密度的激光对非晶硅层进行照射，优选为使用280mJ/cm2～340mJ/cm2的能量密度的激光对非晶硅层进行照射。
具体地，在所述准分子激光退火法工艺中，可使用XeCL激光、激光、KrF激或XeF激光，优选为XeCl激光。
此外，上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。
根据本发明的制备方法制备的低温多晶硅薄膜，由于悬空键或Si-H键较少，对平带电压Vfb影响极小；并且，硅通道电子不容易被吸附，能够减少通道电流的损失；此外，由于具有晶格结构较好的氧化硅层，在激光退火技术中充当保温层，可以减少热量损失较少，在一定程度上提高多晶硅的晶粒尺寸，从而提高多晶硅层的载流子迁移速度(Mobility)；因此，使用本发明的方法制备的低温多晶硅薄膜及其制备的电学器件具有优异的电学性能。此外，由于本发明使用的ELA工艺可以准确的控制工艺范围，对工艺范围内的第二氧化硅层进行快速加热，其温度梯度较大，不会对第二氧化硅层造成损害，提高了产品的生产良率。
附图说明
图1为本发明的一个具体实施方式的流程图。
图2为本发明的一个具体实施方式中在基板上形成间隔设置的第一遮光层和第二遮光层后的示意图。
图3为本发明的一个具体实施方式中在遮光层上沉积氮化硅层后的示意图。
图4为本发明的一个具体实施方式中在氧化硅层上沉积第一氧化硅层后的示意图。
图5为本发明的一个具体实施方式中在第一氧化硅层上沉积第二氧化硅层后的示意图。
图6为本发明具体实施方式一中采用低温结晶工艺将非晶硅层转化为多晶硅层后的结构示意图。
附图标记说明：
10为基板，201为第一遮光层，202为第二遮光层，30为氮化硅层，40为第一氧化硅层，50为第二氧化硅层，60为多晶硅层。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
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。
按照如图1所示的流程制备低温多晶硅薄膜，包括以下步骤：
提供基板，在基板上形成遮光层；
在遮光层上沉积氮化硅层；
在氮化硅层上沉积第一氧化硅层；
在第一氧化硅层上沉积第二氧化硅层；
在第二氧化硅层上沉积非晶硅层，采用低温结晶工艺将非晶硅层转化为多晶硅层。
具体地，可按照如下操作进行：
采用去离子水对基板10进行清洗，以去除表面污染物，然后，如图2所示，在玻璃基板10上，通过物理气相沉积法沉积金属Mo，形成厚度为的遮光层201和202；
接着，如图3所示，在遮光层201和202上以的沉积速度沉积氮化硅，形成厚度为的氮化硅层30；
接着，如图4所示，在氮化硅层30上以的沉积速度沉积氧化硅，形成厚度为的第一氧化硅层40后，再如图5所示，以的沉积速度继续沉积氧化硅，形成厚度为的第二氧化硅层50；
然后，如图6所示，在第二氧化硅层50上以的沉积速度沉积非晶硅，形成的非晶硅层，并通过ELA法(采用300mJ/cm2的能量密度的XeCL激光对非晶硅层进行照射)，使其转化为厚度为的多晶硅层60。
根据实施例1的制备方法制备的低温多晶硅薄膜，由于悬空键或Si-H键较少，对平带电压Vfb影响极小；并且，硅通道电子不容易被吸附，能够减少通道电流的损失；此外，由于具有晶格结构较好的氧化硅层，在激光退火技术中充当保温层，可以减少热量损失较少，在一定程度上提高多晶硅的晶粒尺寸，从而提高多晶硅层的载流子迁移速度(Mobility)，可以将载流子迁移率从90cm2/V*S提高到100cm2/V*S。非晶硅的晶格结构与氧化硅类似，沉积速度相同/相近的情况下，两种晶格能更好的结合，减少悬空键，优化器件特性，因此，使用实施例1的方法制备的低温多晶硅薄膜及其制备的电学器件具有优异的电学性能。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.一种低温多晶硅薄膜的制备方法，包括：
在基板上形成遮光层；
在所述遮光层上沉积氮化硅层；
在所述氮化硅层上以第一沉积速度沉积第一氧化硅层后再以第二沉积速度沉积第二氧化硅层；以及
在所述第二氧化硅层上沉积非晶硅层，并使所述非晶硅层转化为多晶硅层，
其中，所述第一沉积速度大于第二沉积速度。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一沉积速度为优选为
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第二沉积速度为优选为
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述第二氧化硅层上沉积非晶硅层的速度为优选为
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一氧化硅层的厚度为优选为
6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第二氧化硅层的厚度为优选为
7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述基板为玻璃基板。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，间隔设置所述遮光层，所述遮光层为金属材质，优选自Mo、Al和Ti材质中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述非晶硅层的厚度为所述氮化硅层的厚度为
10.根据权利要求1-9中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述非晶硅层通过低温结晶工艺转化为多晶硅层，所述低温结晶工艺优选为准分子激光退火法。
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