CN110085511A - 多晶硅薄膜的制备方法和薄膜晶体管 - Google Patents
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Abstract
本揭示提供一种多晶硅薄膜的制备方法和薄膜晶体管，制备方法包括在基板上沉积缓冲层及非晶硅层，并加热，使晶粒进行固相结晶；待固相结晶完成后，对所述基板进行处理，并制备一层保温膜层；最后进行准分子激光退火，使所述基板上的所述非晶硅层再次结晶。通过对晶粒进行两次不同的热处理，得到较优的多晶硅薄膜，并以此多晶硅薄膜来制备薄膜晶体管，提升产品良率。
Description
技术领域
本揭示涉及多晶硅薄膜技术领域，尤其涉及一种多晶硅薄膜的制备方法和薄膜晶体管。
背景技术
随着显示器技术的不断更新换代及发展，市面上出现了各种类型的显示器，为了得到更加优越性能的显示器，对显示器内部器件也提出了更高的要求。
目前的显示器中，背板技术较成熟，在背板技术的制作中，多采用多晶硅层的方式，现有技术中，这种多晶硅的制作技术主要有固相结晶(Solid Phase Crystallization，SPC)技术及准分子激光退火(Excimer Laser Annealer，ELA)技术等。其中，传统的SPC技术中虽然在结晶后晶粒的大小一致性较好，但是由于结晶时间长，多晶硅的量产性就较低，并且，在结晶后，晶界较多，将其使用在面板内部中，较多的晶界会导致薄膜晶体管(ThinFilm Transistor，TFT)器件之间漏电电流较大，影响产品的良率。而在ELA现有技术中，虽然多晶硅制备效率高，但是结晶后形成的晶粒较大，并且结晶后晶粒的大小不均匀，均一性较差，进而导致TFT间特性的差异性较大，而影响器件的发光。这两种常用的制备技术缺陷对显示器的优良性能均有不利影响。
综上所述，采用现有制备技术制备的多晶硅薄膜时，形成的晶粒较小晶界较多，以及各晶粒之间大小不均匀，一致性差等问题，而导致将该多晶硅薄膜应用于TFT中时，影响产品性能。
发明内容
本揭示提供一种多晶硅薄膜的制备方法及薄膜晶体管，以解决现有制备技术中，制备的多晶硅晶粒较小以及各晶粒大小不均匀，在制成多晶硅薄膜时，TFT器件容易漏电，不利于产品性能等问题。
为解决上述技术问题，本揭示实施例提供的技术方案如下：
根据本揭示实施例的第一方面，提供了一种多晶硅薄膜的制备方法，包括如下步骤：
S100：在基板上沉积缓冲层及非晶硅层，并加热所述基板，使所述非晶硅层的晶粒固相结晶；
S101：固相结晶完成后，对所述基板进行处理，在所述非晶硅层上制备一层保温膜层；
S102：将步骤S101中得到的所述基板进行准分子激光退火，使所述基板上的所述非晶硅层再次结晶，直至得到一层多晶硅薄膜。
根据本揭示一实施例，所述缓冲层设置在所述基板上，所述非晶硅层设置在所述缓冲层上。
根据本揭示一实施例，所述缓冲层的材料为SiNx和SiOx。
根据本揭示一实施例，所述步骤S100中，所述固相结晶的条件包括：将所述基板置于600℃～650℃温度的高温炉中持续加热，加热时间为60～300分钟。
根据本揭示一实施例，所述高温炉中持续通入保护气体，所述保护气体包括氮气和氧气，所述氮气的含量大于所述氧气的含量，且所述氧气的含量不大于0.5％。
根据本揭示一实施例，所述步骤S101中具体还包括步骤：
S200：使用含氟溶剂对所述基板进行清洗，将所述基板表面的氧化物去除；
S201：将步骤S200中清洗后的所述基板通入臭氧，获得所述保温膜层。
根据本揭示一实施例，所述含氟溶剂中氟的浓度为1％，所述保温层为SiOx，所述保温层的厚度在4.5纳米和5.5纳米之间。
根据本揭示一实施例，所述步骤S100中，固相结晶完成后，得到所述晶粒的尺寸在0.045微米和0.055微米之间。
根据本揭示一实施例，所述步骤S102中，所述多晶硅薄膜中晶粒的尺寸在0.35微米和0.45微米之间。
根据本揭示的第二方面，还提供了一种薄膜晶体管，包括本揭示实施例中提供的多晶硅薄膜的制备方法制备的多晶硅薄膜。
综上所述，本揭示实施例的有益效果为：
本揭示提供一种多晶硅薄膜的制备方法及薄膜晶体管，对现有技术中的固相结晶及准分子激光退火技术进行改进，首先对非晶硅层进行一定条件的固相结晶处理，待结晶充分后再在特定的条件下进行激光退火处理，这样，得到的多晶硅薄膜中的晶粒的尺寸大小一致性较好，且比较均匀。将制备的多晶硅薄膜使用在薄膜晶体管中时，薄膜晶体管不会出现漏电，并且各薄膜晶体管之间的差异性小，器件的良率提升。
附图说明
为了更清楚地说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介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是揭示的一些实施例，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为本揭示实施例的多晶硅薄膜的制备工艺流程示意图；
图2为本揭示实施例中基板结构示意图；
图3为本揭示实施例中固相结晶完成后晶粒示意图；
图4本揭示实施例中退火处理后晶粒示意图；
图5为本揭示实施例提供的薄膜晶体管示意图。
具体实施方式
下面将结合本揭示实施例中的附图，对本揭示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揭示一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本揭示中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本揭示保护的范围。
在本揭示的实施例中，如图1所示，图1为本揭示实施例的多晶硅薄膜的制备工艺流程示意图。
所述工艺流程包括：
步骤S100：首先在基板上沉积一层缓冲层及非晶硅层，并加热所述基板，使所述非晶硅层的晶粒进行固相结晶。
具体的，在步骤S100中，如图2所示，图2为本揭示实施例中基板结构示意图。在进行处理前首先制备一块基板，所述基板包括基板202、缓冲层201以及非晶硅层200。缓冲层201设置在基板202之上，非晶硅层200设置在缓冲层201之上。制备完成后，将所述基板进行持续加热处理，可以在高温炉中进行加热，高温炉中设定的温度在600℃～650℃左右，根据基板的大小，加热时间可以进行调整，较优的加热时间为60～300分钟。并且，在加热过程中，持续通入保护气体对所述基板进行保护，所述保护气体包括氮气和氧气，所述氮气的含量大于所述氧气的含量，N2中氧气的含量不大于0.5％。所述基板中的非晶硅层会在此设定的加热条件下进行固相结晶。
当基板中的非晶硅层结晶完成后，如图3所示，图3为本揭示实施例中固相结晶完成后晶粒示意图。在整个晶粒中包括晶粒300及晶界301。通过步骤S100中的第一次固相结晶，得到的晶粒300的尺寸较小，晶粒300的尺寸在0.045微米和0.055微米之间，较优的尺寸为0.05微米。并且所述晶粒的一致性较好，但是由于晶粒300较细小，因此晶界301就会增多，通过对结晶后的晶粒进行测量。
在设置上述缓冲层201时，缓冲层201的材料主要为氮化硅(SiNx)及氧化硅(SiOx)。
步骤S101：接着，在固相结晶完成后，对所述基板进行处理，在所述非晶硅层上制备一层保温膜层。
当步骤S100中的固相结晶完成后，继续对上述基板及各膜层进行处理。具体的，所述处理为：首先使用含氟溶剂对其进行清洗，通过清洗，去除基板及膜层上的氧化物，清洗完成后，再将所述基板通入臭氧，基板的表面会在臭氧的环境中形成一层很薄的保温膜层。该保温膜层会在后续的处理中起到很好的保温作用，能大幅度的提高晶粒的结晶效果。
在进行操作时，所述含氟溶剂中氟的浓度为1％，形成的保温层主要为SiOx，其厚度在4.5纳米和5.5纳米之间。
步骤S101处理完成后，继续对基板进行处理：
步骤S102：将上述处理完成后的基板进行准分子激光退火，使所述基板上的非晶硅层再次结晶，直至得到一层多晶硅薄膜。
多晶硅中的晶粒虽然已经完成了一次固相结晶，但是步骤S100中得到的晶粒不理想，因此，通过步骤S102对上述晶粒进行进一步优化，直至获得理想的晶粒。
具体的，在准分子激光退火处理时，如图4所示，图4为本揭示实施例中退火处理后晶粒示意图。整个晶粒中包括晶粒400及晶界401。基板上的非晶硅膜层中的晶粒会再次长大，由于晶粒长大一部分晶界会消失。与图3中的晶粒300的大小进行对比，图4中的晶粒400明显变大，且晶界401也变少。在退火处理完成时，晶粒的尺寸为0.35微米和0.45微米，较优为0.4微米。
在进行准分子激光退火时，再次结晶的晶粒会以第一次固相结晶时形成的晶粒为晶核，在所述晶核的基础上进行生长，由于第一次固相结晶后获得的晶粒一致性较好，因此，在退火结晶完成后，所述晶粒仍具有较好的一致性，并且得到的晶粒的尺寸也变大，晶界较少。将其使用在薄膜晶体管中时，可大幅度减小TFT关态的漏电电流，并且减小各TFT器件之间的特性差异，提升产品的良率。
同时，本揭示实施例还提供一种薄膜晶体管。如图5所示，图5为本揭示实施例提供的薄膜晶体管示意图。所述薄膜晶体管501中包括本揭示实施例提供的多晶硅薄膜500，所述多晶硅薄膜500通过本揭示的技术制备而来。
以上对本揭示实施例所提供的一种多晶硅薄膜的制备方法及薄膜晶体管进行了详细介绍，以上实施例的说明只是用于帮助理解本揭示的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本揭示各实施例的技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100：在基板上沉积缓冲层及非晶硅层，并加热所述基板，使所述非晶硅层的晶粒进行固相结晶；
S101：固相结晶完成后，对所述基板进行处理，在所述非晶硅层上制备一层保温膜层；
S102：将步骤S101中得到的所述基板进行准分子激光退火，使所述基板上的所述非晶硅层再次结晶，直至得到一层多晶硅薄膜。
2.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述缓冲层设置在所述基板上，所述非晶硅层设置在所述缓冲层上。
3.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述缓冲层的材料为SiNx和SiOx。
4.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S100中，所述固相结晶的条件包括：将所述基板置于600℃～650℃温度的高温炉中持续加热，加热时间为60分钟～300分钟。
5.根据权利要求4所述的多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述高温炉中持续通入保护气体，所述保护气体包括氮气和氧气，所述氮气的含量大于所述氧气的含量，且所述氧气的含量不大于0.5％。
6.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S101中还包括步骤：
S200：使用含氟溶剂对所述基板进行清洗，将所述基板表面的氧化物去除；
S201：将步骤S200中清洗后的所述基板通入臭氧，获得所述保温膜层。
7.根据权利要求6所述的多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述含氟溶剂中氟的浓度为1％，所述保温膜层为SiOx，所述保温膜层的厚度在4.5纳米和5.5纳米之间。
8.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S100中，固相结晶完成后，得到所述非晶硅层的所述晶粒的尺寸在0.045微米和0.055微米之间。
9.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S102中，所述多晶硅薄膜的晶粒的尺寸在0.35微米和0.45微米之间。
10.一种薄膜晶体管，其特征在于，包括多晶硅薄膜，所述多晶硅薄膜如权利要求1～9中任一项所述的多晶硅薄膜的制备方法制备。
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