TW201518561A - 一種平坦化多晶矽薄膜的製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種平坦化多晶矽薄膜的製造方法，一種平坦化多晶矽的製造方法，將非晶矽薄膜製備成多晶矽薄膜，包括以下步驟：採用準分子雷射對所述非晶矽薄膜經行預結晶處理，形成多晶矽薄膜；對所述多晶矽薄膜的表面進行處理，去除多晶矽薄膜表面的氧化層；再次採用準分子雷射對去除表面氧化層的多晶矽薄膜表面進行再次結晶處理。本發明提供的平坦化多晶矽的製造方法，能夠有效地降低多晶矽薄膜表面的粗糙度，並且工藝簡單方便。

Description

一種平坦化多晶矽薄膜的製造方法
本發明涉及多晶矽薄膜的製造技術，尤其涉及一種平坦化多晶矽薄膜的製造方法。
對於目前主流的顯示器件液晶顯示器（LCD）和有機發光二極管（OLED）來說，多晶矽的製備技術都是非常重要的一環。現有技術中製備多晶矽的方法都是在首先採用化學氣相沉積的方法在襯底上沉積非晶矽，然後採用各種技術手段將非晶矽結晶成多晶矽。其中主要的技術有準分子雷射退火（ELA）、固相晶化（SPC）、金屬誘導晶化（MIC）等多種技術，其中準分子雷射退火是其中最成熟最有效的技術。
準分子雷射退火工藝是一種相對比較複雜的退火過程，在這個過程中非晶矽吸收能量溶解，然後依附晶核生長，由於晶格與晶格會發生相互作用形成晶界，進而形成晶粒排列部分有序的多晶矽結構。對於所形成的多晶矽薄膜，薄膜表面的平坦性、晶粒尺寸及晶粒均勻性的控制一直是該技術領域中的研究熱點。尤其多晶矽表面平坦性也就是表面粗糙度的大小將直接影響著薄膜晶體管的電學性能（遷移率大小、漏電流大小、遷移率及閾值電壓的均勻性等）。如何製作表面粗糙度低的多晶矽薄膜成爲亟待解决的技術問題，一直引起人們廣泛的關注。
本發明的目的在於提出一種平坦化多晶矽薄膜的製造方法，能夠有效地降低多晶矽薄膜表面的粗糙度。
爲達此目的，本發明採用以下技術方案：
一種平坦化多晶矽薄膜的製造方法，將非晶矽薄膜製備成多晶矽薄膜，包括以下步驟：
採用準分子雷射對所述非晶矽薄膜進行預結晶處理，形成多晶矽薄膜；
對所述多晶矽薄膜的表面進行處理，去除多晶矽薄膜表面的氧化層；
再次採用準分子雷射對去除表面氧化層的多晶矽薄膜表面進行再次結晶處理。
其中，所述去除多晶矽薄膜表面的氧化層包括採用氫氟酸溶液去除多晶矽表面的氧化層。
其中，氫氟酸溶液的濃度爲氫氟酸在水中的體積比爲0.5%-1%。
其中，所述去除多晶矽薄膜表面的氧化層包括採用含有氨水的氫氟酸溶液去除多晶矽表面的氧化層。
其中，含有氨水的氫氟酸溶液的濃度爲氨水和氫氟酸的比例爲4:1至6:1，氨水和氫氟酸的總和在水中的體積比爲0.5%-1%。
其中，採用在多晶矽薄膜表面旋塗溶液的方式對多晶矽薄膜進行處理，處理的時間爲15-40秒。
其中，在採用准分子對非晶矽薄膜進行預結晶處理之前，採用臭氧水對非晶矽薄膜表面進行預處理去除非晶矽薄膜表面附著物，並且形成表面氧化層，以及採用氫氟酸溶液去除所形成的表面氧化層中的不良氧化層，然後再次採用臭氧水對非晶矽薄膜表面進行處理，生成氧化層。
與現有技術相比，本發明提供的平坦化多晶矽薄膜的製造方法，能夠有效地降低多晶矽薄膜表面的粗糙度，並且工藝簡單方便。
S101~S107‧‧‧步驟
圖1爲具體實施方式中平坦化多晶矽薄膜的製造工藝流程圖。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用於解釋本發明，而非對本發明的限定。另外還需要說明的是，爲了便於描述，附圖中僅示出了與本發明相關的部分而非全部結構。
如圖1所示，本具體實施方式提供的平坦化多晶矽的製備方法包括如下的步驟：首先，如步驟S101所示，在基板上採用化學氣相沉積方法沉積非晶矽薄膜，這裏也可以採用其它方式形成非晶矽薄膜如等離子增强化學氣相沉積等。接著對所沉積的非晶矽薄膜進行預處理，如步驟S102所示，首先採用臭氧水溶液進行處理，該步驟處理的作用是去除非晶矽薄膜表面一些附著物，達到清潔非晶矽表面的目的，同時對非晶矽表面進行氧化，有利於後續得到平坦的多晶矽。
之後，如步驟S103所示，採用稀釋的氫氟酸溶液對已經處理過的非晶矽薄膜表面進行處理，將一些不良的氧化層去除，避免這些不良的氧化層造成的一些突起，影響後續形成的多晶矽，造成多晶矽表面的粗糙度增大。這裏稀釋的氫氟酸的濃度爲氫氟酸在水中的體積比爲0.5%-1%。這個濃度的氫氟酸溶液可以有效地將不良的氧化層去除，同時不會對非晶矽的腐蝕過多，不會影響到非晶矽表面的平坦性。
然後，如步驟S104所示，再次採用臭氧水對非晶矽薄膜表面進行處理，得到均勻的氧化層。
以上進行的都是對非晶矽薄膜的預處理，接著進行對非晶矽薄膜的結晶處理，具體步驟如下：
如步驟S105所示，採用準分子雷射對上次經過兩個處理步驟處置之後的非晶矽薄膜表面進行退火處理，使晶粒的排列由無序轉變爲部分有序的狀態，非晶矽結晶爲多晶矽。採用的準分子雷射的波長主要爲308nm或351nm。308nm準分子雷射是以氯化氙(化學式:XeCl)爲雷射受激氣體而産生的波長爲308nm 的紫外雷射，351nm準分子雷射是以氙氟(化學式: XeF)爲雷射受激氣體而産生的波長爲351nm 的紫外雷射，這兩種雷射的單光子能量比大部分分子的化學鍵能都高，能深入材料分子內部進行加工，能夠快速地將非晶矽結晶成爲多晶矽。
這一步驟中準分子雷射使非晶矽預結晶爲多晶矽，經過這一步驟，大部分的非晶矽已經結晶爲多晶矽，但得到的多晶矽薄膜表面不平整，主要是晶格與晶格的相互作用導致在晶界處出現尖角（peak），這種尖角導致多晶矽薄膜的不平整，在光電器件的製備中會造成與多晶矽薄膜接觸的絕緣膜的厚度發生變化，並且導致多晶矽薄膜與絕緣膜之間的界面問題。如尤其在絕緣膜與多晶矽的界面處會出現變薄的情况，以及多晶矽薄膜與絕緣膜接觸的界面處存在空隙，造成結合不緊密，這些都會導致元器件性能的下降以及可靠性的降低。
爲了使得到的多晶矽薄膜平整，在步驟S105之後，進行步驟S106，也就是對多晶矽薄膜的表面進行處理，然後再進行一次準分子雷射退火過程，提高多晶矽薄膜表面的平整度。
具體對多晶薄膜矽的表面進行處理的步驟如圖1中步驟S106所述示。採用稀釋的氫氟酸對多晶矽薄膜表面進行輕微腐蝕處理，這裏稀釋的氫氟酸的濃度爲氫氟酸在水中的體積比爲0.5%-1%。採用的處理方法是旋塗法，保證多晶矽的表面均勻地接觸氫氟酸溶液，處理的時間在15-40秒之間，這需要根據氫氟酸溶液的濃度，工藝溫度來選擇和調整。本具體實施方式採用的上述處理時間保證多晶矽薄膜表面不平整的氧化膜被去除，同時不會腐蝕多晶矽薄膜表面太多，影響平整度。
在另一種方式中，還可以採用含有氨水的氫氟酸溶液，含有氨水的氫氟酸溶液的濃度爲氨水和氫氟酸的比例爲4:1或5:1或6:1，氨水和氫氟酸的總和在水中的體積比爲0.5%-1%。在該溶液中氫氟酸會與氨水發生反應生成氟化氨，對多晶矽不平整的表面進行腐蝕，去除氧化膜和一些不良的尖角等，提高多晶矽的平整度。
在該步驟中可以去除多晶矽薄膜表面不平整的部分，由於不平整部分與腐蝕液的反應速度要大於晶粒排列整齊的平整部分，因此可以將一些尖銳的角度等容易造成粗糙度大的地方去除，而本身平整的部分則不會被腐蝕液腐蝕太多，保持其平整性，使最後得到的多晶矽薄膜表面具有較小的粗糙度。當然還可以其他表面處理方式，只要將多晶矽表面不平整的部分去除即可。
最後如步驟S107所示，對處理過的多晶矽薄膜表面再進行一次準分子雷射退火處理，處理的工藝與第一次準分子雷射的處理工藝相同，使多晶矽晶粒進行重結晶，得到表面平整的多晶矽薄膜。
與現有技術相比，本具體實施方式提供的平坦化多晶矽薄膜的製造方法在兩次準分子雷射處理之間增加對多晶矽薄膜表面的處理工藝，優選採用氫氟酸處理，能夠在兩次準分子雷射之間對多晶矽薄膜表面的平坦性進行優化，消除一些不平整的地方，在第二次準分子雷射過程中，這些不平整的地方不會再次成爲成核中心，這樣經過再次結晶，晶粒的排列更加有序，能使最後得到的多晶矽薄膜表面的粗糙度由現有的100埃左右降低到50埃，有效地得到平坦化的多晶矽薄膜，處理工藝簡便。
注意，上述僅爲本發明的較佳實施例及所運用技術原理。本領域技術人員會理解，本發明不限於這裏所述的特定實施例，對本領域技術人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調整和替代而不會脫離本發明的保護範圍。因此，雖然通過以上實施例對本發明進行了較爲詳細的說明，但是本發明不僅僅限於以上實施例，在不脫離本發明構思的情况下，還可以包括更多其他等效實施例，而本發明的範圍由所附的申請專利範圍决定。
 
S101~S107‧‧‧步驟

Claims (7)

  1. 【第1項】
    一種平坦化多晶矽薄膜的製造方法，包括以下步驟：
    採用準分子雷射對所述非晶矽薄膜進行預結晶處理，形成多晶矽薄膜；
    對所述多晶矽薄膜的表面進行處理，去除多晶矽薄膜表面的氧化層；
    採用準分子雷射對去除表面氧化層的多晶矽薄膜表面進行結晶處理。
  2. 【第2項】
    如申請專利範圍第1項所述的多晶矽薄膜的製造方法，所述去除多晶矽薄膜表面的氧化層包括採用氫氟酸溶液去除多晶矽表面的氧化層。
  3. 【第3項】
    如申請專利範圍第2項所述的多晶矽薄膜的製造方法，其中氫氟酸溶液的濃度爲氫氟酸在水中的體積比爲0.5%-1%。
  4. 【第4項】
    如申請專利範圍第1項所述的多晶矽薄膜的製造方法，所述去除多晶矽薄膜表面的氧化層包括採用含有氨水的氫氟酸溶液去除多晶矽表面的氧化層。
  5. 【第5項】
    如申請專利範圍第4項所述的多晶矽薄膜的製造方法，含有氨水的氫氟酸溶液的濃度爲氨水和氫氟酸的比例爲4:1至6:1，氨水和氫氟酸的總和在水中的體積比爲0.5%-1%。
  6. 【第6項】
    如申請專利範圍第2-5中任一項所述的多晶矽薄膜的製造方法，採用在多晶矽薄膜表面旋塗溶液的方式對多晶矽薄膜進行處理，處理的時間爲15-40秒。
  7. 【第7項】
    如申請專利範圍第1-5中任一項所述的多晶矽的製造方法，在採用准分子對非晶矽薄膜進行預結晶處理之前，採用臭氧水對非晶矽薄膜表面進行預處理去除非晶矽薄膜表面附著物，並且形成表面氧化層，以及採用氫氟酸溶液去除所形成的表面氧化層中的不良氧化層，然後再次採用臭氧水對非晶矽薄膜表面進行處理，生成氧化層。
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