專利名稱：一種多晶硅薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種多晶硅薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
在玻璃襯底上制備高分辨率全彩色的有源 矩陣液晶顯示屏(AM-IXD)和有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管顯示屏(AM-OLED)，尤其是將周邊驅(qū)動(dòng)電路集成一體化的板上系統(tǒng)(SOP)顯示屏，需要高性能的低溫多晶硅薄膜晶體管(TFT)作為顯示器件(LCD或0LED)的選址或驅(qū)動(dòng)元件。目前，獲得多晶硅材料的方法主要有固相晶化(SPC)、準(zhǔn)分子激光退火(ELA)、金屬誘導(dǎo)晶化(MIC)和金屬誘導(dǎo)橫向晶化(MILC)等技術(shù)。固相晶化法(SPC)低溫晶化時(shí)間長，高溫晶化只能適用于石英等昂貴的耐高溫襯底，不適合顯示屏用玻璃襯底的要求，且其晶核隨機(jī)分布，晶粒排列無序；準(zhǔn)分子激光退火可以獲得高質(zhì)量的多晶硅薄膜，但其設(shè)備昂貴，且制備的多晶硅薄膜均勻性較差；金屬誘導(dǎo)晶化降低了晶化溫度，縮短了晶化時(shí)間，使之可以用于普通顯示屏，用玻璃襯底制備多晶硅薄膜，但較高的誘導(dǎo)金屬殘留，使之并未走向?qū)嵱?；改進(jìn)的金屬誘導(dǎo)橫向晶化(MILC)解決了高誘導(dǎo)金屬殘留問題，同時(shí)晶粒生長有序，利用其誘導(dǎo)金屬殘留量低的橫向晶化區(qū)作為有源區(qū)可以值得高性能的TFT器件，因而此技術(shù)被廣泛應(yīng)用，但此項(xiàng)技術(shù)制備大晶粒(晶粒尺寸> 100微米)多晶硅薄膜退火時(shí)間較長。例如中國專利申請(qǐng)200710150842. 5，發(fā)明名稱為“自緩釋金屬誘導(dǎo)晶化多晶硅薄膜材料的制備方法及應(yīng)用”中所公開的，該多晶硅薄膜不適于生產(chǎn)應(yīng)用，同時(shí)其也會(huì)在橫向晶化區(qū)中間形成高誘導(dǎo)金屬殘留的對(duì)撞晶界，圖I為現(xiàn)有技術(shù)中金屬橫向誘導(dǎo)法制備多晶硅退火過程中多層膜結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖，由該現(xiàn)有技術(shù)制備多晶硅材料的過程中，在橫向誘導(dǎo)區(qū)，誘導(dǎo)前鋒(黑色箭頭所示)橫向?qū)M(jìn)，在中部形成對(duì)撞晶界，此過程較為緩慢，制備大晶粒多晶硅薄膜材料所需時(shí)間較長，不適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)需要。

發(fā)明內(nèi)容
為克服以上缺陷，本發(fā)明提供了一種多晶硅薄膜的制備方法，該制備方法通過對(duì)誘導(dǎo)金屬線間施以直流電壓，在非晶硅薄膜內(nèi)形成均勻電場，退火過程中，誘導(dǎo)前鋒在電場力作用下，推進(jìn)速度加快，提高結(jié)晶速率，同時(shí)橫向誘導(dǎo)區(qū)的誘導(dǎo)金屬會(huì)在電場力作用下由負(fù)極向正極推進(jìn)，隨誘導(dǎo)前鋒一直推進(jìn)至正極附近，并形成對(duì)撞晶界，這樣就在極間形成低誘導(dǎo)金屬殘留的多晶硅薄膜。本發(fā)明的目的是通過如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供一種多晶硅薄膜的制備方法，該制備方法包括以下步驟(I)在襯底上依次沉積阻擋層、非晶硅層和誘導(dǎo)金屬層；(2)對(duì)步驟(I)形成的誘導(dǎo)金屬層進(jìn)行光刻處理，得到相互平行的誘導(dǎo)金屬線；(3)對(duì)經(jīng)步驟(2)處理的誘導(dǎo)金屬層進(jìn)行退火處理，并在退火過程中對(duì)誘導(dǎo)金屬線施加直流電壓；以及(4)經(jīng)步驟(3)退火處理后，以例如酸洗的方法去掉誘導(dǎo)金屬線，以形成多晶硅薄膜。上述制備方法中，所述襯底材料為玻璃、不銹鋼或高溫聚合物膜。上述制備方法中，所述阻擋層為氧化硅或氮化硅。上述制備方法中，所述阻擋層的厚度為100 900納米。上述制備方法中，所述非晶硅層的厚度為45 100納米。上述制備方法中，所述誘導(dǎo)金屬層的誘導(dǎo)金屬為鎳或含鎳的合金；上述制備方法中，所述誘導(dǎo)金屬層的厚度為I 5納米?！ど鲜鲋苽浞椒ㄖ校稣T導(dǎo)金屬線的厚度為I 5納米，寬度為I 10微米。上述制備方法中，相鄰的兩根誘導(dǎo)金屬線之間的距離為50 500微米。上述制備方法中，相鄰的兩根誘導(dǎo)金屬線之間的距離彼此相等。上述制備方法中，在步驟(3)中，退火處理的溫度為450 600攝氏度，退火處理的時(shí)間為I 10小時(shí)。上述制備方法中，在步驟(3)中，相鄰誘導(dǎo)金屬線之間的電場強(qiáng)度為30 210V/cm,優(yōu)選為110 170V/cm,更優(yōu)選為150V/cm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明多晶硅薄膜的制備方法至少具備以下有益效果I、本發(fā)明的退火(晶化)時(shí)間大大縮短；2、本發(fā)明通過對(duì)誘導(dǎo)金屬線間施以直流電壓，在非晶硅薄膜內(nèi)形成均勻電場，便于形成晶界規(guī)整的多晶硅晶粒；3、本發(fā)明電極間電壓較低，不需要額外配置高壓直流電源；4、本發(fā)明便于制備超大晶粒的多晶硅薄膜；5、本發(fā)明橫向晶化區(qū)多晶硅層誘導(dǎo)金屬殘留量低。電場增強(qiáng)橫向誘導(dǎo)中，電場增大鎳原子擴(kuò)撒系數(shù)，提升Ni-Si反應(yīng)生成鎳硅化合物的速率，鎳硅化合物(NiSi2)的成核模板效應(yīng)對(duì)非晶硅的結(jié)晶有極大的促進(jìn)作用，同時(shí)，在電場力作用下，誘導(dǎo)前鋒的推進(jìn)速度也會(huì)增加，進(jìn)而增大誘導(dǎo)結(jié)晶速率，退火(晶化)時(shí)間大大縮短。誘導(dǎo)金屬層被刻蝕成相互平行且間距一致的誘導(dǎo)金屬線，相鄰極間施加相同的直流電壓后，極間電場均勻，退火時(shí)橫向晶界會(huì)幾乎沿著電場方向，所形成的多晶硅晶粒橫向晶界規(guī)整。現(xiàn)有橫向金屬誘導(dǎo)技術(shù)，其對(duì)撞晶界形成于相鄰誘導(dǎo)口的中間區(qū)域，因此晶粒尺寸約為相鄰誘導(dǎo)口間距的一半，本發(fā)明所述的方法，橫向誘導(dǎo)區(qū)的誘導(dǎo)金屬會(huì)在電場力作用下由負(fù)極向正極推進(jìn)，隨誘導(dǎo)前鋒一直推進(jìn)至正極附近，并形成對(duì)撞晶界，晶粒尺寸幾乎為原有技術(shù)的一倍，特別適合制備大尺寸晶粒的多晶硅薄膜。橫向晶化區(qū)結(jié)晶完成后，誘導(dǎo)金屬在電場力作用下，多會(huì)聚集于對(duì)撞晶界處，進(jìn)而使得橫向晶化區(qū)的誘導(dǎo)金屬殘留量低。


以下，結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方案，其中圖I為現(xiàn)有技術(shù)中金屬橫向誘導(dǎo)晶化技術(shù)制備多晶硅薄膜退火過程中多層膜結(jié)構(gòu)橫截面示意圖2a為本發(fā)明電場增強(qiáng)金屬橫向誘導(dǎo)制備多晶硅薄膜退火過程中多層膜結(jié)構(gòu)橫截面示意圖；圖2b為本發(fā)明電場增強(qiáng)金屬橫向誘導(dǎo)制備多晶硅薄膜退火過程中俯視示意圖；以及圖3為電場增強(qiáng)非晶硅橫向生長速率與場強(qiáng)之間的關(guān)系(500°C退火)。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)理解，下述實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。圖2a為本發(fā)明電場增強(qiáng)金屬橫向誘導(dǎo)制備多晶硅薄膜退火過程中多層膜結(jié)構(gòu)橫截面示意圖；圖2b為本發(fā)明電場增強(qiáng)金屬橫向誘導(dǎo)制備多晶硅薄膜退火過程中俯視示意 圖。參考圖2a和2b，本發(fā)明提供一種電場增強(qiáng)金屬橫向誘導(dǎo)制備多晶硅薄膜的方法，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，該方法包括以下步驟(I)在選定的襯底上，先利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPECVD)、磁控濺射等方法在襯底沉積阻擋層；再利用本領(lǐng)域公知的PECVD、LPCVD熱化學(xué)氣相沉積(HWCVD)、電子回旋共振化學(xué)氣相沉積(ECRCVD)、磁控濺射等方法沉積非晶硅層；最后利用電子束蒸發(fā)、濺射、化學(xué)氣相沉積、溶液浸泡或旋涂的方法在非晶硅層上形成誘導(dǎo)金屬層。在該步驟中，襯底材料可以使玻璃、不銹鋼或諸如高溫聚合物膜的常規(guī)柔性材料。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，可以使用康寧1737F、鷹2000等用于制備TFT的常用玻璃，厚度為O. 3 I. 5暈米。在該步驟中，阻擋層的主要作用是防止襯底中雜質(zhì)在后續(xù)加熱過程中向多晶硅薄膜中擴(kuò)散，該阻擋層還可以增加襯底強(qiáng)度，從而便于后續(xù)過程對(duì)其進(jìn)行處理。在該步驟中，非晶硅層為制備多晶硅薄膜的前驅(qū)物，其厚度為45 100納米。在該步驟中，誘導(dǎo)金屬層為鎳或含鎳的合金，厚度為I 5納米。(2)對(duì)步驟(I)得到的誘導(dǎo)金屬層進(jìn)行光刻處理，得到相互平行且間距一致的誘導(dǎo)金屬線，誘導(dǎo)金屬線線寬為I 10微米，間距為50 500微米。(3)對(duì)步驟(2)處理的誘導(dǎo)金屬層進(jìn)行退火處理，退火溫度為450 600攝氏度，退火時(shí)間為I 10小時(shí)，在退火過程中對(duì)誘導(dǎo)金屬線極間施加直流電壓，使之彼此間形成均勻電場，極間電場強(qiáng)度為30 210V/cm,優(yōu)選為110 170V/cm,本發(fā)明的一個(gè)更優(yōu)選實(shí)施例中，極間電場強(qiáng)度為150V/cm。本發(fā)明電場增強(qiáng)金屬橫向誘導(dǎo)制備多晶硅薄膜退火過程中多層膜結(jié)構(gòu)如圖2a和2b所示，金屬誘導(dǎo)前鋒在負(fù)極處形成，并迅速向正極方向推進(jìn)(黑色箭頭表示金屬誘導(dǎo)前鋒推進(jìn)的方向)，并最終在正極附近形成對(duì)撞晶界。(4)退火完成后，采用酸洗等方法除去線形金屬誘導(dǎo)層。實(shí)施例I本發(fā)明多晶硅薄膜的制備方法I)選用康寧1737F作為襯底材料，首先，采用PECVD的方法在襯底表面沉積一層厚度為500納米的二氧化硅，作為阻擋層；然后，采用PECVD的方法在阻擋層表面沉積一層厚度為50納米的非晶硅薄膜，作為非晶硅層；最后，在非晶硅層上采用濺射的方法形成一層厚度為2納米的鎳金屬薄膜，即為誘導(dǎo)金屬層；2)采用光刻技術(shù)，對(duì)誘導(dǎo)金屬層，即鎳金屬薄膜進(jìn)行光刻，在非晶硅薄膜表面上形成相互平行的誘導(dǎo)金屬線，線寬3微米，間距50微米；3)對(duì)上述產(chǎn)物進(jìn)行退火處理，誘導(dǎo)金屬線極間直流電場強(qiáng)度為50V/cm，退火溫度500攝氏度，非晶硅晶化時(shí)間約為I小時(shí)；4)以酸洗除去退火后多晶硅薄膜表面的誘導(dǎo)金屬線，即可得到晶粒尺寸約為45微米，極間誘導(dǎo)金屬殘留量低的高性能多晶硅薄膜。實(shí)施例2本發(fā)明多晶硅薄膜的制備方法I)選用康寧1737F作為襯底材料，首先，采用PECVD的方法在襯底表面沉積一層厚度為500納米的二氧化硅，作為阻擋層；然后，采用PECVD的方法在阻擋層表面沉積一層厚
度為50納米的非晶硅薄膜，作為非晶硅層；最后，在非晶硅層上采用濺射的方法形成一層厚度為2納米的鎳金屬薄膜，即為誘導(dǎo)金屬層；2)采用光刻技術(shù)，對(duì)誘導(dǎo)金屬層，即誘導(dǎo)金屬薄膜進(jìn)行光刻，在非晶硅薄膜表面上形成相互平行的誘導(dǎo)金屬線，線寬5微米，間距200微米；3)對(duì)上述產(chǎn)物進(jìn)行退火處理，誘導(dǎo)金屬線極間直流電場強(qiáng)度為llOV/cm，退火溫度500攝氏度，非晶硅晶化時(shí)間約為2. 5小時(shí)；4)除去退火后多晶硅薄膜表面的誘導(dǎo)金屬線，即可得到晶粒尺寸約為190微米，極間誘導(dǎo)金屬殘留量低的高性能多晶硅薄膜。實(shí)施例3本發(fā)明多晶硅薄膜的制備方法I)采用康寧1737F作為襯底材料，首先，采用PECVD的方法在襯底表面沉積一層厚度為500納米的二氧化硅，作為阻擋層；之后，采用PECVD的方法在阻擋層表面沉積一層厚度為50納米的非晶硅薄膜，作為非晶硅層；最后，在非晶硅薄膜上采用濺射的方法形成一層厚度為3納米的鎳金屬薄膜，即為誘導(dǎo)金屬層；2)采用光刻技術(shù)，對(duì)誘導(dǎo)金屬層，即誘導(dǎo)金屬薄膜進(jìn)行光刻，在非晶硅薄膜表面上形成相互平行的誘導(dǎo)金屬線，線寬10微米，間距500微米；3)對(duì)上述產(chǎn)物進(jìn)行退火處理，誘導(dǎo)金屬線極間直流電場強(qiáng)度為150V/cm，退火溫度500攝氏度，非晶硅晶化時(shí)間約為5小時(shí)；4)除去退火后多晶硅薄膜表面的誘導(dǎo)金屬線，即可得到晶粒尺寸約為480微米，極間誘導(dǎo)金屬殘留量底的高性能多晶硅薄膜。實(shí)施例4-12按照與實(shí)施實(shí)例3基本相同的工藝參數(shù)，通過改變極電場強(qiáng)度(電場強(qiáng)度如表I所示)制備多晶硅薄膜，并測定其中的晶化速率，得出晶化速率與電場強(qiáng)度之間的關(guān)系，結(jié)果具體如表I和圖3所示。表I
權(quán)利要求
1.一種多晶硅薄膜的制備方法，該制備方法包括以下步驟 步驟I、在襯底上依次沉積阻擋層、非晶硅層和誘導(dǎo)金屬層； 步驟2、對(duì)步驟I形成的誘導(dǎo)金屬層進(jìn)行光刻處理，得到相互平行的誘導(dǎo)金屬線； 步驟3、對(duì)經(jīng)步驟2處理的誘導(dǎo)金屬層進(jìn)行退火處理，并在退火過程中對(duì)誘導(dǎo)金屬線施加直流電壓；以及 步驟4、經(jīng)步驟3退火處理后，以例如酸洗的方法去掉誘導(dǎo)金屬線，以形成多晶硅薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述襯底材料為玻璃、不銹鋼或高溫聚合物膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制備方法，其特征在于，所述阻擋層為氧化硅或氮化硅；優(yōu)選地，所述阻擋層的厚度為100 900納米。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述非晶硅層的厚度為45 100納米。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述誘導(dǎo)金屬層的誘導(dǎo)金屬為鎳或含鎳的合金； 優(yōu)選地，所述誘導(dǎo)金屬層的厚度為I 5納米。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述誘導(dǎo)金屬線的厚度為I 5納米，寬度為I 10微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，相鄰的兩根誘導(dǎo)金屬線之間的距離為50 500微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，相鄰的兩根誘導(dǎo)金屬線之間的距離彼此相等。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，在步驟3中，退火處理的溫度為450 600攝氏度，退火處理的時(shí)間為I 10小時(shí)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，在步驟3中，相鄰誘導(dǎo)金屬線之間的電場強(qiáng)度為30 210V/cm，優(yōu)選為110 170V/cm，更優(yōu)選為150V/cm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多晶硅薄膜的制備方法，該制備方法包括以下步驟在襯底上依次沉積阻擋層、非晶硅層和誘導(dǎo)金屬層；對(duì)上述形成的誘導(dǎo)金屬層進(jìn)行光刻處理，得到相互平行的誘導(dǎo)金屬線；對(duì)上述處理的誘導(dǎo)金屬層進(jìn)行退火處理，并在退火過程中對(duì)誘導(dǎo)金屬線施加直流電壓；以及經(jīng)退火處理后，以例如酸洗的方法去掉誘導(dǎo)金屬線，以形成多晶硅薄膜。本發(fā)明的制備方法退火時(shí)間短，橫向晶化區(qū)多晶硅層誘導(dǎo)金屬殘留量低，制備的多晶硅薄膜晶粒大。
文檔編號(hào)H01L21/02GK102881569SQ201110191980
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月11日
發(fā)明者史亮亮, 郭海成, 凌代年, 邱成峰, 賈洪亮, 黃飚, 黃宇華 申請(qǐng)人:廣東中顯科技有限公司