低溫多晶硅薄膜的制作方法、低溫多晶硅薄膜及相關(guān)器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種低溫多晶硅薄膜的制作方法、低溫多晶硅薄膜及相關(guān)器件，屬于顯示面板制造領(lǐng)域。其中，低溫多晶硅薄膜的制作方法，包括：在基板上形成非晶硅層；在所述非晶硅層上形成堿金屬離子吸附層；對(duì)形成有所述堿金屬離子吸附層的基板進(jìn)行準(zhǔn)分子激光退火，使所述非晶硅層轉(zhuǎn)化成多晶硅層；去除堿金屬離子吸附層，在所述基板上形成多晶硅薄膜。本發(fā)明的技術(shù)方案能夠減少低溫多晶硅薄膜中的堿金屬離子，從而有效防止低溫多晶硅薄膜晶體管的閾值電壓漂移。
【專利說(shuō)明】低溫多晶硅薄膜的制作方法、低溫多晶硅薄膜及相關(guān)器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及顯示面板制造領(lǐng)域，特別是指一種低溫多晶硅薄膜及其制作方法、低溫多晶硅薄膜晶體管、陣列基板及顯示裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]有機(jī)發(fā)光顯示器(OLED)由于具有自主發(fā)光、快速響應(yīng)、輕薄、低功耗并可實(shí)現(xiàn)柔性顯示等諸多優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，被認(rèn)為是下一代的平板顯示技術(shù)。目前，OLED技術(shù)已逐步應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中，其中有源矩陣有機(jī)發(fā)光顯示屏(AMOLED)憑借高畫質(zhì)、移動(dòng)圖像響應(yīng)時(shí)間短、低功耗、寬視角及超輕超薄等優(yōu)點(diǎn)而成為OLED發(fā)展的主要趨勢(shì)。
[0003]目前AMOLED背板技術(shù)中多采用多晶硅薄膜晶體管，多晶硅薄膜晶體管具有消耗功率小且電子遷移率大等優(yōu)點(diǎn)。早期的多晶硅薄膜晶體管的制程溫度高達(dá)攝氏1000°c，因此基板材質(zhì)的選擇受到大幅的限制，近來(lái)由于激光的發(fā)展，制程溫度可降至攝氏600°c以下，利用此種制程方式所得的多晶硅薄膜晶體管又被稱為低溫多晶硅薄膜晶體管(LTPSTFT)。
[0004]LTPS TFT制備的關(guān)鍵技術(shù)是將非晶硅轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч璧慕Y(jié)晶化方法。這些方法可以分成非激光結(jié)晶和激光退火兩類。在非激光結(jié)晶中，最簡(jiǎn)單的方法是固相結(jié)晶(SPC)JMSPC需在600°C退火10hr，不適用于大面積玻璃基板。激光方法中，應(yīng)用最廣泛的是準(zhǔn)分子激光退火(ELA)，因?yàn)樗Y(jié)晶度極高、結(jié)晶速度快且遷移率高。另外，ELA已經(jīng)應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0005]在現(xiàn)有低溫多晶硅薄膜晶體管的制程中，其中一個(gè)步驟是在基板上形成一層多晶硅薄膜，后續(xù)制程會(huì)基于該多晶硅薄膜形成薄膜晶體管的源極/漏極區(qū)與溝道區(qū)。低溫多晶硅薄膜晶體管的電學(xué)性能包括有遷移率大小，遷移率及閾值電壓(Threshold voltage)的穩(wěn)定性等，通常將薄膜晶體管傳輸特性曲線中輸出電壓隨輸入電壓改變而急劇變化轉(zhuǎn)折區(qū)的中點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入電壓稱為閾值電壓。薄膜晶體管的閾值電壓和很多因素有關(guān)，包括基底層晶硅層的摻雜，電介質(zhì)的厚度，柵極材質(zhì)和電介質(zhì)或電介質(zhì)與半導(dǎo)體的界面處的電荷狀況等等，其中，可動(dòng)堿金屬離子(Na+等)，是薄膜晶體管閾值電壓漂移的主要原因之一，現(xiàn)有技術(shù)制備的多晶硅薄膜中往往含有較多的可動(dòng)堿金屬離子，使得采用該多晶硅薄膜制成的薄膜晶體管的閾值電壓漂移，進(jìn)而影響了薄膜晶體管的性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種低溫多晶硅薄膜及其制作方法、低溫多晶硅薄膜晶體管、陣列基板及顯示裝置，能夠減少低溫多晶硅薄膜中的堿金屬離子，從而有效防止低溫多晶硅薄膜晶體管的閾值電壓漂移。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的實(shí)施例提供技術(shù)方案如下:
[0008]—方面，提供一種低溫多晶娃薄膜的制作方法，包括:
[0009]在基板上形成非晶硅層；
[0010]在所述非晶硅層上形成堿金屬離子吸附層；
[0011]對(duì)形成有所述堿金屬離子吸附層的基板進(jìn)行準(zhǔn)分子激光退火，使所述非晶硅層轉(zhuǎn)化成多晶硅層；
[0012]去除堿金屬離子吸附層，在所述基板上形成多晶硅薄膜。
[0013]進(jìn)一步地，所述堿金屬離子吸附層的材料為磷酸玻璃。
[0014]進(jìn)一步地，所述在所述非晶硅層上形成堿金屬離子吸附層包括:
[0015]在所述非晶娃層上沉積一層S12薄膜；
[0016]通過(guò)離子注入的方式將P摻入所述S12薄膜中，形成磷硅玻璃層。
[0017]進(jìn)一步地，所述S12薄膜的厚度為80_150nm。
[0018]進(jìn)一步地，利用磷烷氣體進(jìn)行離子注入將P摻入所述S12薄膜中，離子注入時(shí)的注入能量為15-25keV，注入濃度為0.8-1.2E15/cm2。
[0019]進(jìn)一步地，所述對(duì)形成有所述堿金屬離子吸附層的基板進(jìn)行準(zhǔn)分子激光退火包括:
[0020]對(duì)形成有所述磷硅玻璃層的基板進(jìn)行激光退火，其中激光脈沖頻率為500Hz，激光能量密度為350-450mJ/cm2。
[0021]進(jìn)一步地，所述去除堿金屬離子吸附層包括:
[0022]利用濃度為l-5wt%的氫氟酸溶液對(duì)經(jīng)過(guò)準(zhǔn)分子激光退火后的基板進(jìn)行處理，去除基板上的磷硅玻璃層。
[0023]進(jìn)一步地，所述在基板上形成非晶硅層之前還包括:
[0024]在基板上形成緩沖層；
[0025]所述在基板上形成非晶硅層具體為:
[0026]在所述緩沖層上形成所述非晶硅層。
[0027]進(jìn)一步地，所述非晶硅層的厚度為40_80nm。
[0028]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種低溫多晶硅薄膜，為采用上述的方法制作。
[0029]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種低溫多晶硅薄膜晶體管，為采用上述的低溫多晶硅薄月吳制得。
[0030]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種陣列基板，包括形成在襯底基板上的上述的低溫多晶硅薄膜晶體管。
[0031]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種顯示裝置，包括上述的陣列基板。
[0032]本發(fā)明的實(shí)施例具有以下有益效果:
[0033]上述方案中，形成非晶硅層之后，在非晶硅層上形成堿金屬離子吸附層，在進(jìn)行準(zhǔn)分子激光退火時(shí)，堿金屬離子吸附層能夠吸附形成的多晶硅層中的堿金屬離子，從而減少低溫多晶硅薄膜中的堿金屬離子，進(jìn)而有效防止低溫多晶硅薄膜晶體管的閾值電壓漂移；另外，堿金屬離子吸附層還可以起到保溫層的作用，使晶化過(guò)程中硅層的溫度均勻一致，有利于形成晶粒尺寸大小一致的多晶硅層。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1為本發(fā)明實(shí)施例低溫多晶硅薄膜的制作方法的流程示意圖；
[0035]圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例低溫多晶硅薄膜的制作方法的流程示意圖；
[0036]圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例對(duì)S12層進(jìn)行離子注入的示意圖；
[0037]圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例對(duì)形成有磷酸玻璃層的基板進(jìn)行準(zhǔn)分子激光退火的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0038]為使本發(fā)明的實(shí)施例要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0039]本發(fā)明的實(shí)施例提供一種低溫多晶硅薄膜及其制作方法、低溫多晶硅薄膜晶體管、陣列基板及顯示裝置，能夠減少低溫多晶硅薄膜中的堿金屬離子，從而有效防止低溫多晶硅薄膜晶體管的閾值電壓漂移。
[0040]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種低溫多晶硅薄膜的制作方法，如圖1所示，本實(shí)施例包括:
[0041]步驟a:在基板上形成非晶硅層；
[0042]步驟b:在所述非晶硅層上形成堿金屬離子吸附層；
[0043]步驟c:對(duì)形成有所述堿金屬離子吸附層的基板進(jìn)行準(zhǔn)分子激光退火，使所述非晶硅層轉(zhuǎn)化成多晶硅層；
[0044]步驟d:去除堿金屬離子吸附層，在所述基板上形成多晶硅薄膜。
[0045]本發(fā)明的制作方法，形成非晶硅層之后，在非晶硅層上形成堿金屬離子吸附層，在進(jìn)行準(zhǔn)分子激光退火時(shí)，堿金屬離子吸附層能夠吸附形成的多晶硅層中的堿金屬離子，從而減少低溫多晶硅薄膜中的堿金屬離子，進(jìn)而有效防止低溫多晶硅薄膜晶體管的閾值電壓漂移；另外，堿金屬離子吸附層還可以起到保溫層的作用，使晶化過(guò)程中硅層的溫度均勻一致，有利于形成晶粒尺寸大小一致的多晶硅層。
[0046]具體地，所述堿金屬離子吸附層的材料為磷酸玻璃。磷娃玻璃(PSG)是一種含有P元素的S12,可以起到對(duì)抗堿金屬離子的作用，PSG中用五價(jià)磷原子替代了 S12中的部分硅，形成負(fù)電中心，能夠俘獲Na+等堿金屬離子。
[0047]進(jìn)一步地,所述步驟b包括:
[0048]在所述非晶娃層上沉積一層S12薄膜；
[0049]通過(guò)離子注入的方式將P摻入所述S12薄膜中，形成磷硅玻璃層。
[0050]具體地，所述S12薄膜的厚度可以為80_150nm。
[0051]具體地，利用磷烷氣體進(jìn)行離子注入將P摻入所述S12薄膜中，離子注入時(shí)的注入能量為15-25keV，注入濃度為0.8-1.2E15/cm2。
[0052]進(jìn)一步地,所述步驟c包括:
[0053]對(duì)形成有所述磷硅玻璃層的基板進(jìn)行激光退火，其中激光脈沖頻率為500Hz，激光能量密度為350-450mJ/cm2。在進(jìn)行準(zhǔn)分子激光退火時(shí)，堿金屬離子吸附層能夠吸附形成的多晶硅層中的堿金屬離子，從而減少低溫多晶硅薄膜中的堿金屬離子，進(jìn)而有效防止低溫多晶硅薄膜晶體管的閾值電壓漂移。
[0054]進(jìn)一步地,所述步驟d包括:
[0055]利用濃度為l-5wt%的氫氟酸溶液對(duì)經(jīng)過(guò)步驟c的基板進(jìn)行處理，去除基板上的磷娃玻璃層。
[0056]進(jìn)一步地,所述步驟a之前還包括:
[0057]在基板上形成緩沖層；
[0058]所述步驟a具體為:
[0059]在所述緩沖層上形成所述非晶硅層。
[0060]具體地，所述非晶硅層的厚度可以為40_80nm。
[0061]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種低溫多晶硅薄膜，為采用上述的方法制作。
[0062]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種低溫多晶硅薄膜晶體管，為采用上述的低溫多晶硅薄月吳制得。
[0063]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種陣列基板，包括形成在襯底基板上的如上所述的低溫多晶硅薄膜晶體管。
[0064]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種顯示裝置，包括如上所述的陣列基板。所述顯示裝置可以為:液晶面板、液晶電視、液晶顯示器、OLED顯示面板、OLED顯示器、數(shù)碼相框、手機(jī)、平板電腦等任何具有顯示功能的產(chǎn)品或部件。
[0065]下面結(jié)合附圖以及具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的低溫多晶硅薄膜的制作方法進(jìn)行詳細(xì)介紹:
[0066]如圖2所示，本實(shí)施例的低溫多晶硅薄膜的制作方法包括以下步驟:
[0067]步驟21:在襯底基板I上沉積緩沖層2 ；
[0068]其中，襯底基板可以為玻璃基板或石英基板；緩沖層可以為單層結(jié)構(gòu)或者雙層結(jié)構(gòu)，在緩沖層為雙層結(jié)構(gòu)時(shí)，緩沖層的上層為S12薄膜，緩沖層的下層為SiNx薄膜，其中SiNx薄膜的厚度可以為50-150nm，S12薄膜的厚度可以為200_400nm ;在緩沖層為單層結(jié)構(gòu)時(shí)，緩沖層為SiNx薄膜或S12薄膜，其中SiNx薄膜的厚度可以為50-150nm，S12薄膜的厚度可以為200-400nm。
[0069]步驟22:在緩沖層2上沉積非晶硅層3 ；
[0070]在緩沖層2上沉積一層a-Si，具體地，非晶硅層3的厚度可以為40_80nm。
[0071]步驟23:在非晶硅層3上沉積一層S12薄膜4 ；
[0072]具體地，S12薄膜4的厚度可以為80_150nm。
[0073]步驟24:使用磷烷氣體通過(guò)離子注入的方式將P摻入S12薄膜4中；
[0074]如圖3所示，使用濃度為10%的磷烷氣體PH3，在15_25keV的注入能量下，以0.8-1.2E15/cm2的注入濃度將P摻入S12薄膜4中，形成PSG層，優(yōu)選地，離子注入時(shí)的注入能量為20keV，注入濃度為IE1Vcm2。
[0075]步驟25:如圖4所示，對(duì)經(jīng)過(guò)上述步驟的襯底基板進(jìn)行準(zhǔn)分子激光退火；
[0076]其中，激光脈沖頻率可以為500Hz，激光能量密度可以為350-450mJ/cm2。在激光退火之后，非晶硅至多晶硅的晶化過(guò)程完成，同時(shí)PSG層吸收了晶硅層中的堿金屬離子，從而減少制成的低溫多晶硅薄膜中的堿金屬離子，進(jìn)而有效防止利用該低溫多晶硅薄膜制成的低溫多晶硅薄膜晶體管的閾值電壓漂移；另外PSG層還可以起到保溫層的作用，使晶化過(guò)程中硅層的溫度均勻一致，有利于形成晶粒尺寸大小一致的多晶硅層。
[0077]步驟26:在HF溶液中去除PSG層。
[0078]氫氟酸(HF)能夠溶解二氧化硅，生成氣態(tài)的四氟化硅，但不與硅直接反應(yīng)。因此本實(shí)施例利用濃度為l-5wt%的氫氟酸溶液對(duì)經(jīng)過(guò)步驟c的基板進(jìn)行處理，具體地，將該基板上形成的PSG層朝下放置于酸洗設(shè)備中，使用輥輪帶氫氟酸溶液的方式，去除該P(yáng)SG層。為了防止氫氟酸溶液對(duì)基板的侵蝕，可在玻璃基板表面覆蓋保護(hù)膜，具體的處理時(shí)間可以為10-60S，即可去除多晶硅層上的PSG層，得到多晶硅薄膜。
[0079]本實(shí)施例的技術(shù)方案使PSG吸附堿金屬離子的過(guò)程與準(zhǔn)分子激光退火過(guò)程同時(shí)實(shí)現(xiàn)，工藝簡(jiǎn)單，易操作。
[0080]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種低溫多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，包括: 在基板上形成非晶硅層； 在所述非晶硅層上形成堿金屬離子吸附層； 對(duì)形成有所述堿金屬離子吸附層的基板進(jìn)行準(zhǔn)分子激光退火，使所述非晶硅層轉(zhuǎn)化成多晶娃層; 去除堿金屬離子吸附層，在所述基板上形成多晶硅薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，所述堿金屬離子吸附層的材料為磷酸玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低溫多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，所述在所述非晶硅層上形成堿金屬離子吸附層包括: 在所述非晶硅層上沉積一層S12薄膜； 通過(guò)離子注入的方式將P摻入所述S12薄膜中，形成磷硅玻璃層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低溫多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，所述S12薄膜的厚度為80-150nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低溫多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，利用磷烷氣體進(jìn)行離子注入將P摻入所述S12薄膜中，離子注入時(shí)的注入能量為15-25keV，注入濃度為0.8-1.2E15/cm2。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低溫多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，所述對(duì)形成有所述堿金屬離子吸附層的基板進(jìn)行準(zhǔn)分子激光退火包括: 對(duì)形成有所述磷硅玻璃層的基板進(jìn)行激光退火，其中激光脈沖頻率為500Hz，激光能量密度為 350_450mJ/cm2。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低溫多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，所述去除堿金屬離子吸附層包括: 利用濃度為l-5wt%的氫氟酸溶液對(duì)經(jīng)過(guò)準(zhǔn)分子激光退火后的基板進(jìn)行處理，去除基板上的磷娃玻璃層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的低溫多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，所述在基板上形成非晶硅層之前還包括: 在基板上形成緩沖層； 所述在基板上形成非晶硅層具體為: 在所述緩沖層上形成所述非晶硅層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的低溫多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，所述非晶硅層的厚度為40-80nm。
10.一種低溫多晶硅薄膜，其特征在于，為采用如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的方法制作。
11.一種低溫多晶硅薄膜晶體管，其特征在于，為采用如權(quán)利要求10所述的低溫多晶硅薄膜制得。
12.—種陣列基板，其特征在于，包括形成在襯底基板上的如權(quán)利要求11所述的低溫多晶硅薄膜晶體管。
13.—種顯示裝置，其特征在于，包括如權(quán)利要求12所述的陣列基板。
【文檔編號(hào)】H01L51/56GK104253246SQ201410492155
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】張慧娟, 劉建宏 申請(qǐng)人:京東方科技集團(tuán)股份有限公司