[发明专利]非晶硅金属诱导晶化方法

说明书

技术领域

本发明涉及由低温多晶硅制备薄膜晶体管的技术。特别是，金属 被引入非晶材料上的选定位置，其浓度略高于开始发生诱导晶化的最 低浓度，在其他的位置引入金属，但其浓度小于发生诱导晶化的浓度， 可为保证晶化速度和结晶质量提供诱导金属。如上设置的金属元素引 入后，对非晶薄膜进行热退火。结果会形成大晶粒尺寸并按设计排列 的多晶硅薄膜。用该方法可以制备出高均匀性，高质量的多晶硅薄膜， 且工艺重复性好。

背景技术

为获得高质量、高性能的平板显示器，有源选址驱动是一项必需 的技术，它主要包括有源驱动液晶显示技术和有源驱动有机发光二极 管显示技术。有源选址驱动技术可以实现全彩色化显示，同时也能获 得无交叉串扰的高分辨率显示。对于有源选址驱动显示而言，最关键 的技术就是在普通玻璃基板上薄膜晶体管(TFT)的制备。

在传统的有源选址显示中，主要采用的是非晶硅薄膜晶体管。其 主要原因是非晶硅薄膜晶体管的制备温度低，大面积制备成本也比较 低。但对于非晶硅薄膜晶体管而言，其很难制备出具有集成驱动电路 高分辨率的液晶显示器件。要实现更高分辨率、更低功耗和结构更加 紧凑的全集成型的显示器，必须要用性能优良的多晶硅薄膜。如果能 够在较低的温度下制备多晶硅，就可以将周边驱动电路也集成在玻璃 衬底上。所以，在未来的显示市场中，低温多晶硅的制备技术是一项 关键的技术。

目前，晶化非晶硅的方法主要包括以激光照射加热非晶硅的晶化 技术和金属镍催化非晶硅晶化技术。两者相比较，后者更有希望成为 适合制备大面积基板的低成本多晶硅薄膜制备技术。

金属镍催化非晶硅晶化技术走向实用化，必须满足以下几个条 件：(1)在制备过程中镍浓度较低，晶体结构良好；(2)在晶化过程中， 不会出现玻璃衬底收缩造成的对版错位问题(3)在600℃以下退火 温度，完全晶化时间1小时以下。

本发明所要提供的非晶硅金属诱导晶化方法可以同时满足以上 三项要求。除此之外，在如相关的专利US Patent 5,705,829；US 2003129853；US Patent：6,737,674；US Patent：6,338,991；US Patent：6,242,779等所述技术和文章“Giant-grain silicon(GGS) and its application to stable thin-film transistor”Displays 26(2005)137-142；“Ni-Mediated Crystallization of Amorphous Silicon with a SiO2 Nanocap”Electrochemical and Solid-State Letters，7(10)G207-G209(2004)报道的技术中没有一项技术可 以做到这一点。

发明内容

本发明提供了一种用金属诱导晶化技术制备高质量低温多晶硅 薄膜的方法。它包括：(1)采用溅射、蒸发超薄金属镍以及含镍物质 或镍盐溶液浸沾法在非晶硅表面形成微量镍源；(2)有效控制成核点 的位置；(3)晶化过程中消耗的镍可通过分布在整个非晶硅表面的补 充孔中的镍给予补充，不需要在晶核定位孔中通过扩散来提供镍，该 补充孔可以通过光刻形成，也可通过薄膜自身形成。因此，这样可以 大大降低晶核定位孔中镍的初始量，使整个多晶硅薄膜中，不存在如 传统MILC中的诱导口的明显高镍含量区间，整个多晶硅薄膜的任何 区域，都可作为TFT的有源层。

采用晶核定位孔和镍源补充孔技术并结合微量镍沉积与附着技 术，可以获得具有连续晶畴的多晶硅薄膜。使得整个多晶硅薄膜的任 何区域，都可作为高质量TFT的有源层。可消除晶化过程玻璃衬底收 缩造成的对位板错位问题。对晶核定位孔和镍源补充孔给出了优化设 计，可形成正六角形的蜂巢晶体薄膜和准平行晶带晶体薄膜。由于晶 核定位孔的分布为规则重复分布，形成的晶畴形状与尺寸相同，可准 确的控制晶化的过程，具有晶化时间的高可控性和工艺过程的高稳定 性，适合于工业化生产要求。

本发明所述的制备多晶硅薄膜的一种方法，其步骤至少包括：

1)在衬底上沉积第一层非晶硅薄膜

2)在非晶硅薄膜层上生长第二层薄膜

3)刻蚀上述第二层薄膜，所刻蚀的图案是由面积较大的非晶硅 暴露区和面积较小的非晶硅暴露区组成的。

4)暴露的非晶硅薄膜表面上形成自然氧化层。