[发明专利]自缓释金属诱导晶化多晶硅薄膜材料的制备方法及应用

说明书

【技术领域】：本发明涉及多晶硅薄膜材料的制备技术领域。通过采用镍硅混合物溅射靶，在氩、氧混合气体中等离子溅射形成低镍含量氧化镍、氧化硅薄膜作为金属诱导横向晶化诱导源，然后退火晶化形成多晶硅薄膜材料。

【背景技术】：获得高质量的液晶、有机发光二极管等平板显示器，必须使用有源驱动技术。有源显示去除了显示信号串扰的影响，提高了显示器的分辨率和彩色质量。而有源显示基板的关键技术是薄膜晶体管技术。

现在的有源矩阵显示器所采用的主要为非晶硅薄膜晶体管技术，其主要优点是工艺成熟并相对简单，成品率高，成本较低。但是非晶硅薄膜晶体管的缺点是场效应迁移率低，器件的稳定性较差，这使之难以满足快速开关的彩色时序液晶显示、电流驱动的有机发光二极管显示、以及集成型显示的要求。玻璃衬底上制备的低温多晶硅薄膜晶体管，具有较高的迁移率和较好的器件稳定性，适合于快速开关、电流驱动和集成基板制作，是未来平板显示器的关键技术。

现有的制备低温多晶硅薄膜技术主要包括准分子激光晶化技术、固相晶化和金属诱导晶化技术，前者的结晶质量强烈地依赖激光照射状态，如光强、脉冲宽度、光波波长、扫描速度等。工艺窗口窄、流程的稳定性差、产品的良品率低、设备的成本高是该种技术的弱点。金属诱导晶化技术在以上几个方面与准分子激光晶化相比具有明显的优势。

金属诱导晶化技术中，如何有效地控制诱导金属在多晶硅薄膜中的残余量，提高在大面积衬底上批量制备多晶硅的均匀一致性，是获得高质量、高均匀、高稳定、高重复的低温多晶硅器件和显示有源基板的核心。采用金属诱导横向晶化技术可以较好的解决上述问题，所获得的材料和器件性能优良。但目前，如何进一步降低金属在多晶硅薄膜中的残余量，提高多晶硅的薄膜及其器件的质量和工艺重复性仍是有源驱动领域的关键和追求目标。

现有的常规金属诱导横向晶化如图1所示：金属诱导横向晶化多晶硅薄膜形成过程如图1(a)所示，首先在玻璃衬底101上沉积氧化硅或氮化硅阻挡层102，然后在其上沉积非晶硅薄膜103和氧化硅覆盖层104，并在覆盖层内光刻出诱导口，诱导金属镍105沉积在诱导口中。在随后的退火过程中，如图1(b)所示，诱导口中的金属镍与诱导口下面的非晶硅形成镍硅化物，之后形成密集的结晶核，形成金属诱导晶化多晶硅薄膜107，之后边缘区的诱导峰汇聚成横向诱导晶化前沿峰106，并向前推进，诱导口中的金属诱导多晶硅中富余的镍108向多晶硅中扩散，不断的补充晶化峰中所需要的镍量。多晶硅薄膜中镍含量分布示意如图1(c)所示，诱导口下面的金属诱导多晶硅区镍含量很高，横向分布为沿晶化方向逐渐衰减，诱导峰处有一个镍含量突起。高镍含量会严重影响器件的稳定性和器件的漏电特性，因此，必须要想办法降低多晶硅中的镍含量。

图2所示的是：现有的常规横向晶化的平均速度与镍沉积厚度的关系。在镍量未饱和的情况下，横向晶化的平均速度与镍沉积厚度有关，采用电子束蒸发方法获得的催化金属镍薄膜，厚度从1nm-10nm，(45nm非晶硅薄膜，590℃退火温度)横向晶化速度从5μm/h到25μm/h。也就是说，在表面积薄膜晶化过程中，镍的沉积厚度出现不均匀，或批量生产出现参数波动，结晶速率的均匀性就会发生问题。我们所希望的是如同方块标曲线所示的状态，镍覆盖量在很大范围内变化，结晶速率基本不发生变化。这样，晶化的工艺窗口会变得很宽，有利于制备大面积、大批量高质量的多晶硅基板。

【发明内容】：本发明的目的是解决如何降低金属在多晶硅薄膜中的残余量，以提高金属诱导晶化多晶硅的薄膜质量和工艺重复性，从而提高用之制备的多晶硅薄膜器件性能的问题，提供一种采用自缓释金属诱导源的非晶硅薄膜金属诱导晶化方法以及应用。

本发明提供的自缓释金属诱导晶化多晶硅薄膜材料的制备方法，是用具有自限制和缓释功能的金属诱导薄膜材料作为诱导源，诱导非晶硅薄膜变成多晶硅薄膜；以高质量的金属诱导横向晶化区为沟道区制备多晶硅薄膜晶体管，具体步骤如下：

第一、首先，在衬底上沉积一层氧化硅或氮化硅阻挡层，之后，在其上面沉积形成一层非晶硅薄膜；

第二、在上述非晶硅薄膜上沉积一层氧化硅或氮化硅覆盖层，并在该覆盖层上刻蚀出诱导口；

第三、在上述覆盖层上形成一层金属诱导薄膜，使该金属诱导薄膜在诱导口处与非晶硅接触；

第四、然后在450℃以上的温度退火，即可制成自缓释金属诱导晶化多晶硅薄膜。在诱导口的下方形成金属诱导晶化区，在没有诱导口的覆盖层下形成金属诱导横向晶化区。