[发明专利]一种基于金属诱导的多晶硅薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅薄膜制备技术领域，更具体地，本发明涉及一种基于金属诱导的多晶硅薄膜的制备方法。

背景技术

非晶硅薄膜晶体管(TFT)的制备工艺成熟并相对简单，成品率高，成本低，现有的有源矩阵显示器多采用非晶硅薄膜晶体管。但是非晶硅薄膜晶体管的场效应迁移率低，器件的稳定性较差，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、通过退火炉或者激光加热得到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的显示应用的制备。

使用传统低压化学气相沉积(CVD)获取多晶硅的工艺需要很高的温度(通常620-650℃)来实现，而通过更高温(1000℃以上)退火形成的多晶硅只适合用于贵重的石英衬底，而不适用于通常的玻璃衬底。

目前，非晶硅的晶化方法主要包括激光照射加热非晶硅的晶化方法和金属诱导非晶硅的晶化方法。通常在金属诱导晶化方法中，为了有效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，采用了金属诱导横向晶化的技术，但是在该金属诱导横向晶化过程中的氧化过程会产生多晶硅的损耗。

图1示出现有技术的金属诱导横向晶化过程后吸除金属残作物而形成的多晶硅薄膜。如图1所示，衬底101上覆盖阻挡层102，并沉积非晶硅薄膜103，在非晶硅薄膜103上添加金属诱导层201，退火使其结晶，然后在其上形成一层金属吸收层301，把多余的诱导金属吸收出来。但该制造过程中工艺处理的时间较长，而且在结晶的时候由于包含了过多的镍，使得晶核的密度过大，这不利于大晶粒多晶硅的生成。

现有技术还存在吸除过程和金属诱导横向晶化同时进行的一种技术(美国专利US 2002192884)，在该技术方案中，在形成先驱物非晶硅之前预沉积一层吸除层。但是吸除过程过早发生，把结晶核处高浓度的镍吸收的同时也把结晶核周围用于形成晶粒的镍吸收，影响了多晶硅的结晶质量和结晶速度；而且，吸除金属过于接近多晶硅器件有源层，吸除层的存在会影响TFT的最终特性。

发明内容

为克服现有多晶硅薄膜制备工艺复杂、残余物多、性能差的缺陷，本发明提出一种基于金属诱导的多晶硅薄膜的制备方法。

根据本发明的一个方面，提出了一种多晶硅薄膜的制备方法，包括：

步骤10)、在玻璃衬底上沉积阻挡层，并沉积非晶硅薄膜；

步骤20)、在所述非晶硅薄膜上形成覆盖层，并在所述覆盖层上刻蚀诱导口；

步骤30)、在所示覆盖层上形成金属诱导薄膜，使所述金属诱导薄膜在所示诱导口处与所示非晶硅薄膜接触；

步骤40)、进行第一步退火过程，在所述诱导口下方的非晶硅薄膜中得到多晶硅岛；

步骤50)、在所述金属诱导薄膜上沉积金属吸收层，进行第二次退火过程，形成晶粒均匀分布的晶化薄膜；

步骤60)、去除所述金属吸收层和所述覆盖层。

其中，步骤10)中，在所述玻璃衬底上沉积厚度为20-900纳米的低温氮化硅、低温氧化硅或氮氧化硅层作为阻挡层，沉积10-500纳米厚的非晶硅薄膜层。

其中，步骤10)中，所示沉积采用低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子增强型化学气相沉积(PECVD)和溅射方法。

其中，步骤10)中，所述玻璃衬底为康宁1737F、鹰2000等常用于制备非晶硅薄膜晶体管的常用玻璃，厚度为0.3-1.5毫米。

其中，步骤20)中，在所述非晶硅薄膜层上沉积覆盖层，然后采用光刻过程在所述覆盖层内形成晶核生长定位的诱导口。

其中，步骤20)中，所述诱导口连续布置、均匀分布，每个诱导口是几何尺寸相同的方形、圆形或者长条形孔口。

其中，步骤20)中，所述诱导口的宽度或半径为2微米至20微米，孔间的间隔距离相同，为30微米至300微米；或者，所述诱导口宽度为2微米，间隔距离30微米。

其中，步骤20)中，所述覆盖层为PEVCD、LPCVD、或溅射沉积的低温氧化硅或氮化硅或二者的混合薄膜，厚度为50纳米至500纳米。

其中，步骤30)中，所述金属诱导薄膜为采用溅射、蒸发、离子注入、溶液浸泡或旋涂等方法形成的低镍含量的氧化镍硅薄膜。

其中，步骤40)中，所述金属诱导薄膜中的镍源在所述诱导口处和所述非晶硅薄膜反应，形成镍的聚集，得到离散的诱导晶核，生长成尺度为10-20微米、圆形晶畴的低密度多晶硅“岛”。