[发明专利]多晶硅薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅技术，更具体地，涉及一种多晶硅薄膜的制备方法。

背景技术

2006年开始，出现了基于溶液法的MIC(SMIC)工艺来制作多晶硅TFT，在此方法中，通过控制镍的吸附过程，获取尺寸为几十到几百微米的碟状晶粒组成的低镍残留的多晶硅。图1显示通过TMAH腐蚀的SMIC多晶硅薄膜的光学显微镜照片。该方法可以解决因玻璃基板收缩造成的掩膜版对位不准问题。

然而，任意分布的晶核导致退火时间较长，使之不能很好的应用于大尺寸的玻璃基板。为了解决这个问题，本申请的申请人之前提出一个以定位成核点解决方案为基础的金属诱导晶化方法，该方法基于成核点(NS)和补充点(SS)相结合。在诱导晶化过程中，消耗的诱导金属镍通过补充点(SS)提供，而不是成核点(NS)，这样可以减少在成核点(NS)位置的镍的聚集，进而得到诱导金属镍残留不高的区域。图2(a)和2(b)分别示出经TMAH腐蚀后的蜂巢状和单向DG-SMIC低温多晶硅薄膜的光学显微镜照片。如图2所示，外形和尺寸相同的晶粒可以通过设计NS和SS的位置分布来实现；并且，这个方案可以实现精确的控制晶化时间，而且在590℃时的晶化时间可以缩短至2小时。

使用的多晶硅薄膜作为半导体层制造P沟道的TFT显示出很高的性能，但这项技术的主要缺点是膜的均匀性和稳定性较差。使用的镍的硝酸盐溶液(Ni(NO₃)₂/NH₄OH混合溶液)的PH值为8，从而在晶化过程中，非晶硅膜表面(指硅在NS和SS区域)暴露于上述溶液中会被轻微的腐蚀，使得晶化的多晶硅表面不是十分平整。图3分别为NS或SS的内外部的被界定的晶粒多晶硅3-D AFM图片，如图3所示，内部指此区域的薄膜已经暴露经过Ni(NO₃)₂/NH₄OH的混合溶液，而外部指此薄膜受光刻胶的保护并且没有暴露经过该溶液，内部和外部的表面粗糙度分别为0.364nm和0.189nm，可见膜的均匀性较差。

发明内容

为克服多晶硅薄膜的均匀性和稳定性较差的缺陷，本发明提出一种多晶硅薄膜和薄膜晶体管及相应的制备方法。

根据本申请的一个方面，提供一种掩膜金属诱导晶化的多晶硅薄膜，包括：玻璃衬底，位于玻璃衬底上的硅氧化物，位于硅氧化物上面的全部晶化的多晶硅层，位于多晶硅层上的纳米二氧化硅层；纳米二氧化硅层上蚀刻出多个诱导窗口，多个诱导窗口上涂布化学氧化层；该纳米二氧化硅层和化学氧化层上溅射布置镍硅氧化物层。

根据本发明的另一个方面，提供一种掩膜金属诱导晶化的多晶硅薄膜的制备方法，包括：步骤1)、以等离子体化学气相沉积二氧化硅到玻璃衬底上，再以低压化学气相沉积非晶硅；步骤2)、非晶硅表面形成纳米二氧化硅层，通过光刻工艺形成诱导窗口，诱导线处形成薄的化学氧化层；步骤3)、二氧化硅层和化学氧化层上溅射一层薄的镍硅氧化物，高温退火将非晶硅全部晶化。

根据本发明的又一方面，提供一种掩膜金属诱导晶化的多晶硅薄膜晶体管，包括：连续横向区域的多晶硅薄膜蚀刻成有源硅岛；沉积低温氧化物作为栅极绝缘层；形成栅电极，将硼以4×10¹⁵/cm²计量离子注入源极和漏极；沉积500nm的氧化物作为绝缘层并在栅极、源极和漏极区域上开电极接触孔。

根据本发明的又一方面，提供一种掩膜金属诱导晶化的多晶硅薄膜晶体管的制备方法，包括：连续横向区域的多晶硅薄膜以Freckle刻蚀液湿刻成有源硅岛，通过低压化学气相沉的方法在425℃下沉积50纳米厚的低温氧化物作为栅极绝缘层；形成栅电极，将硼以4×10¹⁵/cm²计量离子注入源极和漏极；以LPCVD的方法沉积500nm的氧化物作为绝缘层并在栅极、源极和漏极区域上开电极接触孔；溅射700纳米厚的含1％Si的铝光刻形成测试电极，在氢气与氮气的合成气体中420℃下烧结30分钟以形成良好的欧姆接触，同时活化掺杂物。

本申请的方法用来制备高质量和高均匀性多晶硅薄膜和薄膜晶体管，其中，纳米层级硅氧化物面膜可以预先定义结晶成核的位置。多晶硅薄膜由完全相同宽度的连续纬向域(CZD)组成，且在优化条件下取得。对TFT性能进行广泛比较，证明晶粒区域没有受器件性能重大影响。与大晶粒或者小晶粒MIC TFTs相比，MIC TFTs比大晶粒MIC TFTs有更好的器件均匀性。

附图说明

图1是通过TMAH腐蚀的大晶粒SMIC多晶硅薄膜的光学显微镜照片；