[发明专利]低温多晶硅薄膜及薄膜晶体管的制备方法、以及薄膜晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及技术领域，特别是涉及一种低温多晶硅薄膜及薄膜晶体管的制备方法、以及薄膜晶体管。

背景技术

多晶硅(p-Si)薄膜具有远大于非晶硅(a-Si)、并与单晶硅可相比拟的高载流子迁移率，常代替非晶硅应用于薄膜晶体管(TFT)的有源层，因此在集成周边驱动的有源液晶显示(AMLCD)和有源有机发光二极管(AMOLED)中具有非常重要的应用。平板显示器的多晶硅薄膜的衬底是难以承受高温工艺的玻璃，在此条件限制下，低温多晶硅(LTPS)技术是业界必然的选择。

就目前的技术而言，低温多晶硅技术主要有以下几种：快速退火固相晶化法(RTA)、准分子激光退火晶化法(ELA)、金属诱导横向结晶(MILC)及热丝催化化学气相沉积(Cat-CVD)等。其中，ELA和MILC为目前产业界使用最为广泛。

ELA属于液相再结晶法，此方法制备的多晶硅晶粒大，晶粒间缺陷少，因此其TFT器件性能优越，例如，具有高场效应迁移率，低亚阈值摇摆值及低阈值电压。ELA制作低温多晶硅的方法是在玻璃上生长一缓冲层，然后生长非晶硅，利用准分子激光扫描非晶硅，非晶硅受到高温熔化重结晶形成多晶硅。在ELA制程中，非晶硅受到高温后变成临界完全熔融(nearlycompletelymelts)状态，然后重结晶形成多晶硅。重结晶时会按照低能量向高能量方向结晶，低温向高温方向结晶。现有技术中，非晶硅层直接形成于缓冲层上，在准分子激光退火的过程中，非晶硅层各个区域的受热情况趋于一致，在重结晶的起点与晶粒的生长方向是凌乱的，导致重结晶后的低温多晶硅晶粒尺寸偏小，晶粒间晶界偏多，影响多晶硅的电子迁移率，进而影响平板显示的反应速度。

在对低温多晶硅薄膜的激光退火(laserannealing)工艺研究中，为了生长大晶粒和晶界控制，许多研究都不约而同地朝向温度梯度(ThermalGradient)的控制。温度梯度的控制，是触发晶粒超级横向成长的基本条件，其原理是：在激光照射阶段，通过各种方法改变非晶硅膜层的不同区域所吸收激光能量，在非晶硅膜层不同的区域间形成温度梯度；在随后的冷却再结晶阶段，膜层的晶粒由较低温的区域往较高温的区域横向生长。目前的工艺技术中，为了在硅膜层中构建温度梯度，方法主要有：在硅膜层上面增加光刻画图后的抗反射层如氧化硅膜；在硅膜底层光刻构图挖孔以改变膜层厚度；在照射晶化光源端加相位掩膜板等。但这些技术也存在着很多缺点，比如：加抗反射层的技术增加了一道mask光刻工艺，增加了工艺的复杂度；挖孔改变膜层厚度的方法在增加了一道mask光刻工艺的同时，其膜层厚度的凹凸变化有可能给TFT特性造成不利影响；加相位掩膜板的方法具有激光照射能量利用率低的缺点。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种低温多晶硅薄膜及薄膜晶体管的制备方法、以及薄膜晶体管，该制备方法制得的低温多晶硅薄膜的多晶硅的晶粒较大、分布较均匀、且工艺简单。

一种低温多晶硅薄膜的制备方法，包括如下步骤：

在基板上形成缓冲层；

在所述缓冲层上沉积非晶硅层；

对所述非晶硅层的预定区域进行光刻写；

对所述非晶硅层进行激光退火处理，使所述非晶硅层形成多晶硅薄膜。

在其中一个实施例中，利用掩膜板对所述非晶硅层的预定区域进行光刻写。

在其中一个实施例中，对所述非晶硅层的预定区域进行光刻写的步骤中，光的能量阈值为0.1～0.5mJ/cm²。

在其中一个实施例中，对所述非晶硅层的预定区域进行光刻写之后还包括步骤：对所述非晶硅层进行脱氢处理。

在其中一个实施例中，所述激光退火处理采用308nm波长的XeCl准分子激光器，所述激光退火处理的参数设置如下：激光的脉冲频率为400～600Hz，重叠率为92％～97％，能量密度为420～490mJ/cm²，脉冲时间为20～30nm。

在其中一个实施例中，对所述非晶硅层的预定区域进行光刻写之前还包括步骤：对所述非晶硅层进行离子掺杂。

一种薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：

在基板上形成多晶硅薄膜，并通过构图工艺形成有源层；

其中，所述多晶硅薄膜通过权利要求1～6中任一所述的低温多晶硅薄膜的制备方法得到。

在其中一个实施例中，还包括如下步骤：

在所述有源层的上方形成栅极绝缘层、栅极、层间绝缘层及源极和漏极，所述源极和所述漏极分别通过过孔与所述有源层连接。