CN111223754A - 一种多晶硅薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种多晶硅薄膜及其制备方法，该多晶硅薄膜制备方法包括：在基底上形成非晶硅层，在所述非晶硅层上沉积形成第一氧化硅层；进行快速退火处理，使得所述非晶硅层内部的氢含量小于3％；去除所述第一氧化硅层表面的有机物；去除所述非晶硅层上的第一氧化硅层；在所述非晶硅层上形成第二氧化硅层；进行准分子激光退火处理，使得所述非晶硅层形成多晶硅层。本公开简化了整个多晶硅薄膜制备的工艺流程，提高了操作过程的安全性，一定程度上节约了物力、人力资源，降低了成本。

Description

一种多晶硅薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种多晶硅薄膜及其制备方法。

背景技术

显示技术是利用电子技术提供变换灵活的视觉信息的技术，随着显示技术的发展，人们对显示画质的需求日益增长，高画质、高分辨率的显示装置也越来越得到显示面板厂家的重视。而薄膜晶体管是平板显示面板的主要驱动器件，直接关系到高性能平板显示装置的发展方向。多晶硅薄膜晶体管，因为具有更好的电子迁移率、更快的反应时间，已得到广泛的应用。

现有的多晶硅薄膜制备，通常是采用准分子激光处理方法(ELA，excimer laseranneal)，使得基底上的非晶硅层结晶形成多晶硅层，另外，在准分子激光处理之前，进行预处理工艺，以期望得到更加均匀的多晶硅层。具体的，先在基底上形成非晶硅层，然后经过去除有机物处理-臭氧水处理-氢氟酸处理-臭氧水处理，最后再使用准分子激光处理使得非晶硅层融化结晶形成多晶硅层。上述技术方案中，进行了两次臭氧水处理，第一次臭氧水处理，容易造成残留问题，导致非晶硅层厚度均匀性变差，进而影响了后续结晶形成的多晶硅结晶大小不均匀。第二次臭氧水处理，又增加了整个工艺的步骤，一定程度上增加了成本。另外，臭氧水极具氧化腐蚀性，设备维护费用较高，且对操作人员的健康和安全构成一定的威胁。因此，有必要提供一种新的技术方案改善上述方案中存在的一个或者多个问题。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种多晶硅薄膜及其制备方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种多晶硅薄膜的制备方法，该方法包括以下步骤：

在基底上形成非晶硅层，在所述非晶硅层上沉积形成第一氧化硅层；

进行快速退火处理，使得所述非晶硅层内部的氢含量小于3％；

去除所述第一氧化硅层表面的有机物；

去除所述非晶硅层上的第一氧化硅层；

在所述非晶硅层上形成第二氧化硅层；

进行准分子激光退火处理，使得所述非晶硅层形成多晶硅层。

本公开的实施例中，在所述非晶硅层上形成第二氧化硅层是通过使用准分子紫外光照射形成。

本公开的实施例中，使用准分子紫外光照射时通入氧气。

本公开的实施例中，所述快速退火处理温度为450℃-520℃，时间为5min-20min。

本公开的实施例中，去除所述第一氧化硅层表面的有机物是使用准分子紫外光照射去除。

本公开的实施例中，去除所述非晶硅层上的第一氧化硅层是使用氢氟酸溶液去除，所述氢氟酸溶液的质量浓度为0.5％-1％。

本公开的实施例中，所述非晶硅层上沉积形成的第一氧化硅层的厚度为2nm-10nm。

本公开的实施例中，所述非晶硅层的厚度为40nm-60nm。

本公开的实施例中，该方法还包括：

在基底上形成非晶硅层之前，于该基底表面形成缓冲层，所述缓冲层包括氮化硅层和第三氧化硅层中的至少一层；

其中，所述氮化硅层的厚度为50nm-100nm，所述第三氧化硅层的厚度为200nm-300nm。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种多晶硅薄膜，所述多晶硅薄膜为通过上述任意一个实施例所述方法制备而成。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开的一种实施例中，在所述非晶硅层上沉积形成第一氧化硅层，可以对所述非晶硅层上的自然氧化物层进行补偿并均匀的形成第一氧化硅层，再通过快速退火处理，以使所述非晶硅层内部的氢含量小于3％，之后去除所述第一氧化硅层表面的有机物以及第一氧化硅层，在所述非晶硅层上形成第二氧化硅层以便在后续进行准分子激光退火处理时，能得到更加均匀的多晶硅层。通过上述步骤之间的相互配合，在不影响多晶硅层均匀性的前提下，省去了两次臭氧水处理非晶硅层的步骤。由于臭氧水极具氧化腐蚀性，对操作人员的健康和安全构成一定的威胁，且臭氧水设备维护费用较高，相较现有技术，本公开提供的制备方法，简化了整个多晶硅薄膜制备的工艺流程，提高了操作过程的安全性，一定程度上节约了物力、人力资源，降低了成本。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性示出本公开示例性实施例中多晶硅薄膜的制备方法流程图；

图2示意性示出本公开示例性实施例中多晶硅薄膜制备过程中一膜层结构示意图；

图3示意性示出本公开示例性实施例中多晶硅薄膜制备过程中另一膜层结构示意图；

图4示意性示出本公开示例性实施例中多晶硅薄膜制备过程中又一膜层结构示意图；

图5示意性示出本公开示例性实施例中多晶硅薄膜制备过程中又一膜层结构示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。

本示例实施方式中首先提供了一种多晶硅薄膜的制备方法，参考图1中所示，该方法可以包括：

步骤S101：在基底上形成非晶硅层，在所述非晶硅层上沉积形成第一氧化硅层；

步骤S102：进行快速退火处理，使得所述非晶硅层内部的氢含量小于3％；

步骤S103：去除所述第一氧化硅层表面的有机物；

步骤S104：去除所述非晶硅层上的第一氧化硅层；

步骤S105：在所述非晶硅层上形成第二氧化硅层；

步骤S106：进行准分子激光退火处理，使得所述非晶硅层形成多晶硅层。

通过上述多晶硅薄膜的制备方法，简化了整个多晶硅薄膜制备的工艺流程，提高了操作过程的安全性，一定程度上节约了物力、人力资源，降低了成本。

下面，将参考图1至图4对本示例实施方式中的上述方法的各个步骤进行更详细的说明。

步骤S101中，在基底10上形成非晶硅层30，在所述非晶硅层30上沉积形成第一氧化硅层40。

如图2所示，在一个具体的实施例中，基底10采用玻璃等透明材料制成、且经过预先清洗。在基底10上形成非晶硅层30之前，可以于该基底10的表面形成缓冲层20。具体的，可以采用磁控溅射方式、热蒸发方式、等离子体增强化学气相沉积方式、低压化学气相沉积方式、大气压化学气相沉积方式或电子回旋谐振化学气相沉积方式在基底10上形成缓冲层20。其中，该缓冲层20包括氮化硅层21和第三氧化硅层22中的至少一层。当缓冲层20包括氮化硅层21和第三氧化硅层22时，氮化硅层21形成于基底10表面，而该第三氧化硅层22层叠形成于该氮化硅层21之上。为了方便表示，图2仅示出了缓冲层20包括氮化硅层21和第三氧化硅层22这一种情形，但该示意图并不用来限制本发明。

优选地，所述氮化硅层21的厚度为50nm-100nm，所述第三氧化硅层22的厚度为200nm-300nm。对于缓冲层20厚度的如此设置，是为了形成有效的阻热层，以使在后续步骤中非晶硅层30充分晶化形成多晶硅。

在完成上述步骤后，在基底10或者缓冲层20上形成非晶硅层30，具体的，本实施例中可以在缓冲层20上形成非晶硅层30，形成的方式包括等离子体增强化学气相沉积方式或低压化学气相沉积方式，形成的非晶硅层30的厚度为40nm-60nm，该非晶硅层30的厚度可以使得后续准分子激光处理后充分形成多晶硅层。之后，如图3所示，在非晶硅层30上，依旧采用离子体增强化学气相沉积方式或低压化学气相沉积方式沉积形成第一氧化硅层40。该第一氧化硅层40的形成，可以将非晶硅层30上自然形成的氧化物补偿均匀，方便后续的处理过程。优选地，该第一氧化硅层40的厚度为2nm-10nm，该第一氧化硅层40的厚度在这个范围内，既可以保证均匀补偿非晶硅30上自然形成的氧化物，又不至于太厚在后续步骤中不容易除去。

在步骤S102中，进行快速退火处理(RTA，rapid thermal anneal)，以使所述非晶硅层30内部的氢含量小于3％。快速退火处理过程可以使用卤钨灯光加热的方法快速的升温，通过控制升温的阶段、时间以控制薄膜不同晶粒尺寸的大小。非晶硅层在前述步骤的形成过程中内部氢含量过多，而过量的氢掺杂可导致薄膜的致密度下降。由于H与Si反应形成的化学键以Si-H2双键为主，Si-H2双键又不稳定，在快速退火过程中极易断裂，增加了非晶硅层30的无序性，使得非晶硅层30微孔中的H向外扩散，有利于非晶硅层30在后续步骤中的晶化，促进结晶。

在一个实施例中，快速退火处理温度为450℃-520℃，时间为5min-20min。经过试验证明，只有在450℃-520℃该温度区间时，非晶硅层30中的H向外扩散速度更快，而退火时间也不用太长，5min-20min内足以使得非晶硅层30内部的氢含量小于3％。如此，快速退火过程也降低了能耗，节省了成本。

步骤S103中，去除所述第一氧化硅层40表面的有机物。第一氧化硅层40在形成的过程中，难以避免的会在表面形成有机物等杂质，具体的，可使用准分子紫外光照射(EUV，excimer ultraviolet)去除该有机物。准分子紫外光，是一种高强度非相干性单色紫外光源，与常规的紫外光源相比，准分子紫外光的强度是前者的数十倍，是一种高效率低成本的去除第一氧化硅层40表面杂质的设备。

具体的，可选用波长包括但不限于为172nm或254nm的准分子紫外光照射。本实施例中选用波长为172nm的准分子紫外光照射，波长为172nm的准分子紫外光具有很高的能量，高于大多数有机物的结合能，而大多数碳氢化合物对172nm紫外光具有较强的吸收，在吸收高能紫外光后分解为离子、游离态原子、受激分子和中子等，从而能够彻底清除所述第一氧化硅层40表面的附着物，特别是有机物质，使得第一氧化硅层40表面达到原子级清洁度，有效减少表面残留杂质进入多晶硅层50所造成的缺陷。本步骤的处理方式相较于相关技术中臭氧水处理方式而言，操作安全简单又节约成本。

在步骤S104中，去除所述非晶硅层30上的第一氧化硅层40。具体的，去除所述非晶硅层30上的第一氧化硅层40是使用氢氟酸溶液去除，经氢氟酸溶液去除第一氧化硅层40后形成的非晶硅层30具有良好的均匀性，厚度变化率小。而所述氢氟酸溶液的质量浓度优选为0.5％-1％，浓度过高，去除第一氧化硅层40的速率过快，难以控制时间，有可能会过度腐蚀非晶硅层30，浓度过小，反应速率又太慢，则不能完全有效的去除第一氧化硅层40。将第一氧化硅层40去除后，进行清洗干燥。

在步骤S105中，在所述非晶硅层30上形成第二氧化硅层50。在非晶硅层30上再生成氧化硅层，是为了利用氧化硅层作为保温层，这样在采用下一步准分子激光退火处理时，氧化硅层的存在使得非晶硅层30的温度可以得到保持，有利于非晶硅的晶化。而在前一步骤中除去第一氧化硅层40，是因为在进行了快速退火去氢等步骤后，所述第一氧化硅层40难以避免会受到污染，进而会影响后续生成的多晶硅层。因此，在除去了第一氧化硅层40后，还要再生成一纯净的第二氧化硅层50。

如图4所示，在一个实施例中，可以通过使用准分子紫外光照射的方式形成第二氧化硅层50。具体的，在经过S104步骤处理后，放入一准分子紫外光照射腔体中，优选地，可使用波长为172nm的准分子紫外光照射。该腔体中的氧分子在吸收了波长为172nm的紫外光后，产生臭氧，臭氧再进一步分解为活性氧原子和氧气，从而利用活性氧原子的强氧化性在非晶硅层40上形成一层纯净的第二氧化硅层50。

在另一个实施例中，还可以在准分子紫外光照射腔体中通入氧气，氧气在准分子紫外光的照射下可产生臭氧，臭氧再进一步分解为活性氧原子和氧气，从而利用活性氧原子的强氧化性在非晶硅层40上形成一层纯净的第二氧化硅层50。

在步骤S106中，进行准分子激光退火处理，以脉冲激光辐照所述非晶硅层30以使其升温并变为熔融状态，当该非晶硅冷却时，在非晶硅与缓冲层20接触的位置以及与第二氧化硅层50接触的位置会形成多个核中心，此时，如图5所示，熔融状态的非晶硅层30会依据所述多个核中心而逐渐结晶成为致密均匀的多晶硅层60。

通过上述步骤之间的相互配合，在不影响多晶硅层均匀性的前提下，省去了两次臭氧水处理非晶硅层的步骤。由于臭氧水极具氧化腐蚀性，对操作人员的健康和安全构成一定的威胁，且臭氧水设备维护费用较高，相较现有技术，本公开提供的制备方法，简化了整个多晶硅薄膜制备的工艺流程，加快了制备速度，并提高了操作过程的安全性，一定程度上节约了物力、人力资源，降低了成本。

进一步的，本示例实施方式中，还提供了一种多晶硅薄膜，该多晶硅薄膜为通过上述任意一个实施例所述方法制备而成，在此不做赘述。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在基底上形成非晶硅层，在所述非晶硅层上沉积形成第一氧化硅层；

进行快速退火处理，使得所述非晶硅层内部的氢含量小于3％；

去除所述第一氧化硅层表面的有机物；

去除所述非晶硅层上的第一氧化硅层；

在所述非晶硅层上形成第二氧化硅层；

进行准分子激光退火处理，使得所述非晶硅层形成多晶硅层。

2.根据权利要求1所述多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，在所述非晶硅层上形成第二氧化硅层是通过使用准分子紫外光照射形成。

3.根据权利要求2所述多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，使用准分子紫外光照射时通入氧气。

4.根据权利要求3所述多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述快速退火处理温度为450℃-520℃，时间为5min-20min。

5.根据权利要求3所述多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，去除所述第一氧化硅层表面的有机物是使用准分子紫外光照射去除。

6.根据权利要求3所述多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，去除所述非晶硅层上的第一氧化硅层是使用氢氟酸溶液去除，所述氢氟酸溶液的质量浓度为0.5％-1％。

7.根据权利要求3所述多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述非晶硅层上沉积形成的第一氧化硅层的厚度为2nm-10nm。

8.根据权利要求3所述多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述非晶硅层的厚度为40nm-60nm。

9.根据权利要求1-8任一所述多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，还包括：

在基底上形成非晶硅层之前，于该基底表面形成缓冲层，所述缓冲层包括氮化硅层和第三氧化硅层中的至少一层；

其中，所述氮化硅层的厚度为50nm-100nm，所述第三氧化硅层的厚度为200nm-300nm。

10.一种多晶硅薄膜，其特征在于，所述多晶硅薄膜为通过权利要求1-9任一项所述方法制备而成。

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