專利名稱：一種用于可調(diào)控地制備多晶硅薄膜的多層膜結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多晶硅薄膜領(lǐng)域，特別涉及一種用于可調(diào)控地制備多晶硅薄膜的多層 膜結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著高科技的發(fā)展，視訊產(chǎn)品，特別是數(shù)字化視訊或影像裝置已經(jīng)成為一般日常 生活中常見的產(chǎn)品。這些數(shù)字化視訊或影像裝置中，顯示器是一個尤其重要元件。為了提 高顯示器的性能，通常采用TFT組成象素驅(qū)動電路及其周邊驅(qū)動電路，這些TFT大多采用 多晶硅薄膜作為其有源層，并且驅(qū)動電路和顯示元件一起制作在成本低廉的透明玻璃襯底 上，這都要求多晶硅薄膜的性能較好，并且要求在低溫條件下制作。準(zhǔn)分子激光退火以及金屬誘導(dǎo)制備多晶硅的技術(shù)是目前業(yè)界中制備多晶硅薄膜 的兩種常規(guī)方法。與準(zhǔn)分子激光退火的方法相比，金屬誘導(dǎo)技術(shù)可得到遷移率高，表面平坦 的多晶硅薄膜，并且制作工藝及設(shè)備也較為簡單。但這一方法目前也存在著一些問題，例如 晶化完成之后，誘導(dǎo)口附近的金屬殘留過重。為了解決這個問題，目前人們通常采用將誘 導(dǎo)金屬層做得很薄，或在退火處理后采用PSG吸收，或采用自緩釋等混合材料控制誘導(dǎo)金 屬在非晶硅材料的擴散等方法，但是這些方法都無法徹底避免在誘導(dǎo)口附近會留有金屬殘 留，同時也無法實現(xiàn)對晶化區(qū)域的調(diào)控。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種用于可調(diào)控地制備 多晶硅薄膜的多層膜結(jié)構(gòu)，在保留傳統(tǒng)的金屬橫向誘導(dǎo)技術(shù)優(yōu)點的同時，還可有效地避免 在誘導(dǎo)口的金屬殘留過重的問題，進而改善多晶硅層的電性能。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于可調(diào)控地制備多晶硅薄膜的多層膜結(jié)構(gòu)，包括絕緣襯底；在所述絕緣襯底上的阻擋層；在所述阻擋層上的非晶硅層；在所述非晶硅層上的緩沖層，其中所述緩沖層上設(shè)置有凹槽，使得所述凹槽的底 部和所述非晶硅層的上表面之間具有一定距離；在所述緩沖層上的金屬誘導(dǎo)層。在上述多層膜結(jié)構(gòu)中，所述光刻后緩沖層的凹槽底部與非晶硅層上表面之間的距 離為 IOnm 至 IOOnm0在上述多層膜結(jié)構(gòu)中，所述光刻后緩沖層的凹槽底部與非晶硅層上表面之間的距 離為30nm。在上述多層膜結(jié)構(gòu)中，所述述緩沖層由氧化硅或氮化硅制成，厚度為IOOnm以上。在上述多層膜結(jié)構(gòu)中，所述凹槽為多個面積相等的凹槽。
在上述多層膜結(jié)構(gòu)中，所述凹槽每一個面積在400μπι2以上。在上述多層膜結(jié)構(gòu)中，所述凹槽每一個面積在400 μ m2至3600 μ m2之間。在上述多層膜結(jié)構(gòu)中，所述凹槽為正方形、圓形或多邊形。在上述多層膜結(jié)構(gòu)中，所述金屬誘導(dǎo)層的厚度為幾納米至幾十納米。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于1.減少了晶化完成之后的殘留金屬；2.可調(diào)控性高。


以下參照附圖對本發(fā)明實施例作進一步說明，其中圖IA和圖IB分別為退火處理前后的根據(jù)本發(fā)明的典型的多層膜結(jié)構(gòu)的截面示意 圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明得到的多晶硅薄膜的局部俯視示意圖；圖3A至圖3C為采用不同面積的誘導(dǎo)口所形成的多晶硅薄膜層的效果圖。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于可調(diào)控地制備多晶硅薄膜的多層膜結(jié)構(gòu)，如圖IA所 示，其包括襯底10，該襯底可選用諸如玻璃或石英等絕緣材料制成；位于該襯底10上的阻擋 層11，用于阻擋襯底上的水分或其它不純物質(zhì)向上層的擴散；位于該阻擋層11上的非晶硅 薄膜層12，非晶硅薄膜12采用諸如等離子體增強化學(xué)相沉積(PECVD)或低壓化學(xué)汽相沉積 (LPCVD)的物理沉積方法生長；在非晶硅薄膜12之上的誘導(dǎo)金屬緩沖層13，其中在該金屬 誘導(dǎo)緩沖層13A上光刻出凹槽15(或稱為誘導(dǎo)口)，使得光刻后誘導(dǎo)口 15的底部與非晶硅 層12上表面之間具有一定距離16，該誘導(dǎo)金屬緩沖層的材料可以為氧化硅或氮化硅，其厚 度一般在100納米以上；位于緩沖層13上的金屬誘導(dǎo)層14，該誘導(dǎo)金屬層14可采用金屬 Ni，Au, Cu, Al，Pd，Co或Ag，這些金屬可采用濺射、熱蒸發(fā)以及電子束蒸發(fā)等方法制備。圖IB為上述多層膜結(jié)構(gòu)經(jīng)過退火處理后的截面示意圖。如圖所示，金屬誘導(dǎo)層14 中的誘導(dǎo)金屬通過緩沖距離16擴散到非晶硅層12中，在誘導(dǎo)口 15的下方形成種子區(qū)域 17 ；其中該種子區(qū)域17的面積比誘導(dǎo)口 15略大、形狀相似，但仍可以認為種子區(qū)域17面積 基本上等于誘導(dǎo)口面積；隨著退火過程的進行，種子區(qū)域17以外的四周18開始結(jié)晶，結(jié)晶 領(lǐng)域18的大小是由種子區(qū)域17的面積來決定，晶界的分布也是有規(guī)律的(因為多晶硅的 生長是以種子區(qū)域17為中心向四周放射生長，所以總體結(jié)晶會略成圓形(見圖2)，至于種 子區(qū)域17，因為其內(nèi)形成的晶粒個數(shù)和位置是不能夠控制的，所以種子區(qū)域17內(nèi)形成的晶 界方向為不規(guī)則的)；圖2為經(jīng)過本發(fā)明方法得到的多晶硅薄膜的局部俯視圖。圖中的種子區(qū)域17為正 方形，實質(zhì)上種子區(qū)域17為其它形狀，如圓形、多邊形等也是可以的。結(jié)晶領(lǐng)域18是以種 子區(qū)域17為中心沿著方向21生長而形成的。由于晶體的生長是以種子區(qū)域17為中心放 射生長，所以在結(jié)晶領(lǐng)域18里面就形成了許多有方向的晶界，也就是低角粒界22。低角粒 界22為結(jié)晶領(lǐng)域18內(nèi)部不同特性的晶粒產(chǎn)生的晶界。高角粒界23為結(jié)晶領(lǐng)域18的晶界線，也就是與其它的種子區(qū)域為中心的多晶硅相交或與還未結(jié)晶的非晶硅相交的界線。所 以結(jié)晶領(lǐng)域18內(nèi)的晶粒具有大小均一，晶界分布規(guī)律的特點。下面通過示例說明利用本發(fā)明的多層膜結(jié)構(gòu)制備多晶硅薄膜的方法示例1 步驟1)首先在平板玻璃襯底10上采用PECVD法沉積200納米LTO (低溫氧化物) 做阻擋層11，在阻擋層11上采用PECVD沉積厚度為60nm的非晶硅層12，沉積時襯底溫度 為200度，本底真空為2X 10_4pa，反應(yīng)室壓力80pa，接著在非晶硅層12上沉積一層厚度為 300納米的SiNx層作為金屬緩沖層13A，該層薄膜的生長同樣利用PECVD在SiH4和NH3的 混合氣氛下生長，襯底溫度保持在270度，反應(yīng)室壓力為30pa ；步驟2)對上述金屬誘導(dǎo)緩沖層13A進行光刻，光刻出多個面積為10 μ mX 10 μ m 的誘導(dǎo)口 15，使得光刻后誘導(dǎo)口 15的底部與非晶硅層12的上表面之間的緩沖距離16為5 納米；步驟幻將所得樣品放入磁控濺射臺中生長一層誘導(dǎo)金屬14，該層的厚度為5納 米，使用金屬Ni作為誘導(dǎo)金屬，生長時襯底溫度為130度，本底真空為2 X 10-4pa,濺射時反 應(yīng)室壓力為0. Ipa ；步驟4)利用快速退火爐在520°C下退火4個小時，其間通以氮氣作為保護氣體；步驟幻退火完成之后，用稀鹽酸腐蝕掉剩余的金屬Ni，最后采用等離子體刻蝕 工藝在CF4氣氛下刻掉金屬緩沖層13B，留下的多晶硅層和襯底供器件制作使用。按照上述方法制備示例2 6，具體實驗條件及結(jié)果參見表1。表 1
示例緩沖距離 (nm)金屬誘導(dǎo)層厚度 (nm)誘導(dǎo)口的尺寸155長寬分別是ΙΟμΓΠ,面積是ΙΟΟμ η22105長寬分別是20μπι,面積是400μπι233010長寬分別是30μιη,面積是900μπι245020長寬分別是40μπι，面積是1600μπι2510050長寬分別是50μπι,面積是2500μπι26150100長寬分別是60μηι,面積是3600μπι2 圖3A至圖3C示出了示例1 6的對應(yīng)不同誘導(dǎo)口尺寸的多晶硅薄膜層的效果 圖。參照圖3A，當(dāng)誘導(dǎo)口 31的面積為100 μ m2，基本不形成結(jié)晶領(lǐng)域；當(dāng)誘導(dǎo)32的面積為 400 μ m2，可以看到結(jié)晶領(lǐng)域39開始形成。參照圖:3B 圖3C，可以看到結(jié)晶領(lǐng)域39的面積 是隨著誘導(dǎo)口的增大而增大。由于在本發(fā)明中誘導(dǎo)口處的誘導(dǎo)金屬并沒有直接和非晶硅層 表面接觸，而是通過緩沖距離16擴散到非晶硅表面，故通過誘導(dǎo)口面積和緩沖距離16的設(shè) 計就可以控制種子區(qū)域17的面積。從擴散的效果來看，誘導(dǎo)口的面積越大，種子區(qū)域17的 面積也越大。由于多晶硅的結(jié)晶是從種子區(qū)域17開始，種子區(qū)域17的面積又將影響到后來 多晶硅的結(jié)晶半徑。應(yīng)該理解，緩沖距離16的大小將影響到誘導(dǎo)金屬層的厚度(或濃度)以及緩沖時間，緩沖距離16越大，意味著誘導(dǎo)金屬層厚度(或濃度)可以做的大一些(可 達到納米級以至更大的厚度)，但也相應(yīng)地增加了緩沖時間，因此本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)上 述三者間的關(guān)系適當(dāng)選擇緩沖距離。另外，根據(jù)需要，所述誘導(dǎo)口可以設(shè)置為一個或多個， 每個誘導(dǎo)口的尺寸可以相同也可以不同。應(yīng)該理解，在本發(fā)明中，只要在凹槽底部和非晶硅層的上表面之間具有一定距離 就可以實現(xiàn)本發(fā)明目的，而緩沖距離16在大約IOnm至IOOnm之間是優(yōu)選，這是因為若小于 lOnm，緩沖效果有限，若大于lOOnm，則將增加誘導(dǎo)口催化金屬通過緩沖層的時間。當(dāng)然，對 于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說應(yīng)該理解，可以根據(jù)金屬誘導(dǎo)層的厚度來確定合適的緩沖距離 16。在本發(fā)明的其他實施例中，金屬誘導(dǎo)層14的厚度優(yōu)選在幾納米到幾十納米。與其它的減少誘導(dǎo)口殘留金屬的方法相比，本發(fā)明由于避免了誘導(dǎo)金屬層與半導(dǎo) 體層的直接接觸，所以能更好地減少晶化完成之后殘留金屬對半導(dǎo)體層的污染，減少對器 件(如TFT)的影響。盡管參照上述的實施例已對本發(fā)明作出具體描述，但是對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，應(yīng)該理解可以在不脫離本發(fā)明的精神以及范圍之內(nèi)基于本發(fā)明公開的內(nèi)容進行修 改或改進，這些修改和改進都在本發(fā)明的精神以及范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于可調(diào)控地制備多晶硅薄膜的多層膜結(jié)構(gòu)，包括絕緣襯底；在所述絕緣襯底上的阻擋層；在所述阻擋層上的非晶硅層；在所述非晶硅層上的緩沖層，其中所述緩沖層上設(shè)置有凹槽，使得所述凹槽的底部和 所述非晶硅層的上表面之間具有一定距離；在所述緩沖層上的金屬誘導(dǎo)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于可調(diào)控地制備多晶硅薄膜的多層膜結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述光刻后緩沖層的凹槽底部與非晶硅層上表面之間的距離為IOnm至lOOnm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于可調(diào)控地制備多晶硅薄膜的多層膜結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述光刻后緩沖層的凹槽底部與非晶硅層上表面之間的距離為30nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于可調(diào)控地制備多晶硅薄膜的多層膜結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述述緩沖層由氧化硅或氮化硅制成，厚度為IOOnm以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于可調(diào)控地制備多晶硅薄膜的多層膜結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述凹槽為多個面積相等的凹槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于可調(diào)控地制備多晶硅薄膜的多層膜結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述凹槽每一個面積在400 μ m2以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于可調(diào)控地制備多晶硅薄膜的多層膜結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述凹槽每一個面積在400 μ m2至3600 μ m2之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于可調(diào)控地制備多晶硅薄膜的多層膜結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述凹槽為正方形、圓形或多邊形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的用于可調(diào)控地制備多晶硅薄膜的多層膜結(jié)構(gòu)， 其特征在于，所述金屬誘導(dǎo)層的厚度為幾納米至幾十納米。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于可調(diào)控地制備多晶硅薄膜的多層膜結(jié)構(gòu)，包括絕緣襯底；在所述絕緣襯底上的阻擋層；在所述阻擋層上的非晶硅層；在所述非晶硅層上的緩沖層，其中所述緩沖層上設(shè)置有凹槽，使得所述凹槽的底部和所述非晶硅層的上表面之間具有一定距離；在所述緩沖層上的金屬誘導(dǎo)層。根據(jù)本發(fā)明的多層膜結(jié)構(gòu)可以制造出具有大而均勻的晶粒，以及規(guī)律的晶界的多晶硅薄膜；同時金屬與硅層不直接接觸，避免了殘留金屬的污染。
文檔編號B32B15/00GK102097459SQ2010105295
公開日2011年6月15日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者彭俊華, 黃宇華, 黃飚 申請人:廣東中顯科技有限公司