一種降低表面粗糙度的低溫多晶硅的制備方法及一種低溫多晶硅的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及液晶顯示面板技術領域，尤其涉及一種降低表面粗糙度的低溫多晶硅 的制備方法及一種低溫多晶硅。
【背景技術】
[0002] 在液晶顯示面板制造行業(yè)中，低溫多晶娃（LTPS, Low Temperature Poly-silicon)技術由于擁有更好的電子迀移率，逐步成為液晶顯示面板技術革新的方向， 這使得具有輕、薄、低耗能、高亮度、高分辨率等優(yōu)點的LPS顯示器備受矚目。
[0003] 在LPS技術中，通常先采用化學氣相沉積形成非晶硅（a-Si)層，再對該非晶硅層 進行結晶化處理。目前一般是采用準分子激光退火（ELA)技術進行結晶化，ELA技術一般 是通過激光產生的高溫將非晶硅熔融形成非晶硅液體，非晶硅液體冷卻時，非晶硅液體依 附固相和液相Si間的界面附近產生的晶核逐漸結晶生長而形成多晶硅（p-Si)層。
[0004] ELA結晶化之前往往需要對a-Si進行結晶前預處理，ELA結晶預處理一般是在 a-Si層之上形成表面氧化層，借由該氧化層進行能量緩沖，從而得到p-Si晶粒尺寸較大且 均勻的P-Si層。因此，許多研究人員致力于優(yōu)化ELA結晶前預處理工藝，以期望得到均勻 的多晶硅層。
[0005] 然而，由于固相硅與液相硅的密度存在差異，以及長晶體過程的應力作用不同，經 上述ELA結晶預處理后，即使形成了均勻的表面氧化層，但最終形成的p-Si層表面處于晶 界的凸起物仍較多（如附圖1所示），這使得P-Si層的表面粗糙較大，最終影響到后續(xù)的多 晶硅制膜工序。因此，有必要提供一種降低表面粗糙度的低溫多晶硅的新方法。

【發(fā)明內容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種降低表面粗糙度的低溫多晶硅的制備方法，所述制 備方法中包括兩次準分子激光退火處理（ELA)及第一次ELA結晶處理前的非晶硅層清洗預 處理、第二次ELA結晶處理前的多晶硅層清洗預處理，采用所述制備方法可以得到表面粗 糙度低且表面均勻的低溫多晶硅。
[0007] 第一方面，本發(fā)明提供了一種降低表面粗糙度的低溫多晶硅的制備方法，包括以 下步驟：
[0008] (1)提供一表面形成有非晶硅層的基板，對所述基板進行表面預處理，以在所述非 晶硅層上形成一均勻氧化層；
[0009] (2)對所述表面預處理后的基板進行第一次準分子激光退火處理，使所述非晶硅 層形成多晶硅層；
[0010] (3)采用HF溶液對所述多晶硅層進行酸清洗，以除去所述多晶硅層上的凸起物；
[0011] (4)對酸清洗后的所述多晶硅層進行第二次準分子激光退火處理，得到低溫多晶 娃。
[0012] 優(yōu)選地，步驟（1)中，所述基板包括玻璃基板、塑料基板、陶瓷和石墨中的一種。
[0013] 優(yōu)選地，所述基板與所述非晶硅層之間還包括一緩沖層。
[0014] 優(yōu)選地，所述緩沖層由氮化硅、氧化硅依次沉積而成。
[0015] 非晶硅在自然環(huán)境中會被氧化，在其表面形成二氧化硅氧化層，該氧化層的均勻 性及品質均不佳，而表面氧化層在后續(xù)的ELA結晶過程中起著能量緩沖的作用，表面氧化 層的不均勻必然影響ELA的結晶效果，造成多晶硅均勻性不佳，因此，要制備出均勻性高的 多晶硅必然需要在非晶硅的表面進行表面預處理，以形成一層均勻的氧化層。
[0016] 優(yōu)選地，步驟（1)中，所述對所述基板進行表面預處理，包括：采用HF溶液和臭氧 水依次清洗所述基板。首先采用HF對基板進行刻蝕，將基板上的均勻性不佳的自然氧化 層、毛刺等除去，再經過臭氧水處理在非晶硅表面形成品質優(yōu)良的均勻氧化層。
[0017] 為避免殘留在基板表面的溶液對后續(xù)操作步驟造成影響，優(yōu)選地，在采用HF溶液 清洗基板后，采用水清洗所述基板，經干燥處理之后再采用臭氧水清洗基板?？墒褂眉儍?水、H2Water (含lppm氏的純凈水）或高壓水對基板進行清洗。
[0018] 進一步優(yōu)選地，所述HF溶液的濃度為0. 5-2 %，采用HF溶液的清洗時間為 20-40s 〇
[0019] 更優(yōu)選地，所述HF溶液的濃度為1 %，采用HF溶液的清洗時間為30s。
[0020] 進一步優(yōu)選地，所述臭氧水的濃度為15-25ppm，采用臭氧水的清洗時間為 40-70s。
[0021] 更優(yōu)選地，所述臭氧水的濃度為15-25ppm，采用臭氧水的清洗時間為60s。
[0022] 如本發(fā)明所述的，經表面預處理形成的氧化層為Si02, Si02氧化層可以在對基板 激光退火處理的過程中，起到保溫作用，防止熱量散失。
[0023] 優(yōu)選地，步驟（1)中，所述氧化層的厚度為3_5nm。
[0024] 當一個shot的激光照射到a-Si層上，使其表面在溫度達到硅熔點時即達到了晶 化域值能量密度，a-Si層的表面熔化前沿會深入到a-Si內部，a-Si層照射后的溫度，中 間高兩邊低，邊界處形成結晶核，停止激光照射后，熔融層首先從兩邊開始冷卻，固相和液 相之間的界面會移動到中間和表面，中間依次形成自然核。冷卻之后，非晶硅晶化為多晶 硅p-Si，以自然核為界形成晶粒，p-Si層是由許多Si原子的小規(guī)模結晶顆粒（簡稱晶粒， Grain)組合而成，晶粒之間的邊界稱為晶界。
[0025] 激光的照射強度（或能量密度）越大，晶粒的尺寸越大，p-Si的迀移率越大，但能 量也不能太大，太大的能量反而會使迀移率下降。
[0026] 優(yōu)選地，步驟（1)和步驟（4)中，所述準分子激光退火處理為采用波長為308nm的 準分子激光進行照射。
[0027] 優(yōu)選地，步驟（2)中，所述第一次準分子激光退火處理中，所用準分子激光的能量 密度為440-465W/cm2。采用該能量密度的準分子激光照射所述表面預處理后的基板。
[0028] 所述激光的能量密度與表面氧化層的厚度也有一定關系，當氧化層的厚度薄時， 3102氧化層對熱量的消化能量越強，所需的激光能量密度越高，當氧化層的厚度較厚時， Si02氧化層對熱量的散失越弱，所需的激光能量密度越低。在具體的實施例中，可以根據表 面預處理后氧化層的厚度對ELA工序中的激光能量進行相應調整。
[0029] 優(yōu)選地，步驟（3)中，所述HF溶液的濃度為0. 5-2%，采用HF溶液的清洗時間為 20-40s 〇
[0030] 更優(yōu)選地，步驟（3)中，所述HF溶液的濃度為1%，采用HF溶液的清洗時間為30s。
[0031] 優(yōu)選地，步驟（4)中，所述第二次準分子激光退火處理中，采用的準分子激光的能 量密度為 350-440W/cm2。
[0032] 優(yōu)選地，步驟（4)中，所述低溫多晶硅的晶粒大小為3600-4000A。表面粗糙度為 l-2nm〇
[0033] 本發(fā)明提供的降低表面粗糙度的低溫多晶硅的制備方法中，第一次ELA結晶化處 理主要為將a-Si結晶為p-Si可使得p-Si的晶格大小達到所需要求，而正常的ELA結晶過 程，由于a_Si在瞬間激光作用下，a_Si尚溫恪融為ρ-Si時，a_Si和ρ-Si的密度差異以及 相應界面的應力作用不同，會導致部分的晶體被推擠到多晶硅層的表面上，在P-Si的晶體 成核結晶過程形成突起物；之后采用第二次HF清洗作用以及第二次低能量的ELA結晶處 理，既能通過HF溶液對凸起物進行處理作用、初步降低表面粗糙度，又可通過第二次ELA的 作用，降低清洗時可能對多晶硅的結晶性造成的一定損傷，得到結晶性完整的多晶硅，使表 面粗糙度進一步明顯降低且使晶粒尺寸達到所需要求。所述制備方法簡單易操作，可以有 效降低多晶硅的表面粗糙度，得到粗糙度低、表面均勻且結晶性能良好的低溫多晶硅。
[0034] 第二方面，本發(fā)明提供了采用本發(fā)明第一方面所述的制備方法制得的低溫多晶 娃。
[0035] 所述低溫多晶硅的晶粒大小為3600-4000A。所述低溫多晶硅的表面粗糙度為 l-2nm，所述粗糙度是指多晶娃表面隆起的凸起物的高度。
[0036] 本發(fā)_的有益效果:
[0037] 本發(fā)明提供的降低表面粗糙度的低溫多晶硅的制備方法，所述制備方法包括兩次 準分子激光退火處理及第一次準分子激光退火處理前的非晶硅層清洗預處理、第二次準分 子激光退火處理前的多晶硅層清洗預處理，采用所述制備方法簡單易操作，可以有效解決 傳統(tǒng)的一次準分子激光退火處理形成的多晶硅表面界面凸起物多、粗糙度低的問題，得到 表面粗糙度低、晶粒大小均勻且結晶性能良好的低溫多晶硅。本發(fā)明提供的低溫多晶硅的 性能優(yōu)異，可以用于高分辨率的顯示器領域。
【附圖說明】
[0038] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹。
[0039] 圖1是現有技術中多晶硅的形成過程示意圖，1為基板，2為固相硅，3為液相娃，3' 為多晶硅，4為3'表面形成的晶界凸起物；
[0040] 圖2是本發(fā)明實施例提供的降低表面粗糙度的低溫多晶硅的制備方法流程圖；
[0041] 圖3是本發(fā)明實施例1制得的低溫多晶硅與現有技術制得的低溫多晶硅的掃描電 子顯微鏡（SEM)的對比圖，其中圖3的第一列的圖均為對比實施例1制得的多晶娃，圖3的 第二列的圖均為本