镍溶液雾滴法制备碟型大晶畴多晶硅的方法及产品和应用技术

本发明专利技术公开一种镍溶液雾滴法制备碟型大晶畴多晶硅的方法及产品和应用，方法包括如下步骤：在上面形成有一层阻挡层的衬底上，沉积形成一层非晶硅薄膜；在非晶硅薄膜上喷洒镍盐溶液微小雾滴；采用去离子水冲淋非晶硅薄膜的表面，使离散微量的镍粘敷在非晶硅薄膜的表面，其他的杂质被去离子水冲掉；在高纯氮气氛围中退火，使非晶硅薄膜以离散微量的镍为中心横向晶化为碟型大晶畴多晶硅。所述的碟型大晶畴多晶硅为从中心向四周晶化的晶体结构，晶畴的直径为２０－１００μｍ，具有的霍耳迁移率大于３０ｃｍ↑［２］／Ｖｓ。本发明专利技术适用在大面积衬底上流水线操作制备多晶硅薄膜材料，成本低廉。其产品可用于制备多晶硅薄膜晶体管及电路，面阵敏感器，显示器象素电极和光电子器件及其全集成显示系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多晶硅薄膜材料的制备技术。特别是涉及一种通过在非晶硅薄膜上 喷洒镍盐溶液微小雾滴，形成金属诱导晶化的诱导源，然后退火晶化形成碟型大晶畴金 属诱导晶化多晶硅薄膜材料的，工艺简单，成本低廉的镍溶液雾滴法制备碟型大晶畴多 晶硅的方法及产品和应用。
技术介绍
非晶硅和多晶硅是目前用于制备有源选址矩阵的有源层的主流薄膜材料。多晶硅与 非晶硅相比，具有较高的迁移率和较好的稳定性，适合于制备高质量、高分辨率、低功 耗和高稳定性的有源选址显示器。在全集成小尺寸的显示器上的应用，具有明显的优势。 但其制备工艺相对复杂，制备成本相对较高。如果欲在大尺寸有源选址技术上，与非晶 硅一争高低，就必须在保持多晶硅原有优势的同时，开发出适于大面积玻璃衬底的低成 本材料制备技术。在此动力的推动下，低成本的溶液法金属诱导晶化技术受到广泛的关 注。溶液法金属诱导晶化可以通过浸粘式的无电电镀方式在非晶硅表面形成诱导晶化源， 但由于镍和硅的电负性相近，使得用水溶液浸沾法难以在a-Si表面形成均匀、稳定的金 属诱导源，另一方面含有ppm量级的金属盐或碱的溶液，在浸沾过程中随着金属离子不 断沉积到薄膜表面，溶液的组分会发生微量的变化，这种微量的变化会影响多晶硅的晶 粒大小以及其性能，从而也导致浸沾过程的稳定性和重复性不好。为此，我们曾提出通 过加入微量的有机碱等化学物质改变浸沾溶液的组分、采用酒精等有机溶剂溶解诱导金 属盐或采用表面修饰剂改善非晶硅的表面粘敷性、采用自然形成或沉积二氧化硅薄缓冲 层提高亲水性、采用旋涂工艺形成金属诱导层等方法来提高溶液法金属诱导晶化多晶硅 的均匀性和重复性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种采用喷雾法形成金属诱导源、在大面积衬 底上流水线操作制备高质量多晶硅薄膜金属诱导晶的镍溶液雾滴法制备碟型大晶畴多 晶硅的方法及产品和应用。本专利技术所采用的技术方案是 一种镍溶液雾滴法制备碟型大晶畴多晶硅的方法及产 品和应用。其中，镍溶液雾滴法制备碟型大晶畴多晶硅的方法，是用镍盐溶液微小雾滴 形成诱导源，诱导非晶硅薄膜变成碟型大晶畴多晶硅薄膜，包括如下步骤第一步、在上面形成有一层阻挡层的衬底上，沉积形成一层非晶硅薄膜；第二步、在非晶硅薄膜上喷洒镍盐溶液微小雾滴；第三步、喷洒雾滴后，采用去离子水冲淋非晶硅薄膜的表面，使离散微量的镍粘敷在非晶硅薄膜的表面，其他的杂质被去离子水冲掉；第四步、将第三步得到的样品烘干后，在高纯氮气氛围中退火，使非晶硅薄膜以离 散微量的镍为中心横向晶化为碟型大晶畴多晶硅。第一步中所述的非晶硅薄膜为采用低压化学汽相沉积法、或等离子增强化学汽相沉积法或溅射沉积法获得的非晶硅薄膜，厚度为20nm至5000Pffl。第一步中所述的阻挡层为低压化学汽相沉积法、或等离子增强化学汽相沉积法或溅 射沉积法获得的低温氧化硅或氮化硅或二者的混合薄膜，厚度为50nm至500nm。第二步中所述的镍盐溶液是硝酸镍、醋酸镍、氯化镍中的一种，溶液的稀释浓度为 lppm—100ppm，所述的镍盐溶液的ra值为6—9的范围，溶液的PH值是采用氨水或四甲基氢氧化铵进行调节。第二步中所述的微小雾滴采用压力气体喷雾法获得，雾滴直径50—200Mm，每平方毫 米10—30个雾滴。第三步中所述的微小雾滴在非晶硅薄膜的表面停留0.5—5分钟之后，用DI水冲洗 非晶硅薄膜表面，然后脱水，烘干。第四步中所述的退火方式，是采用石英外加热炉管退火方式、灯阵加热炉退火方式、 热隧道退火方式和热烘箱退火方式中的一种，退火的温度500—60(TC，退火时间l一4 小时。采用镍溶液雾滴法制备碟型大晶畴多晶硅的方法制作的碟型大晶畴多晶硅，所述的 碟型大晶畴多晶硅为从中心向四周晶化的晶体结构，晶畴的直径为20 — 100Mm，具有的霍 耳迁移率大于30cm7Vs。碟型大晶畴多晶硅的应用，包括应用碟型大晶畴多晶硅制备的多晶硅薄膜晶体管和 多晶硅晶体管电路，以及制备的显示器象素电极和光电子器件。还包括采用多晶硅电路 和象素电极制备的全集成显示系统。本专利技术的镍溶液雾滴法制备碟型大晶畴多晶硅的方法及产品和应用，采用喷雾法 在非晶硅薄膜表面上形成金属诱导源。通过控制喷雾的速度和时间，获得需要密度的溶液雾团。 一定时间后，雾滴均匀的落在非晶硅薄膜的表面，形成离散的雾滴。选择适当 的喷雾量，可获得直径为50—200Mra离散的液滴，分散的距离在50—200Mm。本专利技术可以通过非晶硅薄膜表面的处理、溶液中镍盐的选取、浓度的选取、有机 碱的选取、溶液PH值的选取、雾滴的产生等可控参数来控制在非晶硅表面形成的金属 诱导源中的金属含量和分散点的密度，从而获得均匀分布的离散的金属诱导源。同时， 可克服在批量生产中，因浸沾过程中随着金属离子不断沉积到非晶硅薄膜表面而引起的 溶液组分发生微量的变化，对工艺重复性的影响。本专利技术适用于在大面积衬底上流水线操作制备高质量多晶硅薄膜材料，而且，与电 子束蒸发、溅射等其他沉积镍的方法相比，工艺简单，成本低廉。所获得的多晶硅薄膜 可用于制备多晶硅薄膜晶体管和多晶硅晶体管电路，显示器象素电极和光电子器件、面 阵敏感器，平板显示基板，多晶硅电路和象素电极制备的全集成显示系统，具有重要的实用价值。附图说明图1是晶化前驱物剖面示意图；图2是镍溶液喷雾的基板设施和工艺过程示意图；图3是在非晶硅薄膜表面形成的离散的微小雾滴示意图；图4是喷雾后采用去离子水冲淋非晶硅薄膜表面的示意图；图5是雾滴法金属诱导晶化退火过程示意图；图6是雾滴法形成的多晶硅薄膜，经TMAH室温下腐蚀3分钟的显微照片效果图； 图7是碟型大晶畴与散花状小晶畴金属诱导晶化多晶硅的霍耳迁移率的比较图； 图8是雾滴法形成的碟型大晶畴多晶硅薄膜与低压化学汽相沉积(LPCVD)和固相 晶化(SPC)多晶硅薄膜材料对可见光吸收的比较效果图。其中:101:玻璃衬底102:缓冲层103:非晶硅薄膜201:密封室202:出气口203:雾喷头204:镍溶液瓶205:脉冲压力气体输入端206:溶液雾团301:雾滴401:去离子水402:镍501:退火炉601:碟型晶畴602:对撞晶界603:雾滴散落的地方604:非晶硅区间具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的镍溶液雾滴法制备碟型大晶畴多晶硅的方法及产品和应 用做出详细说明。本专利技术的镍溶液雾滴法制备碟型大晶畴多晶硅的方法，是用镍盐溶液微小雾滴形成 诱导源，诱导非晶硅薄膜变成碟型大晶畴多晶硅薄膜，包括如下步骤 第一步、在上面形成有一层阻挡层的衬底上，沉积形成一层非晶硅薄膜。 所述的非晶硅薄膜为采用低压化学汽相沉积法、或等离子增强化学汽相沉积法或溅射沉积法获得的非晶硅薄膜，厚度为20nm至5000Mm;所述的阻挡层为低压化学汽相沉积 法、或等离子增强化学汽相沉积法或溅射沉积法获得的低温氧化硅或氮化硅或二者的混 合薄膜，厚度为50nm至500nm。如图1所示，采用低压化学气相沉积(LPCVD)或等离子增强化学气相沉积(PECVD) 生长的30nm—100nm非晶硅薄膜103沉积在具有低温氧化硅(LTO)缓冲层102的康宁 1737玻璃衬底101上。采用1XHF酸，去掉非晶硅薄膜103表面的自然氧化层，以非晶硅薄膜103表面疏水为标准，氮气吹干后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镍溶液雾滴法制备碟型大晶畴多晶硅的方法，其特征在于，是用镍盐溶液微小雾滴形成诱导源，诱导非晶硅薄膜变成碟型大晶畴多晶硅薄膜，包括如下步骤：第一步、在上面形成有一层阻挡层的衬底上，沉积形成一层非晶硅薄膜；第二步、在非晶硅薄膜上喷洒镍盐溶液微小雾滴；第三步、喷洒雾滴后，采用去离子水冲淋非晶硅薄膜的表面，使离散微量的镍粘敷在非晶硅薄膜的表面，其他的杂质被去离子水冲掉；第四步、将第三步得到的样品烘干后，在高纯氮气氛围中退火，使非晶硅薄膜以离散微量的镍为中心横向晶化为碟型大晶畴多晶硅。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴春亚，熊绍珍，李娟，孟志国，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：12[]