一种多晶硅薄膜材料制造技术

本发明专利技术提供一种多晶硅薄膜材料，其特征在于，其自下而上顺序地包括衬底、第一阻挡层、金属诱导层、第二阻挡层和多晶硅层。由于本发明专利技术中的金属诱导层先于非晶硅形成，位于两层阻挡层间，从而缩短了热处理时间、提高了晶粒尺寸。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于显示器领域，尤其涉及一种用于制造有源矩阵显示器的多晶硅薄膜材 料。
技术介绍
目前有源矩阵显示器件所采用的薄膜晶体管(TFT)技术大致存在两种非晶硅薄 膜TFT和多晶硅薄膜TFT。非晶硅薄膜TFT工艺成熟并相对简单，成品率高，成本低。TFT 的特性主要通过电子迁移率的值来评价，而非晶硅薄膜TFT的电子迁移率大约为lcm2/ Vs且非晶硅器件的稳定性较差，这使之难以满足快速开关的彩色时序液晶显示、电流驱动 的有机发光二极管显示和其它集成型显示的要求。多晶硅薄膜TFT的电子迁移率大约为 100cm2/Vs左右，因此在制造高性能的IXD和OLED时，均采用多晶硅薄膜TFT。通常，多晶硅薄膜TFT按照如下的步骤来制造在玻璃或者石英等透明基板上沉 积非晶硅并使之晶化，形成栅极氧化膜和栅极，然后在源极和漏极中注入掺杂剂后形成绝 缘层，从而制造多晶硅薄膜TFT。其中非晶硅薄膜晶化为多晶硅薄膜是主要工艺，有高温工 艺和低温工艺之分。高温晶化工艺指在600°C以上结晶的工艺，要求衬底为石英材料，价格 昂贵。低温晶化工艺指低于600°C温度下的结晶工艺，适用于普通玻璃，价格低廉，是非晶 硅晶化的主要研究领域。目前可以在低温下短时间内形成多晶硅薄膜的低温多晶硅工艺包 括准分子激光退火工艺、急速热处理法和金属诱导晶化法(MIC)。已知的金属诱导晶化薄膜制造技术中，横向金属诱导晶化薄膜技术所获得的材料 和器件性能最佳，而金属诱导晶化薄膜制造技术要走向实用化，还需迫切解决以下问题 1.高浓度的诱导金属残余；2.无法控制诱导金属的扩散；3.晶化时间长。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种多晶硅薄 膜材料。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的根据本专利技术，提供一种多晶硅薄膜材料，其自下而上顺序地包括衬底；第一阻挡层；金属诱导层；第二阻挡层；和多晶硅层。在上述技术方案中，所述第一和第二阻挡层包括金属、碳化硅、硅的氧化物或硅的 氮化物。在上述技术方案中，所述第一和第二阻挡层厚度为0. 1-1.0微米。在上述技术方案中，所述金属诱导层中含有Ni、Ai、Ti、Ag、Au、Co、Sb、Pb、Cu中的任意1种或1种以上。在上述技术方案中，所述金属诱导层厚度在100 900纳米之间。在上述技术方案中，所述多晶硅薄膜厚度为1-100纳米。 与现有技术相比，本专利技术的优点在于1.缩短了热处理(即晶化)时间；2.有效减少了多晶硅薄膜中的金属残余；3.提高了晶粒尺寸，有效控制诱导金属往非晶硅层的扩散。附图说明以下参照附图对本专利技术实施例作进一步说明，其中图1为现有技术的薄膜材料晶体结构微观图；图2为根据本专利技术一优选实施例，在衬底上形成第一阻挡层后的多层膜的横截面 示意图；图3a为根据本专利技术一优选实施例，在衬底上形成第一阻挡层、诱导金属层、第二 阻挡层、非晶硅层及金属吸收层之后的多层膜的横截面示意图；图3b为图3a的多层膜的局部放大图；图4为图3a所示的多层膜在加热晶化期间的横截面示意图；图5a为加热晶化后并将金属吸附层去除后的多晶硅薄膜的横截面示意图；图5b为多晶硅薄膜的晶粒结构微观显示图；图6为根据本专利技术示例6制备的多晶硅薄膜的晶体结构；图7示出了示例1 9的凸起间距与晶粒尺寸之间的关系；图8a至图8d分别为根据示例6、11 13制备的多晶硅薄膜的晶体结构；图9示出了示例6、11 14的凸起高度与晶化时间之间的关系；图10示出了示例15 24的凸起间距与晶化时间之间的关系；图Ila至图Ilc为根据示例15的制备多晶硅过程中随退火时间的镍金属分布效 果图；图12a至图12c进一步详细示出了当退火时间为1小时时，镍残留的平面及三维 分布。具体实施例方式如图1所示，用一般的金属诱导方法制备多晶硅材料的过程中，镍源随机分布，成 核无序，制得的晶体结构亦成无序状态，在后续制造TFT时，晶界可能落在薄膜晶管有源区 内，会造成部分薄膜晶体管的性能有差异。而本专利技术制备的晶体结构呈现明显的横向生长 状态，整洁有序，非常有利于后续器件的加工，在加工薄膜晶体管时，可以避开晶界，从而改 善器件的稳定性。根据本专利技术，提供一种多晶硅薄膜材料，其自下而上地包括衬底、第一阻挡层、金 属诱导层、第二阻挡层和多晶硅层。其中，衬底可以是玻璃、不锈钢、或诸如高温聚合物膜的柔性衬底，在一个实施例 中，该衬底为康宁1737F、鹰2000等用于制备TFT的常用玻璃，厚度为0. 3-1. 5毫米。第一阻挡层也称第一隔离层，其主要作用是为了防止衬底中的杂质在后续加热过 程中向涂布在该第一阻挡层上的薄膜中扩散，其还用于增加衬底的厚度及硬度，从而便于 对其进行处理。一般地，第一阻挡层可以由具有阻挡性能的金属、碳化硅、硅的氧化物或硅 的氮化物来替代，厚度可以在0.1-1.0微米之间。在一个实施例中，该阻挡层可以是低温氧 化硅或氮氧化硅，厚度为1.0微米。位于第一阻挡层上的金属诱导层含有以下金属材料中的任意一种或几种Ni、Ai、 Ti、Ag、Au、Co、Sb、Pb和Cu，厚度在100 900纳米之间。在一个实施例中，该金属诱导层 可以是含有0. 01 % 0. 1 %的镍或含镍物质。位于该金属诱导层上的第二阻挡层的材料及厚度与如上所述的第一阻挡层的材 料及厚度可以相同。位于第二阻挡层上的多晶硅层是由非晶硅薄膜晶化而来，该多晶硅层厚度的一般 在1 100纳米，在一个实施例中，该厚度为50纳米。优选地，可以将第一阻挡层刻蚀成具有凹槽结构。具体地，在第一阻挡层的与衬底 相对的表面上刻蚀出多个凹槽。图2为根据本专利技术一优选实施例在刻蚀第一阻挡层后的多 层膜横截面示意图。如图2所示，包括衬底101和涂布在衬底101上的第一阻挡层102。该 第一阻挡层102包括多个凹槽和位于凹槽之间的凸起部分。其中，相邻两个凸起部分之间 的间距可以为10 100微米，凸起的高度为1 5纳米。凸起部分的截面优选为矩形或梯 形形状，当截面为矩形时，优选宽为1. 5 3. 0微米；当截面为梯形时，优选该梯形的上底宽 度为0. 5-3. 0微米，下底宽度为0. 5-6. 0微米。在此情形下，金属诱导层的厚度应低于5纳 米，以保证金属诱导层本身具有随第一阻挡层起伏变化的凹凸结构。应该使涂布后的第二 阻挡层完全覆盖金属诱导层，优选地，第二阻挡层与非晶硅层的接触平面为平坦的。在一个 实施例中，凸起部分的截面为矩形，间距为30微米，该矩形的宽为1. 5微米，高为2纳米；金 属诱导层厚度为1纳米；第二阻挡层在第一阻挡层凸起处对应的厚度为1. 5纳米。金属诱 导层的这种凹凸结构有利于在金属诱导层和非晶硅层之间形成不一致的距离，从而更有助 于控制诱导层中金属扩散的方向及速率。根据本专利技术，提供一种制备上述多晶硅薄膜材料的方法，该方法包括以下步骤步骤1)利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、 磁控溅射等方法在衬底沉积第一阻挡层。其主要作用是为了防止衬底中的杂质在后续加热 过程中向涂布在该第一阻挡层上的薄膜中扩散，其还用于增加衬底的厚度及硬度，从而便 于对其进行处理。衬底可以是玻璃、不锈钢、或诸如高温聚合物膜的常规柔性衬底。在一 个实施例中，该衬底为康宁1737F、鹰20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多晶硅薄膜材料，其特征在于，其自下而上顺序地包括：衬底；第一阻挡层；金属诱导层；第二阻挡层；和多晶硅层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭俊华，黄飚，黄宇华，
申请(专利权)人：广东中显科技有限公司，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]