[发明专利]一种低温多晶硅薄膜制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及低温多晶硅薄膜制造方法，尤其涉及一种减少多晶硅薄膜缺陷态密度的固相晶化方法。

背景技术

AMOLED（Active Matrix Organic Light Emitting Diode,主动矩阵式有机发光二极管）是主动发光器件。相比现在的主流平板显示技术TFT-LCD（Thin Film Transistor-LiquidCrystal Display,薄膜晶体管液晶显示器),OLED(Organic Light Emitting Diode,有机发光二级管)具有高对比度，广视角，低功耗，体积更薄等优点，有望成为继LCD之后的下一代平板显示技术，是目前平板显示技术中受到关注最多的技术之一。

OLED采用电流驱动，所以每个像素的驱动电路必须保证足够大的输出电流，因此驱动电路中的TFT采用的半导体材料必须使用迁移率较高的材料，目前应用最广泛的是多晶硅。

另一方面基板采用的基板是玻璃材质，耐高温程度大约为摄氏600-700度，在此温度之下，玻璃基板不会变形，因此多晶硅薄膜的制造方法必须在摄氏700度以下完成，又称为LTPS（Low Temperature Poly-silicon，低温多晶硅）工艺。与此同时整个显示面板上每一个像素的驱动TFT转移特性需要保持很高的均一性，显示的图像才能保证高度一致的均匀性，从而保证显示质量。主流的LTPS技术有准分子激光晶化，固相晶化，金属诱导晶化等。准分子激光退火使用激光瞬间熔化非晶硅薄膜使其由液态转变为多晶态，缺点是薄膜的晶粒大小会随着激光能量的差异而出现较大的波动，制成的OLED显示器有严重的不均匀性；SPC（Solid Phase Crystallization，固相晶化）是在摄氏550-700度下非晶硅在固态转变为多晶硅，缺点是膜内缺陷态密度很高导致硅迁移率不高；金属诱导晶化采用金属与硅形成合金诱导形成多晶硅，缺点是多晶硅被金属杂质污染导致薄膜晶体管较大的漏电流。

中国专利文献CN101908471A公开了一种制备大面积多晶薄膜的方法，包括如下步骤：（1）在玻璃基板上淀积一层非晶硅薄膜；（2）采用光刻工艺，在非晶硅薄膜上曝光出条状窗口；（3）采用磁控溅射法在窗口内非晶硅薄膜上溅射一层金属；（4）采用激光器对着窗口进行辐照制备多晶薄膜；（5）用酸除去残留的金属镍。上述专利文献是结合常规的金属诱导固相晶化法和激光晶化技术的基础上，所发明出来的一种新的多晶硅薄膜制备方法，其所制备的多晶硅薄膜既有金属诱导固相晶化法的择优取向，又有激光晶化法所制备的高迁移率，缺陷少的效果，但是上述专利文献用激光晶化技术是将非晶硅薄膜加热到熔融，之后由液态结晶，在该技术方案中，能量由激光来提供，而发射激光的激光器本身具有能量的波动，不能保证每次发出的激光的能量都相同，当能量输出到基板上，由于能量的高低不同会导致激光晶化过程的不均匀，从而导致生成的多晶硅薄膜存在不均一性。

目前的固相晶化法包括以下三步：第一步：局部多晶硅在热涨落的作用下形成直径大于临界尺度的晶核；第二步:所述晶核生长形成晶粒；第三步：相邻所述晶粒边界生闭合完成非晶硅向多晶硅转变，所述多晶硅内部缺陷态逐步修复。目前的固相晶化法还没有解决固相晶化的迁移率与均一性之间的问题。

发明内容

为此，本发明所要解决的是现有多晶硅薄膜不均一性的技术问题，提供一种均一性较高的多晶硅薄膜。

为解决上述技术问题，本发明提供一种低温多晶硅薄膜制造方法，其固相晶化的过程如下：

第一步：局部多晶硅在热涨落的作用下形成直径大于临界尺度的晶核；

第二步:所述晶核生长形成晶粒；

第三步：相邻所述晶粒边界生闭合完成非晶硅向多晶硅转变，所述多晶硅内部缺陷态逐步修复，形成多晶硅薄膜；

在上述一个或多个步骤中，在固相晶化环境温度保持550-700摄氏度时，增加一个或多个光子能量在2.5-5.0eV之间的光源。

本发明所述的低温多晶硅薄膜制造方法，还包括退火的步骤。

本发明所述的低温多晶硅薄膜制造方法，通入N2，O2，H2O气体辅助退火。

本发明所述的低温多晶硅薄膜制造方法，在第一步局部多晶硅在热涨落的作用下形成直径大于临界尺度的晶核过程中增加一个光子能量范围在2.0-4.0eV的光源，照射持续时间约为5-15分钟。

本发明所述的低温多晶硅薄膜制造方法，在第二步所述晶核生长形成晶粒过程中增加两个光源，光子能量范围在4.0-4.5eV，照射时间约为20-120分钟，依环境温度而改变。