[发明专利]低温多晶硅薄膜的制作方法、低温多晶硅薄膜及相关器件

说明书

技术领域

本发明涉及显示面板制造领域，特别是指一种低温多晶硅薄膜及其制作方法、低温多晶硅薄膜晶体管、阵列基板及显示装置。

背景技术

有机发光显示器(OLED)由于具有自主发光、快速响应、轻薄、低功耗并可实现柔性显示等诸多优点而备受关注，被认为是下一代的平板显示技术。目前，OLED技术已逐步应用于各种电子产品中，其中有源矩阵有机发光显示屏(AMOLED)凭借高画质、移动图像响应时间短、低功耗、宽视角及超轻超薄等优点而成为OLED发展的主要趋势。

目前AMOLED背板技术中多采用多晶硅薄膜晶体管，多晶硅薄膜晶体管具有消耗功率小且电子迁移率大等优点。早期的多晶硅薄膜晶体管的制程温度高达摄氏1000℃，因此基板材质的选择受到大幅的限制，近来由于激光的发展，制程温度可降至摄氏600℃以下，利用此种制程方式所得的多晶硅薄膜晶体管又被称为低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS TFT)。

LTPS TFT制备的关键技术是将非晶硅转变为多晶硅的结晶化方法。这些方法可以分成非激光结晶和激光退火两类。在非激光结晶中，最简单的方法是固相结晶(SPC)，但SPC需在600℃退火10hr，不适用于大面积玻璃基板。激光方法中，应用最广泛的是准分子激光退火(ELA)，因为它结晶度极高、结晶速度快且迁移率高。另外，ELA已经应用于大规模生产。

在现有低温多晶硅薄膜晶体管的制程中，其中一个步骤是在基板上形成一层多晶硅薄膜，后续制程会基于该多晶硅薄膜形成薄膜晶体管的源极/漏极区与沟道区。低温多晶硅薄膜晶体管的电学性能包括有迁移率大小，迁移率及阈值电压(Threshold voltage)的稳定性等，通常将薄膜晶体管传输特性曲线中输出电压随输入电压改变而急剧变化转折区的中点对应的输入电压称为阈值电压。薄膜晶体管的阈值电压和很多因素有关，包括基底层晶硅层的掺杂，电介质的厚度，栅极材质和电介质或电介质与半导体的界面处的电荷状况等等，其中，可动碱金属离子(Na⁺等)，是薄膜晶体管阈值电压漂移的主要原因之一，现有技术制备的多晶硅薄膜中往往含有较多的可动碱金属离子，使得采用该多晶硅薄膜制成的薄膜晶体管的阈值电压漂移，进而影响了薄膜晶体管的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低温多晶硅薄膜及其制作方法、低温多晶硅薄膜晶体管、阵列基板及显示装置，能够减少低温多晶硅薄膜中的碱金属离子，从而有效防止低温多晶硅薄膜晶体管的阈值电压漂移。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：

一方面，提供一种低温多晶硅薄膜的制作方法，包括：

在基板上形成非晶硅层；

在所述非晶硅层上形成碱金属离子吸附层；

对形成有所述碱金属离子吸附层的基板进行准分子激光退火，使所述非晶硅层转化成多晶硅层；

去除碱金属离子吸附层，在所述基板上形成多晶硅薄膜。

进一步地，所述碱金属离子吸附层的材料为磷酸玻璃。

进一步地，所述在所述非晶硅层上形成碱金属离子吸附层包括：

在所述非晶硅层上沉积一层SiO₂薄膜；

通过离子注入的方式将P掺入所述SiO₂薄膜中，形成磷硅玻璃层。

进一步地，所述SiO₂薄膜的厚度为80-150nm。

进一步地，利用磷烷气体进行离子注入将P掺入所述SiO₂薄膜中，离子注入时的注入能量为15-25keV，注入浓度为0.8-1.2E¹⁵/cm²。

进一步地，所述对形成有所述碱金属离子吸附层的基板进行准分子激光退火包括：

对形成有所述磷硅玻璃层的基板进行激光退火，其中激光脉冲频率为500Hz，激光能量密度为350-450mJ/cm²。

进一步地，所述去除碱金属离子吸附层包括：

利用浓度为1-5wt％的氢氟酸溶液对经过准分子激光退火后的基板进行处理，去除基板上的磷硅玻璃层。

进一步地，所述在基板上形成非晶硅层之前还包括：

在基板上形成缓冲层；

所述在基板上形成非晶硅层具体为：

在所述缓冲层上形成所述非晶硅层。

进一步地，所述非晶硅层的厚度为40-80nm。

本发明实施例还提供了一种低温多晶硅薄膜，为采用上述的方法制作。