降低多晶硅表面粗糙度的方法技術

本發明專利技術涉及一種降低多晶硅表面粗糙度的方法，其包括如下步驟：i)將O3水與多晶硅層的表面接觸進行氧化處理，在多晶硅層的表面形成表面氧化層；ii)將多晶硅層的表面形成的表面氧化層與HF溶液接觸進行蝕刻處理，得到經氧化處理和刻蝕處理的多晶硅層；iii)依次重復步驟i)的氧化處理和步驟ii)的蝕刻處理過程n次，直至多晶硅界面處凸起的高度小于30nm，其中n為正整數。本發明專利技術方法利用O3水對多晶硅層表面進行氧化處理，O3具有強氧化性，大幅縮短氧化時間；然后經多次氧化處理和蝕刻處理顯著提高多晶硅膜表面的平整度，以減少薄膜晶體管的漏電流，優化其電性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于液晶面板制造
，具體涉及一種降低薄膜晶體管中多晶硅表面粗糙度的方法。
技術介紹
液晶顯示元件的薄膜晶體管(TFT)是由在絕緣基板上形成的硅膜構成，作為液晶顯示元件的像素中設置的開關元件或外圍電路部分中形成的驅動元件來使用。作為構成TFT的硅膜，大多使用非晶硅膜，但近年來越來越多地使用具有更好特性的多晶硅膜，現在在這方面正在進行很多的開發工作。而多晶硅膜的形成需要在高溫下進行，但又由于絕緣基板的耐熱度較低，容易造成基板變形，因此，在制作薄膜晶體管有源層時通常采用低溫多晶硅薄膜(LowTemperaturePolysiliconThinFilm)。現有制備多晶硅膜時一般采用準分子激光退火(ExcimerLaserAnnealing，可縮寫為ELA)的方法，其利用高能量的準分子激光照射非晶硅薄膜，使其吸收準分子激光的能量后，使非晶硅薄膜呈融化狀態，冷卻后結晶后形成多晶硅膜，制備過程一般是在400℃～600℃的溫度下進行的，能夠有效防止基板的變形。采用準分子激光發生器的脈沖激光，在非晶硅層上進行掃描形成一照射區域，該脈沖激光掃描完成后向前移動一段距離，使形成的多個照射區域相互重疊，由于重疊部分溫度較未重疊部分溫度高，在重疊部分與未重疊部分的界面發生非均勻成核，通常重疊部分與其他未重疊部分產生的橫向溫度梯度，晶核將沿溫度較高的方向即從未重疊部分至重疊部分的方向長大，并最終結晶成低溫多晶硅薄膜。準分子激光退火工藝是一種相對比較復雜的退火過程。對于多晶硅薄膜中，薄膜表面平坦性，晶粒尺寸及晶粒均勻性的控制一直是該退火工藝中的研究熱點。目前由于普通激光退火過程中引起的多晶硅晶粒的不均勻性生長，導致非常大的薄膜粗糙度，且多晶硅薄膜的晶粒尺寸偏小，分布不均勻。低溫多晶硅薄膜晶體管的溝道區所覆蓋的多晶硅晶粒數量及分布情況均勻性，以及多晶硅薄膜表面平坦性(或者說表面粗糙度)，都將直接影響低溫多晶硅薄膜晶體管的電學性能，如遷移率大小、漏電流大小、遷移率及閾值電壓的均勻性等。而在現有的LTPS生產制程中，在多晶硅膜與閘極膜之間會鍍有一層SiOx/SiNx膜，又因為多晶硅膜表面的粗糙度(roughness)過高(晶界處最高高度超過40nm)。易形成寄生電容和尖端放電，造成TFT漏電流過大現象，且易刺穿柵絕緣膜(GI)，所以為了避免抑制這些現象的產生，在生產時會采用增加GI膜的厚度的方式，GI膜厚度的增加必然造成GI鍍膜機臺tacttime的增加，也會造成后續IMPdoping困難。公開號為：CN102655089，名稱為《一種低溫多晶硅薄膜的制作方法》的專利中公開的多晶硅薄膜的制作方法如下：首先在基板上依次沉積緩沖層和非晶硅層，再對非晶硅層進行高溫加熱，并對非晶硅層進行準分子激光退火，形成多晶硅層，然后依次進行氧化和刻蝕，得到多晶硅薄膜。其中的氧化過程是將經準分子激光退火后形成的多晶硅層，放置在溫度為700℃的氧氣氣氛下的快速熱退火裝置中進行快速熱退火，這樣能使得未晶化的非晶硅氧化成二氧化硅。其中另一氧化處理方法是在笑氣等離子體(N2Oplasma)氣氛下對多晶硅層進行氧化，具體過程是在PECVD氣相沉積設備中進行。而其中的刻蝕過程采用氫氟酸溶液對氧化后的多晶硅層進行刻蝕，由于二氧化硅與氫氟酸發生化學反應，所以多晶硅層上的二氧化硅會與多晶硅層脫離，從而形成多晶硅薄膜。該專利中對多晶硅層的氧化過程是在溫度為700℃的氧氣氣氛下的快速熱退火裝置中進行快速熱退火，從而使未晶化的非晶硅氧化成二氧化硅。但通過氧氣進行氧化處理的效率低，氧化處理時間較長。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了解決現有LTPS生產制程得到的多晶硅膜表面的粗糙度過高，易形成寄生電容，造成TFT漏電流過大的問題，而提供降低多晶硅表面粗糙度的方法。本專利技術降低多晶硅表面粗糙度的方法包括如下步驟：i)將O3水與多晶硅層的表面接觸進行氧化處理，在多晶硅層的表面形成表面氧化層；ii)將在多晶硅層的表面形成的表面氧化層與HF溶液接觸進行蝕刻處理，得到經氧化處理和蝕刻處理的多晶硅層；iii)依次重復步驟i)的氧化處理和步驟ii)的蝕刻處理過程n次，直至多晶硅界面處凸起的高度小于30nm，其中，n為正整數。本專利技術步驟i)中所述的多晶硅層可以采用等離子體增強化學反應氣相沉積(PECVD)法、準分子激光晶化(ELA)法或低壓氣相化學氣相沉積(LPCVD)等方法得到。在一個實施例中，步驟i)中所述的多晶硅層采用低壓氣相化學氣相沉積法在石英玻璃基底上得到的。LPCVD沉積法具有生長速度快，成膜致密、均勻、裝片容量大等特點。多晶硅薄膜可采用硅烷氣體通過LPCVD法直接沉積在襯底上，控制沉積參數一般為：硅烷壓力為13.3～26.6Pa，沉積溫度Td＝580～650℃，生長速率5～10nm/min。LPCVD法生長的多晶硅薄膜，晶粒具有擇優取向，形貌呈“V”字形，內含高密度的微攣晶缺陷，且晶粒尺寸小，載流子遷移率不夠大而使其在器件應用方面受到一定限制。雖然減少硅烷壓力有助于增大晶粒尺寸，但往往伴隨著表面粗糙度的增加，對載流子的遷移率與TFT器件的電學穩定性產生不利影響。在另一個實施例中，步驟i)中所述的多晶硅層采用等離子體增強化學反應氣相沉積(PECVD)法在非晶硅表面上沉積得到的。PECVD法是在低壓化學氣相沉積的同時，利用輝光放電的電子來激活化學氣相沉積反應。在多晶硅薄膜的沉積過程中，通過射頻輝光放電法(RadioFrequencyGlowDischarge)分解硅烷，在射頻功率的作用下，硅烷氣體被分解成多種新的粒子：原子、自由基團以及各種離子等等離子體。這些新的粒子通過遷移、脫氫等一系列復雜的過程后進行沉積。整體上多晶硅薄膜的沉積過程可以分為兩個步驟：即SiH4氣體的分解以及基團的沉積。此方法所需要的沉積溫度較低，在300～450℃左右即可獲得多晶硅，但用CVD法制備得多晶硅晶粒尺寸小，一般不超過50nm，晶內缺陷多，晶界多，需要進行后續的氧化處理和蝕刻處理。在優選的實施例中，步驟i)中所述的多晶硅層采用準分子激光晶化(ELA)法在非晶硅表面上沉積得到。準分子激光晶化方法中，非晶硅薄膜的熔化結晶過程非常短，對襯底的熱沖擊很小，可以使用不耐高溫的廉價玻璃甚至塑料襯底，大大降低了制作大面積顯示器的成本。準分子激光晶化是利用瞬間激光脈沖產生的高能量入射到非晶硅薄膜表面，僅在薄膜表層約100nm厚的深度產生熱能效應，使a-Si薄膜在瞬間達到1000℃左右，從而實現a-Si向p-Si的轉變。在此過程中，激光脈沖的瞬間(15～50ns)能量被a-Si薄膜吸收并轉化為相變能，因此，不會有過多的熱能傳導到薄膜襯底，合理選擇激光的波長和功率，使用激光加熱就能夠使a-Si薄膜達到熔化的溫度且保證基片的溫度低于500℃，可滿足LCD及OEL對透明襯底的要求。其主要優點為脈沖寬度短(15～50ns)，襯底發熱小。通過選擇還可獲得混合晶化，即多晶硅和非晶硅的混合體。準分子激光退火晶化的機理：激光輻射到a-Si的表面，使其表面在溫度到達熔點時即達到了晶化域值能量密度Ec。a-Si在激光輻射下吸收能量，激發了不平衡的電子-空穴對，增加了自由電子的導電能量，熱電子-空穴對在熱化時間內用無輻射復合本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種降低多晶硅表面粗糙度的方法，其包括如下步驟：i)將O3水與多晶硅層的表面接觸進行氧化處理，在多晶硅層的表面形成表面氧化層；ii)將在多晶硅層的表面形成的表面氧化層與HF溶液接觸進行蝕刻處理，得到經氧化處理和蝕刻處理的多晶硅層；iii)依次重復步驟i)的氧化處理和步驟ii)的蝕刻處理過程n次，直至多晶硅界面處凸起的高度小于30nm，其中n為正整數。

【技術特征摘要】
1.一種降低多晶硅表面粗糙度的方法，其包括如下步驟：i)將O3水與多晶硅層的表面接觸進行氧化處理，在多晶硅層的表面形成表面氧化層；ii)將在多晶硅層的表面形成的表面氧化層與HF溶液接觸進行蝕刻處理，得到經氧化處理和蝕刻處理的多晶硅層；iii)依次重復步驟i)的氧化處理和步驟ii)的蝕刻處理過程n次，直至多晶硅界面處凸起的高度小于30nm，其中n為正整數。2.根據權利要求1所述的降低多晶硅表面粗糙度的方法，其特征在于，步驟i)中所述O3水中O3的濃度為5mg/L～20mg/L。3.根據權利要求1所述的降低多晶硅表面粗糙度的方法，其特征在于，步驟i)中所述氧化處理的時間為3～30秒。4.根據權利要求1所述的降低多晶硅表面粗糙度的方法，其特征在于，所述表面氧化層的厚度為1～8nm。5.根據權利要求1所述的降低多晶硅表面粗糙度的方法，其特征在于，所述HF溶液的濃度為0.5w...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李勇，
申請(專利權)人：武漢華星光電技術有限公司，
類型：發明
國別省市：湖北;42