一种ltps产品中制造缓冲层的方法
【专利摘要】本发明公开了在LTPS产品中制造缓冲层的方法，具体步骤包括：对基板进行加热，基板内部的碱金属离子被扩散至玻璃层表面；对基板进行酸洗，基板表面的碱金属离子被去除；在被加热和酸洗后的玻璃层上制造缓冲层，缓冲层为SiOx层。基于采用一层缓冲层的设计，该方案能够大大提升产能，节省气体，并且避免多层结构所产生的交叉污染，提升元件特性。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及LTPS产品制造【技术领域】，尤其涉及一种LTPS产品中制造缓冲层的方 法。 -种LTPS产品中制造缓冲层的方法
【背景技术】
[0002] 在现有技术中，LTPS (Low Temperature Poly-silicon,低温多晶娃技术）产品中 缓冲层（Buffer Layer)三层结构的制程基本包括以下几个特点：
[0003] 1.在玻璃表面可能存在的金属离子主要为I/II族的金属离子：K，Na，Ca，Mg，Ba 等；
[0004] 2.经试验 SIMS (secondary ion mass spectroscopy，二次离子质谱)测试，不同 绝缘层阻隔金属离子的情况如下：
[0005] 1)使用SiNx作为绝缘层时，所有金属离子可经约500埃（A)的SiNx层有效隔绝 至1〇 15以下；
[0006] 2)当仅使用Si02作为绝缘层时，Ca，Mg，Ba离子可经约800A的Si0 2层进行有效 隔绝至1〇15以下，而K，Na离子的隔绝效果不佳，约需3000A.才能隔绝至1〇 15以下。
[0007] 3.玻璃表面的金属离子会对组件设备造成性能上的影响，因此一般制程中正沟道 型的TFT (Thin Film Transistor,薄膜场效应晶体管)需要使用绝缘层做缓冲层来进行金 属离子的隔绝。
[0008] 4. SiNx与光刻胶/玻璃接触时较5102差，易剥落，但是Si02层阻隔金属离子的 效果比SiNx层差，因此目前较多使用的方法是采用如图1所示的Si0 2/SiNx/Si02三层结构 来做缓冲层。但是这三层结构的缓冲层导致层数过多(使得元件的特性差)、制造程序多（降 低了产能）以及膜厚较厚(制造成本较高）的缺陷。
[0009] 中国专利（CN102446711A)公开了一种MM电容中绝缘层的制作方法，在MM电容 的下电极板上，采用正硅酸乙酯以及臭氧气体进行热反应，形成二氧化硅绝缘层，并在形成 绝缘体后继续常规方法制作MM电容器的上金属极板，最终形成MM电容。该专利中并未 涉及创新的制作缓冲层的方法，无法解决现有的技术问题。
[0010] 中国专利（CN1564308)公开了一种绝缘层上硅结构及制备方法，先后通过A1薄膜 沉积、键合、离子注入，结合热处理等技术来制备以氮化铝或氧化铝或AIN、A1 203、Si3N4或 Si02中两种或多种复合层为埋层的SOI结构衬底材料，即先在硅片表面淀积A1薄膜，然后 通过键合技术实现层转移，最后经N或0离子注入形成所需埋层材料。该专利未涉及创新 的制作缓冲层的技术，无法解决现有技术中的问题。
[0011] 美国专利（US2013032900A1)公开了一种形成缓冲层的方法，该方法包括形成一个 高介电系数的介质层，在该介质层上形成一个氮化钛层，在氮化钛层上形成一个娃保护层， 在氮化钛层中对硅保护层进行退火处理，以形成一个退火硅保护层，并最终在高介电系数 的介质层上形成一个多金属层。该专利中，采用了添加保护层的方式来形成缓冲层，其膜厚 厚度并未降低，因此，无法解决现有技术中的问题。
【发明内容】
[0012] 在一些实施方式中，根据现有技术中的缺陷，本发明提供了一种LTPS产品中制造 缓冲层的方法，所述LTPS产品包括基板和缓冲层，所述基板内部包括碱金属离子，包括以 下步骤：
[0013] 步骤S1、对所述基板进行加热，使所述基板内部的所述碱金属离子被驱动扩散至 所述基板的表面；
[0014] 步骤S2、对所述基板进行酸洗，以除去所述基板表面的所述碱金属离子；
[0015] 步骤S2、在所述基板上形成缓冲层。
[0016] 上述的方法，在一些实施方式中，采用烘箱加热或快速热退火或加热室加热的方 法对所述基板进行加热，其他任何各种有效的升温方式对基板的受热都是适宜的。
[0017] 上述的方法，采用580°C _700°C的温度对所述基板进行加热。
[0018] 上述的方法，采用低浓度弱酸对所述基板进行酸洗，以除去扩散至基板表面的K、 Na离子。
[0019] 上述的方法，所述低浓度弱酸的浓度彡4ppm。
[0020] 上述的方法，采用醋酸或磷酸或碳酸对所述基板进行酸洗。
[0021] 上述的方法，所述基板为透光的玻璃基板或石英基板。
[0022] 上述的方法，在对所述基板进行加热之前，还包括对所述基板进行初始清洗的步 骤；以及在完成对所述基板实施酸洗之后，形成缓冲层之前，还包括对所述基板再次进行预 清洗的步骤，以去除因为酸洗而残留的酸洗液。
[0023] 上述的方法，在形成所述缓冲层之后，还包括对缓冲层进行退火的步骤，以优化缓 冲层的质量。
[0024] 上述的方法，所述缓冲层只包含单层的SiOx而不包含SiNx。
[0025] 上述技术方案的至少一些有益效果是：采用一层缓冲层的设计，大大提升产能，节 省气体，并且避免多层结构所产生的交叉污染，提升了薄膜晶体管元件的各项电学特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1是现有技术中三层缓冲层的结构示意图；
[0027] 图2是本发明的实施例中形成缓冲层的流程示意图；
[0028] 图3是本发明的实施例中新型缓冲层的结构示意图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步阐释和说明，但须注意的是，该等 内容不构成本发明的限定。
[0030] 在图3中，基板的厚度一般可以达0. 3?0. 7mm，其可以是诸如透明材质的玻璃基 板或者石英基板。在形成图示中的一个缓冲层（Buffer layer)之前，要先行通过初始清洁 (Initial clean)基板的工序，来实现对玻璃或石英基板的上的大颗粒污染物的初步清洗， 期望的清洁度要符合单位面积上粒子的数量值彡300ea (-般指颗粒半径> lum)的规范。 值得注意的是，该清洁步骤仅仅是从宏观的角度清理基板外表面所粘附的一些颗粒，而实 质上，基板的污染物不仅仅在表面的外来颗粒上，基板在标准的制备工艺中，其自身的一个 物理特征就在于它本身就不可避免的含有碱金属离子等微观角度上的污染物，这一缺陷导 致该等有害物质在高温条件下易于无规则的向外扩散，一旦碱金属离子侵入到后续沉积在 基板上的多晶硅薄膜层之中时，就会产生不良影响，这是我们极力要求避免的。针对这一顽 疾，一种有效手段是，采用等离子体增强化学气相沉积法（PECVD)在玻璃基板上沉积一个缓 冲层，作为碱金属离子迁移的阻挡层。
[0031] 正如现有技术中所叙述的：当仅仅使用Si02作为绝缘层时，基板内的Ca、Mg、Ba等 碱性金属离子的污染源可经约800A厚度的Si0 2层进行有效隔绝至1015以下，但是K，Na离 子的隔绝效果不佳，要想隔绝至1〇15以下必须采用3000A厚度的Si02层。换言之，依当前 的技术水准，单独采用Si02作为缓冲层，只能牺牲缓冲层的厚度参数，并籍此忍受相对较厚 的缓冲层所带来的譬如应力匹配等方面的诸多不便。
[0032] 针对上述问题，如图2所示，为了增加薄膜晶体管各项电性能的稳定性，可 通过烘箱（OVEN)、或者快速热退火（Rapid Thermal Annealing, RTA)或者加热室 (Heating-Chamber)等方式，将基板的制程温度提升至正常制程中最高温度的1-1. 2倍， 利用该温度的条件下对例如玻璃基板进行预热。在本发明的一个较佳的实施例中，上述 加热温度在580°C _700°C范围内。该加热步骤可降低玻璃基板在处理中的非弹性变量 (Shrinkage/warpage)，并且将基板内部的碱金属离子以扩散（diffusion)的方式驱赶至基 板裸露在外的表面，这一利好因素为清除该等碱金属离子提供了便利。
[0033] 其后采用低浓度的弱酸(醋酸、磷酸或者碳酸等）等酸洗液对玻璃进行酸洗，因为 玻璃基板一般属于碱性玻璃，因此不会被弱酸腐蚀，可以采用酸洗的方式对玻璃进行处理， 主要去除其中的K和Na离子。在本发明的一些优选实施例中，可以采用浓度>4ppm的弱酸 对玻璃层进行酸洗。经过加热和酸洗两个过程之后，就可以在基板之上沉积一个较薄的、并 且厚度大致为1〇〇〇?1 500/\范围的一个SiOx层作为缓冲层，例如在一个较佳的实施方式 中，缓冲层的优先厚度为1300A。显而易见，在本发明的实施方式中，缓冲层为单层的Si02 层，而非传统技术上的由SiNx和SiOx或其他材料构成的复合层。进一步而言，在完成对基 板进行酸洗之后，以及在沉积缓冲层之前，要先对基板进行一道预清洗（Pre-clean)工序， 一方面除去因实施酸洗而残留的酸洗液，另一方面可最大量的带走前述溶入酸洗液中的有 害物质，有效防止酸洗液给后续的工序带来污染等诸多不利因素。值得注意的是，作为一 种选择，在形成所述缓冲层之后，还包括对缓冲层进行退火的步骤，以优化缓冲层的质量， Si02层的缺陷态较之SiNx要好很多，也很容易消弭，而且Si02和基板之间的应力匹配较之 SiNx和基板，更容易达到最佳状态。
[0034] 在完成上述步骤后，将玻璃或石英基板按正常的标准流程投入生产，譬如在缓冲 层上通过PECVD工艺生成非晶硅层（α-Si)，再对非晶硅执行结晶化处理得到多晶硅层 (P-Si)，如通常对非晶硅层执行退火或固相结晶等一些多晶化处理手段使非晶硅再结晶为 多晶硅。基于前述基板中的有害碱性金属物质被清除，即便在高温环境下，多晶硅层也不再 受到这些碱性金属元素的困扰。而且因为碱金属去除后作为缓冲层的Si0 2层的总膜厚降 低，膜与基板之间的应力会有一定量的减少，经过预热后的玻璃仅有弹性热应力，非弹性形 变减少，且Si02具有更高的迁移率（Mobility)，可以使得薄膜晶体管元件具有更稳定的特 性以及更优的性能。
[0035] 同时，在去除K，Na离子后，如图3所示，用来制备晶体管单元的多晶硅层（P-Si层） 形成在缓冲层之上，栅极绝缘层（GI层）形成在多晶硅层之上，一由金属层形成的金属栅极 形成在栅极绝缘层之上。在该LTPS的元器件中，缓冲层就可以采用譬如厚度为1300A的 SiOx层，可大大提升产能，并且该缓冲层无需再形成SiNx层，可以省去气稳/压稳的步骤， 并且可以避免浪费昂贵的工业气体以节省不菲的成本，也相当于增加了产能，而且非常重 要的一条是能够避免SiNx/SiOx混合导致的交叉污染。
[0036] 以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范 围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的 等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1. 一种LTPS产品中制造缓冲层的方法，所述LTPS产品包括基板和缓冲层，所述基板内 部包括碱金属离子，其特征在于，包括以下步骤： 对所述基板进行加热，使所述基板内部的所述碱金属离子被驱动扩散至所述基板的表 面； 对所述基板进行酸洗，以除去所述基板表面的所述碱金属离子； 在所述基板上形成缓冲层。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用烘箱加热或快速热退火或加热室加热 的方法对所述基板进行加热。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用580°C _700°C的温度对所述基板进行加 热。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用低浓度弱酸对所述基板进行酸洗，以除 去扩散至基板表面的K、Na离子。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述低浓度弱酸的浓度> 4ppm。
6. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，采用醋酸或磷酸或碳酸对所述基板进行酸 洗。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基板为透光的玻璃基板或石英基板。
8. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述基板进行加热之前，还包括对所述 基板进行初始清洗的步骤；以及 在完成对所述基板实施酸洗之后，形成缓冲层之前，还包括对所述基板再次进行预清 洗的步骤，以去除因为酸洗而残留的酸洗液。
9. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在形成所述缓冲层之后，还包括对缓冲层进 行退火的步骤，以优化缓冲层的质量。
10. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述缓冲层只包含单层的SiOx而不包含 SiNx。
【文档编号】H01L21/28GK104124133SQ201310145646
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年4月24日 优先权日:2013年4月24日
【发明者】李原欣, 许民庆 申请人:上海和辉光电有限公司