低温多晶硅薄膜及其制备方法、以及薄膜晶体管的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及技术领域，特别是涉及一种低温多晶硅薄膜及薄膜晶体管的制备方法、以及薄膜晶体管。
【背景技术】
[0002]多晶硅(p-Si)薄膜具有远大于非晶硅(a-Si)、并与单晶硅可相比拟的高载流子迀移率，常代替非晶硅应用于薄膜晶体管(TFT)的有源层，因此在集成周边驱动的有源液晶显示(AMIXD)和有源有机发光二极管(AMOLED)中具有非常重要的应用。平板显示器的多晶硅薄膜的衬底是难以承受高温工艺的玻璃，在此条件限制下，低温多晶硅(LTPS)技术是业界必然的选择。
[0003]就目前的技术而言，低温多晶硅技术主要有以下几种:快速退火固相晶化法(RTA)、准分子激光退火晶化法(ELA)、金属诱导横向结晶(MILC)及热丝催化化学气相沉积(Cat-CVD)等。其中，ELA和MILC为目前产业界使用最为广泛。
[0004]ELA属于液相再结晶法，此方法制备的多晶硅晶粒大，晶粒间缺陷少，因此其TFT器件性能优越，例如，具有高场效应迀移率，低亚阈值摇摆值及低阈值电压。ELA制作低温多晶硅的方法是在玻璃上生长一缓冲层，然后生长非晶硅，利用准分子激光扫描非晶硅，非晶硅受到高温熔化重结晶形成多晶硅。在ELA制程中，非晶硅受到高温后变成临界完全熔融(nearly completely melts)状态，然后重结晶形成多晶娃。重结晶时会按照低能量向高能量方向结晶，低温向高温方向结晶。现有技术中，非晶硅层直接形成于缓冲层上，在准分子激光退火的过程中，非晶硅层各个区域的受热情况趋于一致，在重结晶的起点与晶粒的生长方向是凌乱的，导致重结晶后的低温多晶硅晶粒尺寸偏小，晶粒间晶界偏多，影响多晶硅的电子迀移率，进而影响平板显示的反应速度。
【发明内容】
[0005]基于此，有必要针对上述问题，提供一种低温多晶硅薄膜及其制备方法、以及薄膜晶体管，该制备方法制得的低温多晶硅薄膜的多晶硅的晶粒较大、分布较均匀。
[0006]一种低温多晶硅薄膜的制备方法，其包括如下步骤:
[0007]在基板上形成缓冲层；
[0008]对所述缓冲层进行构图工艺，在非沟道区对应的所述缓冲层上形成凹槽；
[0009]在所述凹槽内形成石墨烯层；
[0010]在所述缓冲层上沉积非晶硅层；
[0011]对所述非晶硅层进行激光退火处理，使所述非晶硅层形成多晶硅层。
[0012]在其中一个实施例中，在所述凹槽内形成石墨烯层的步骤包括:在所述缓冲层上沉积石墨烯，对所述石墨烯进行刻蚀处理，以保留非沟道区对应的石墨烯，形成石墨烯层。
[0013]在其中一个实施例中，采用等离子体增强化学气相沉积工艺沉积所述石墨烯层。
[0014]在其中一个实施例中，所述缓冲层包括依次层叠在所述基板上的氮化硅层及氧化娃层。
[0015]在其中一个实施例中，所述凹槽的深度小于所述氧化硅层的厚度。
[0016]在其中一个实施例中，对所述非晶硅层进行激光退火处理步骤之前，还包括对所述非晶硅层进行高温去氢处理。
[0017]在其中一个实施例中，所述激光退火处理步骤，采用XeCl激光器。
[0018]在其中一个实施例中，所述非晶硅层的厚度为40?60nm。
[0019]一种低温多晶硅薄膜，所述低温多晶硅薄膜采用权利要求上述任一所述的制备方法制得。
[0020]一种薄膜晶体管，其包括上述的低温多晶硅薄膜。
[0021]上述低温多晶硅薄膜，由于在非沟道区对应区域设置有石墨烯层，利用石墨烯的导热性在硅薄膜中形成温度梯度，使制得的低温多晶硅薄膜的多晶硅的晶粒较大、分布较均匀。
【附图说明】
[0022]图1为本发明一实施例中低温多晶硅薄膜的制备方法流程示意图；
[0023]图2A-2E分别为图1所示的低温多晶硅薄膜在制备过程中的各步骤的结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0025]一种低温多晶硅薄膜的制备方法，包括如下步骤:在基板上形成缓冲层；对所述缓冲层进行构图工艺，在非沟道区对应的所述缓冲层上形成凹槽；在所述凹槽内形成石墨烯层；在所述缓冲层上沉积非晶硅层；对所述非晶硅层进行激光退火处理，使所述非晶硅层形成多晶硅层。
[0026]请参阅图1，其为本发明一实施例中低温多晶硅薄膜制备方法的流程图。
[0027]SllO:在基板上形成缓冲层。
[0028]请参阅图2A，在干净的基板100上形成缓冲层200，基板100可为玻璃基板或柔性基板。形成的缓冲层200可以提高待形成的非晶硅与基板之间的附着程度，有利于降低热传导效应，减缓被激光加热的硅的冷却速率，有利于多晶硅的结晶。同时，还可以防止基板中的金属离子扩散至有源层，降低杂质缺陷，并且可以减少漏电流的产生。
[0029]具体地，在玻璃基板上利用等离子体化学气相沉积法(PECVD)沉积一层一定厚度的缓冲层，例如，所述一定厚度为50?lOOnm。沉积材料可以为单层的氧化娃(S1x)膜层或氮化硅(SiNx)膜层，或者为氧化硅(S1x)和氮化硅(SiNx)的叠层。在本实施例中，请参阅图2A，缓冲层200包括依次层叠在基板100上的氮化硅层210及氧化硅层220，例如，氮化硅层210设置于基板100与氧化硅层220之间，这样有利于后续的氢化过程，及得到良好的电学性能。具体地，所述氮化硅及氧化硅叠层的厚度为50?lOOnm。又如，氮化硅层210与氧化硅层220的厚度比例为I?1.5:0.8?1.6 ;例如，氮化硅层210与氧化硅层220的厚度比例为1:1。例如，氧化硅层的厚度为20?60nm。
[0030]其中，形成SiNx膜层的反应气体为SiH4、NH3、N^混合气体，或者为SiH2Cl2、NH3、N2的混合气体；形成S1 J莫层的反应气体为SiH 4、N2O的混合气体，或者为SiH4、硅酸乙酯(TEOS)的混合气体。
[0031]S120、对缓冲层进行构图工艺，在非沟道区对应的缓冲层上形成凹槽。
[0032]请参阅图2B，通过构图工艺，对非沟道区对应的缓冲层200进行部分刻蚀，以使缓冲层200上形成图形化的凹槽221，具体的，所述凹槽对应的区域为待形成的薄膜晶体管中有源层非沟道区。例如，对非沟道区的缓冲层进行干法刻蚀，除去非沟道区对应区域的缓冲层，以使缓冲层上形成图形化的凹槽结构。预设凹槽结构的图形。又如，所述干法刻蚀所采用的刻蚀气体包括Ar、02、CO、CO2, H2, SF6, CxFy或C xFyHz中的一种或者几种。又如，所述干法刻蚀所采用的刻蚀气体包括Ar、02、CO、CO2, H2, SF6, 0?4或CHF 3中的一种或者几种。
[0033]又如，所述凹槽的深度小于所述氧化硅层的厚度。又如，所述凹槽的深度为I?10nm，又如，所述凹槽的深度为2?8nm。又如，所述凹槽的深度为4?5nm。又如，所述凹槽的横截面为梯形结构，所述凹槽的开口端的宽度大于底部的宽度。又如，所述凹槽的横截面为矩形结构。
[0034]S130、在凹槽内形成石墨烯层。
[0035]请参阅图2C，在凹槽221内填充石墨烯，形成石墨烯层230。例如，在所述缓冲层上沉积石墨烯，对所述石墨烯进行刻蚀处理，以保留非沟道区对应的石墨烯，形成石墨烯层。又如，采用等离