一种降低表面粗糙度的低温多晶硅的制备方法及一种低温多晶硅的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及液晶显示面板技术领域，尤其涉及一种降低表面粗糙度的低温多晶硅 的制备方法及一种低温多晶硅。
【背景技术】
[0002] 在液晶显示面板制造行业中，低温多晶娃（LTPS, Low Temperature Poly-silicon)技术由于拥有更好的电子迀移率，逐步成为液晶显示面板技术革新的方向， 这使得具有轻、薄、低耗能、高亮度、高分辨率等优点的LPS显示器备受瞩目。
[0003] 在LPS技术中，通常先采用化学气相沉积形成非晶硅（a-Si)层，再对该非晶硅层 进行结晶化处理。目前一般是采用准分子激光退火（ELA)技术进行结晶化，ELA技术一般 是通过激光产生的高温将非晶硅熔融形成非晶硅液体，非晶硅液体冷却时，非晶硅液体依 附固相和液相Si间的界面附近产生的晶核逐渐结晶生长而形成多晶硅（p-Si)层。
[0004] ELA结晶化之前往往需要对a-Si进行结晶前预处理，ELA结晶预处理一般是在 a-Si层之上形成表面氧化层，借由该氧化层进行能量缓冲，从而得到p-Si晶粒尺寸较大且 均匀的P-Si层。因此，许多研究人员致力于优化ELA结晶前预处理工艺，以期望得到均匀 的多晶硅层。
[0005] 然而，由于固相硅与液相硅的密度存在差异，以及长晶体过程的应力作用不同，经 上述ELA结晶预处理后，即使形成了均匀的表面氧化层，但最终形成的p-Si层表面处于晶 界的凸起物仍较多（如附图1所示），这使得P-Si层的表面粗糙较大，最终影响到后续的多 晶硅制膜工序。因此，有必要提供一种降低表面粗糙度的低温多晶硅的新方法。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明提供了一种降低表面粗糙度的低温多晶硅的制备方法，所述制 备方法中包括两次准分子激光退火处理（ELA)及第一次ELA结晶处理前的非晶硅层清洗预 处理、第二次ELA结晶处理前的多晶硅层清洗预处理，采用所述制备方法可以得到表面粗 糙度低且表面均匀的低温多晶硅。
[0007] 第一方面，本发明提供了一种降低表面粗糙度的低温多晶硅的制备方法，包括以 下步骤：
[0008] (1)提供一表面形成有非晶硅层的基板，对所述基板进行表面预处理，以在所述非 晶硅层上形成一均匀氧化层；
[0009] (2)对所述表面预处理后的基板进行第一次准分子激光退火处理，使所述非晶硅 层形成多晶硅层；
[0010] (3)采用HF溶液对所述多晶硅层进行酸清洗，以除去所述多晶硅层上的凸起物；
[0011] (4)对酸清洗后的所述多晶硅层进行第二次准分子激光退火处理，得到低温多晶 娃。
[0012] 优选地，步骤（1)中，所述基板包括玻璃基板、塑料基板、陶瓷和石墨中的一种。
[0013] 优选地，所述基板与所述非晶硅层之间还包括一缓冲层。
[0014] 优选地，所述缓冲层由氮化硅、氧化硅依次沉积而成。
[0015] 非晶硅在自然环境中会被氧化，在其表面形成二氧化硅氧化层，该氧化层的均匀 性及品质均不佳，而表面氧化层在后续的ELA结晶过程中起着能量缓冲的作用，表面氧化 层的不均匀必然影响ELA的结晶效果，造成多晶硅均匀性不佳，因此，要制备出均匀性高的 多晶硅必然需要在非晶硅的表面进行表面预处理，以形成一层均匀的氧化层。
[0016] 优选地，步骤（1)中，所述对所述基板进行表面预处理，包括：采用HF溶液和臭氧 水依次清洗所述基板。首先采用HF对基板进行刻蚀，将基板上的均匀性不佳的自然氧化 层、毛刺等除去，再经过臭氧水处理在非晶硅表面形成品质优良的均匀氧化层。
[0017] 为避免残留在基板表面的溶液对后续操作步骤造成影响，优选地，在采用HF溶液 清洗基板后，采用水清洗所述基板，经干燥处理之后再采用臭氧水清洗基板。可使用纯净 水、H2Water (含lppm氏的纯净水）或高压水对基板进行清洗。
[0018] 进一步优选地，所述HF溶液的浓度为0. 5-2 %，采用HF溶液的清洗时间为 20-40s 〇
[0019] 更优选地，所述HF溶液的浓度为1 %，采用HF溶液的清洗时间为30s。
[0020] 进一步优选地，所述臭氧水的浓度为15-25ppm，采用臭氧水的清洗时间为 40-70s。
[0021] 更优选地，所述臭氧水的浓度为15-25ppm，采用臭氧水的清洗时间为60s。
[0022] 如本发明所述的，经表面预处理形成的氧化层为Si02, Si02氧化层可以在对基板 激光退火处理的过程中，起到保温作用，防止热量散失。
[0023] 优选地，步骤（1)中，所述氧化层的厚度为3_5nm。
[0024] 当一个shot的激光照射到a-Si层上，使其表面在温度达到硅熔点时即达到了晶 化域值能量密度，a-Si层的表面熔化前沿会深入到a-Si内部，a-Si层照射后的温度，中 间高两边低，边界处形成结晶核，停止激光照射后，熔融层首先从两边开始冷却，固相和液 相之间的界面会移动到中间和表面，中间依次形成自然核。冷却之后，非晶硅晶化为多晶 硅p-Si，以自然核为界形成晶粒，p-Si层是由许多Si原子的小规模结晶颗粒（简称晶粒， Grain)组合而成，晶粒之间的边界称为晶界。
[0025] 激光的照射强度（或能量密度）越大，晶粒的尺寸越大，p-Si的迀移率越大，但能 量也不能太大，太大的能量反而会使迀移率下降。
[0026] 优选地，步骤（1)和步骤（4)中，所述准分子激光退火处理为采用波长为308nm的 准分子激光进行照射。
[0027] 优选地，步骤（2)中，所述第一次准分子激光退火处理中，所用准分子激光的能量 密度为440-465W/cm2。采用该能量密度的准分子激光照射所述表面预处理后的基板。
[0028] 所述激光的能量密度与表面氧化层的厚度也有一定关系，当氧化层的厚度薄时， 3102氧化层对热量的消化能量越强，所需的激光能量密度越高，当氧化层的厚度较厚时， Si02氧化层对热量的散失越弱，所需的激光能量密度越低。在具体的实施例中，可以根据表 面预处理后氧化层的厚度对ELA工序中的激光能量进行相应调整。
[0029] 优选地，步骤（3)中，所述HF溶液的浓度为0. 5-2%，采用HF溶液的清洗时间为 20-40s 〇
[0030] 更优选地，步骤（3)中，所述HF溶液的浓度为1%，采用HF溶液的清洗时间为30s。
[0031] 优选地，步骤（4)中，所述第二次准分子激光退火处理中，采用的准分子激光的能 量密度为 350-440W/cm2。
[0032] 优选地，步骤（4)中，所述低温多晶硅的晶粒大小为3600-4000A。表面粗糙度为 l-2nm〇
[0033] 本发明提供的降低表面粗糙度的低温多晶硅的制备方法中，第一次ELA结晶化处 理主要为将a-Si结晶为p-Si可使得p-Si的晶格大小达到所需要求，而正常的ELA结晶过 程，由于a_Si在瞬间激光作用下，a_Si尚温恪融为ρ-Si时，a_Si和ρ-Si的密度差异以及 相应界面的应力作用不同，会导致部分的晶体被推挤到多晶硅层的表面上，在P-Si的晶体 成核结晶过程形成突起物；之后采用第二次HF清洗作用以及第二次低能量的ELA结晶处 理，既能通过HF溶液对凸起物进行处理作用、初步降低表面粗糙度，又可通过第二次ELA的 作用，降低清洗时可能对多晶硅的结晶性造成的一定损伤，得到结晶性完整的多晶硅，使表 面粗糙度进一步明显降低且使晶粒尺寸达到所需要求。所述制备方法简单易操作，可以有 效降低多晶硅的表面粗糙度，得到粗糙度低、表面均匀且结晶性能良好的低温多晶硅。
[0034] 第二方面，本发明提供了采用本发明第一方面所述的制备方法制得的低温多晶 娃。
[0035] 所述低温多晶硅的晶粒大小为3600-4000A。所述低温多晶硅的表面粗糙度为 l-2nm，所述粗糙度是指多晶娃表面隆起的凸起物的高度。
[0036] 本发_的有益效果:
[0037] 本发明提供的降低表面粗糙度的低温多晶硅的制备方法，所述制备方法包括两次 准分子激光退火处理及第一次准分子激光退火处理前的非晶硅层清洗预处理、第二次准分 子激光退火处理前的多晶硅层清洗预处理，采用所述制备方法简单易操作，可以有效解决 传统的一次准分子激光退火处理形成的多晶硅表面界面凸起物多、粗糙度低的问题，得到 表面粗糙度低、晶粒大小均匀且结晶性能良好的低温多晶硅。本发明提供的低温多晶硅的 性能优异，可以用于高分辨率的显示器领域。
【附图说明】
[0038] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。
[0039] 图1是现有技术中多晶硅的形成过程示意图，1为基板，2为固相硅，3为液相娃，3' 为多晶硅，4为3'表面形成的晶界凸起物；
[0040] 图2是本发明实施例提供的降低表面粗糙度的低温多晶硅的制备方法流程图；
[0041] 图3是本发明实施例1制得的低温多晶硅与现有技术制得的低温多晶硅的扫描电 子显微镜（SEM)的对比图，其中图3的第一列的图均为对比实施例1制得的多晶娃，图3的 第二列的图均为本