专利名称：激光退火多晶硅薄膜晶体管栅绝缘层的制备方法
技术领域：
本发明属于半导体材料技术领域，涉及一种低温多晶硅薄膜晶体管(LT-P-Si TFT)的制造方法，尤其涉及一种激光退火多晶硅薄膜晶体管栅绝缘层的制备方法。
背景技术：
低温多晶硅薄膜晶体管(LT P-Si TFT)主要用于液晶显示器(LCD)和有机电致发光二极管(OLED)的有源驱动，它不仅可以驱动显示像素，还可以用作内藏的周边驱动电路。栅绝缘层的制备是薄膜晶体管(LT P-Si TFT)的一个关键制造工艺，不仅要求栅绝缘层具有良好的绝缘性能而且要求栅绝缘层与P-Si层之间要有较低的界面态密度。
低温多晶硅(LT P-Si)薄膜现在唯一的产业化技术是准分子激光退火技术，就是先采用等离子增强的化学气相沉积(PECVD)方法形成非晶硅(a-Si)薄膜，然后用准分子激光光束对a-Si薄膜表面进行扫描，使非晶硅(a-Si)薄膜局部快速熔融再结晶的方法以形成P-Si薄膜。这样，低温多晶硅薄膜晶体管(LT P-Si TFT)的制造就无法象非晶硅晶体管(a-Si TFT)那样有源层和绝缘层连续生长，导致栅绝缘层与P-Si层之间的界面态密度较高，造成低温多晶硅薄膜晶体管(LT P-Si TFT)器件漏电流增大、阈值电压升高、开关比下降。
为了减少界面态密度，近年来人们已很少采用常规的非晶硅晶体管(a-SiTFT)栅绝缘层的制造方式。目前主要有两种方法来制备SiOx薄膜，一种是四乙氧硅烷等离子增强的化学气相沉积(TEOS-PECVD)方法，另一种是电子回旋共振等离子增强的化学气相沉积(ECR-PECVD)方法，都得到了良好的绝缘性能和界面特性。四乙氧硅烷等离子增强的化学气相沉积(TEOS-PECVD)方法是采用等离子增强的化学气相沉积(PECVD)的方式，以四乙氧硅烷代替SiH4和N2O或SiH4和O2进行反应生长SiOx薄膜。但四乙氧硅烷(TEOS)制备不易，价格较高。电子回旋共振等离子增强的化学气相沉积(ECR-PECVD)方法现已成功用于P-Si晶体管(P-Si TFT)的生产线上，该方法的原理是通过微波产生等离子体，并有一外加磁场，使二者相互作用，形成电子共振。于是在工作室内形成电子回旋共振(ECR)等离子区，它具有极高离子流密度和极低离子能量，而且离子雨受到准直。基板位置靠近电子回旋共振(ECR)区，沉积的Si原子与化学活性极高的O2+和O+在基板表面形成SiO2层。O2+和O+还进入SiO2层内部继续与未结合的Si原子结合，直至形成化学计量结构。采用电子回旋共振等离子增强的化学气相沉积(ECR-PECVD)方法与常规的常压化学气相沉积(APCVD)方法和低压化学气相沉积(LPCVD)方法相比可使界面态密度降低一个数量级。如果Ox含量和微波功率控制得当，可使界面态密度降低两个数量级，其质量可与热氧化相比。
上述两种制备方法都是把P-Si薄膜和SiO2薄膜的制备分成两道工序来做，这样一是增加了制造工序，另外尽管采取了各种手段来降低和SiO2之间的界面态密度，但毕竟P-Si和SiO2是由不连续的两种方法制备的，界面态密度仍然不够理想。
发明内容
为了降低P-Si膜与栅绝缘层之间的界面态密度，得到性能良好的低温多晶硅薄膜晶体管(LT-P-Si TFT)器件，本发明采取激光退火热氧化的方法，在P-Si表面直接氧化形成SiO2薄膜，目的是提供一种激光退火多晶硅薄膜晶体管栅绝缘层的制备方法。
本发明采用的是激光退火热氧化方法，首先将生长厚度为150nm的非晶硅(a-Si)薄膜放入真空室内进行脱氢处理，在真空度为0.9Pa～1.1Pa，衬底温度为420℃～450℃的条件下，脱氢2小时～2.5小时，以免激光扫描时薄膜脱氢，表面粗糙。样品经过脱氢处理后放入样品室，通入氧气，待氧气充满样品室，利用准分子激光器发出能量密度为350mJ，频率为3Hz的激光，经匀光系统，使其转变成光斑尺寸为50mm×1mm的光斑对非晶(a-Si)薄膜表面扫描。非晶硅(a-Si)薄膜表面80nm～100nm的厚度被激光熔融，并反应生成SiO2。接下来，停止通入氧气，在真空度为0.9Pa～1.1Pa的条件下，以350mJ的激光能量密度对样品表面扫描，SiO2层不吸收紫外光能量，而非晶硅(a-Si)下层没有反应生成SiO2的部分被激光熔融，再结晶为P-Si薄膜。这样，就利用准分子激光退火的方法使一层非晶硅(a-Si)薄膜既形成了P-Si薄膜又形成了SiO2薄膜。
本发明是在同一片非晶硅(a-Si)薄膜上通过激光退火热氧化方法使非晶硅(a-Si)薄膜连续转化为SiO2和P-Si薄膜，减少了一道制造工序，并有效地降低了低温多晶硅薄膜晶体管(LT P-Si TFT)器件中有源层和绝缘层之间的界面态密度。
具体实施例方式
本发明中激光器采用的是XeCl2准分子激光器，激光波长为308nm、能量密度为350mJ、频率为3Hz，经匀光系统，使其转变光斑尺寸为50mm×1mm的光斑对非晶硅(a-Si)薄膜表面进行扫描。扫描采用光束移动或样品移动的方式对样品从一个边缘扫描到另一个相对的边缘，光束或样品移动的速度为0.45mm/s～0.55mm/s，通入氧气的流量为60立方厘米/分钟。低温多晶硅薄膜(LT P-Si)前体采用低压化学气相沉积(LPCVD)或等离子增强的化学气相沉积(PECVD)生长的非晶硅(a-Si)薄膜，厚度为150nm。
权利要求
1.一种激光退火多晶硅薄膜晶体管栅绝缘层的制备方法，其特征在于包括以下步骤a)首先将生长厚度为150nm的非晶硅(a-Si)薄膜放入真空室内进行脱氢处理，在真空度为0.9Pa～1.1Pa，衬底温度为420℃～450℃的条件下，脱氢2小时～2.5小时；b)经过脱氢处理后的样品放入样品室，样品室通入氧气；c)利用准分子激光器发出能量密度为350mJ，频率为3Hz的激光，经匀光系统，使其转变光斑尺寸为50mm×1mm的光斑对非晶硅(a-Si)薄膜表面进行扫描，从样品的一个边缘扫描到另一个相对的边缘，光束或样品的移动速度为0.45mm/s～0.55mm/s.d)停止通入氧气，真空度达到0.9Pa～1.1Pa后再以350mJ的激光能量密度对样品表面进行扫描。
2.根据权利要求1所述激光退火多晶硅薄膜晶体管栅绝缘层的制备方法，其特征在于将生长厚度为150nm的非晶硅(a-Si)薄膜放入真空室内进行脱氢处理，在真空度为1Pa，衬底温度为450℃的条件下，脱氢2小时；
3.根据权利要求1所述激光退火多晶硅薄膜晶体管栅绝缘层的制备方法，其特征在于激光光斑对非晶硅(a-Si)薄膜表面进行扫描，从样品的一个边缘扫描到另一个相对的边缘，光束或样品的移动速度为0.5mm/s；
4.根据权利要求1所述激光退火多晶硅薄膜晶体管栅绝缘层的制备方法，其特征在于表面80nm～100nm的厚度被激光熔融，并反应成SiO2的非晶硅(a-Si)薄膜在真空度为1Pa的条件下，以350mJ的激光能量密度对样品表面扫描。
全文摘要
一种属于半导体材料技术领域的激光退火多晶硅薄膜晶体管栅绝缘层的制备方法，首先将生长厚度为150nm的非晶硅(a－Si)薄膜放入真空室内进行脱氢处理，经过脱氢处理后的样品放入样品室，在有氧气的条件下，利用准分子激光器发出能量密度为350mJ，频率为3Hz的激光，经匀光系统，使其转变光斑尺寸为50mm×1mm的光斑对非晶硅(a－Si)薄膜表面进行扫描，使其表面形成大约100mm左右的SiO
文档编号H01L21/336GK1755900SQ20041001113
公开日2006年4月5日 申请日期2004年9月27日 优先权日2004年9月27日
发明者骆文生, 付国柱, 荆海, 邵喜斌, 廖燕平, 齐晓微 申请人:北方液晶工程研究开发中心