低温多晶硅薄膜的制备方法、薄膜晶体管和显示装置制造方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种低温多晶硅薄膜的制备方法、薄膜晶体管和显示装置，涉及显示器领域，可以提高低温多晶硅薄膜的晶粒尺寸及均匀性，并能充分利用入射激光的能量，有利于降低低温多晶硅薄膜的生产成本，提高了低温多晶硅薄膜晶体管的性能。低温多晶硅薄膜的制备方法包括：在基板上沉积非晶硅薄膜；在非晶硅薄膜上覆盖光学增透薄膜；对光学增透薄膜进行光刻，使光学增透薄膜表面具有阵列排布的聚光结构；对覆盖有光学增透薄膜的非晶硅薄膜进行激光照射，使所述非晶硅薄膜转化为低温多晶硅薄膜；用低温多晶硅薄膜构建薄膜晶体管，并将其用于显示装置。
【专利说明】低温多晶硅薄膜的制备方法、薄膜晶体管和显示装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及显示【技术领域】，尤其涉及一种低温多晶硅薄膜的制备方法、薄膜晶体管和显示装置。
【背景技术】
[0002]目前，常用的主动式阵列液晶显示器多采用非晶硅薄膜晶体管和多晶硅薄膜晶体管。其中，多晶硅薄膜晶体管(Thin Film Transistor，简称TFT)由于具有较高的电子迁移率、开口率高、较快的响应速度、能大幅缩小组件尺寸、分辨率高、可以制作集成化驱动电路等优点，更加适合于大容量的高频显示，有利于提高显示器的成品率和降低生产成本，而得到广泛的应用。
[0003]制作低温多晶硅薄膜常用准分子激光退火方法，该方法的基本原理为利用高能量的准分子激光照射到非晶硅薄膜表面，使非晶硅融化、冷却、再结晶，实现从非晶硅到多晶硅的转变。准分子激光退火法制备的低温多晶硅薄膜的晶粒大、空间选择性好、晶内缺陷少、电学特性好，已成为目前低温多晶硅薄膜制备的主要方法。
[0004]而在现有技术中，很难实现均匀、大尺寸晶粒的低温多晶硅薄膜的制备，而且入射激光很大程度上被反射，大大的浪费了入射激光的能量，不利于实现低温多晶硅薄膜生产的低成本化，不利于提高低温多晶硅薄膜晶体管的性能。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种低温多晶硅薄膜的制备方法、薄膜晶体管和显示装置，可以提高低温多晶硅薄膜的晶粒尺寸及均匀性，并能充分利用入射激光的能量，有利于降低低温多晶硅薄膜的生产成本，提高了低温多晶硅薄膜晶体管的性能。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供的一种低温多晶硅薄膜的制备方法采用如下技术方案:
[0007]一种低温多晶硅薄膜的制备方法，包括:
[0008]在基板上沉积非晶硅薄膜；
[0009]在所述非晶硅薄膜上覆盖光学增透薄膜；
[0010]对所述光学增透薄膜进行光刻，使得所述光学增透薄膜表面具有阵列排布的聚光结构；
[0011]对覆盖有所述光学增透薄膜的非晶硅薄膜进行激光照射，使得所述非晶硅薄膜转化为所述低温多晶硅薄膜。
[0012]所述对覆盖有所述光学增透薄膜的非晶硅薄膜进行激光照射，使得所述非晶硅薄膜转化为所述低温多晶硅薄膜之前，还包括:
[0013]对所述非晶硅薄膜进行去氢处理。
[0014]所述聚光结构为凹陷，所述凹陷的底面为球面。
[0015]所述聚光结构的直径为500nm?5 μ m,相邻两所述聚光结构的边缘最近距离为500nm~5 μ m,所述聚光结构的直径与相邻两所述聚光结构的边缘最近距离的比值为1:1。
[0016]所述光学增透薄膜采用厚度为四分之一波长的光学增透薄膜，所述波长为所述激光的波长。
[0017]所述非晶娃薄膜的厚度为50nm。
[0018]所述在基板上沉积非晶硅薄膜之前，还包括:
[0019]在所述基板上沉积缓冲层。
[0020]所述缓冲层的材质为硅的氮化物或硅的氧化物。
[0021]所述激光为准分子激光。
[0022]在本发明实施例中提供了一种低温多晶硅薄膜的制作方法，该方法通过在非晶硅薄膜上覆盖一层光学增透薄膜，通过光刻和刻蚀在光学增透薄膜表面形成聚光结构，使用准分子激光退火的方法使非晶硅薄膜转变为低温多晶硅薄膜。利用该方法制备出的低温多晶硅薄膜晶粒尺寸大，分布均匀，具有优良的电学性能。此外，该方法充分利用了准分子激光能量，有利于降低生产成本，利于实现大规模低成本生产。
[0023]本发明实施例还提供了一种薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括设置于衬底基板上的有源层和位于有源层上的绝缘薄膜，所述有源层的材质为低温多晶硅薄膜；所述绝缘薄膜为光学增透薄膜，所述光学增透薄膜表面具有阵列排布的聚光结构。
[0024]所述薄膜晶体管还包括:位于所述衬底基板和所述低温多晶硅薄膜之间的缓冲层，所述缓冲层的材质为硅的氮化物或硅的氧化物。
[0025]在本发明实施例 中提供了一种薄膜晶体管，该薄膜晶体管使用晶粒尺寸大，均匀性好的低温多晶硅薄膜作为有源层，提高了有源层的导电性，从而提高了低温多晶硅薄膜晶体管的性能，进一步提高了液晶显示器的显示效果。
[0026]本发明实施例还提供了一种显示装置，包括如上所述的薄膜晶体管。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]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，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1为本发明实施例中提供的一种低温多晶硅薄膜制备方法流程图；
[0029]图2为本发明实施例中提供的一种低温多晶硅薄膜制备方法示意图；
[0030]图3为本发明实施例中提供的另一种低温多晶硅薄膜制备方法示意图；
[0031]图4为本发明实施例中提供的准分子激光退火过程示意图；
[0032]图5为本发明实施例中提供的低温多晶硅薄膜晶体管的结构示意图。
[0033]附图标记说明:
[0034]101 一基板；102—缓冲层；103—非晶娃薄膜；
[0035]103a—聚光结构下方的非晶硅薄膜；103b—未刻蚀区域下方的非晶硅薄膜；
[0036]104—光学增透薄膜； 105—聚光结构；106—晶核；
[0037]107一低温多晶娃薄膜；108—棚极；109—源电极；
[0038]110—漏电极。【具体实施方式】
[0039]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0040]本发明实施例提供了一种低温多晶硅薄膜的制备方法，如图1所示，该方法包括:
[0041]步骤S1、在基板上沉积非晶硅薄膜。
[0042]优选地，如图2所示，在沉积非晶硅薄膜前，还可以在基板101上沉积一层缓冲层102，其可以为硅的氮化物或硅的氧化物。
[0043]在沉积了缓冲层102的基板101上沉积非晶硅薄膜103，通常，沉积厚度约为50nm的非晶硅薄膜103。
[0044]其中，缓冲层102的作用在于将基板101与非晶硅薄膜103隔绝，避免基板中杂质进入非晶硅薄膜103，影响非晶硅薄膜103的性能，此外还可减少非晶硅薄膜103与基板101之间的热扩散，降低激光照射过程中温度对基板101的影响。
[0045]缓冲层102的沉积和非晶硅薄膜103的沉积优选等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,简称 PECVD)的方法,其他形成方式如低压化学气相沉积(Low Pressure Vapor Deposition,简称LPCVD)或派镀的方式均可。
[0046]步骤S2、在非晶硅薄膜上覆盖光学增透薄膜。
[0047]如图2所示，在非晶硅薄膜103上沉积一层光学增透薄膜104。作为光学增透薄膜104的材料要求对准分子激光具有很好的透射效果，吸收系数低，使激光能量能有效的加载于非晶硅薄膜103上，因此，光学增透薄膜优选为硅的氮化物或硅的氧化物。该光学增透薄膜104可以为单层薄膜，也可以为多层薄膜，厚度可根据实际情况设置。其对激光的增透作用原理在于:光学增透薄膜104上下表面反射的激光的光程差为激光波长一半的奇数倍，光学增透薄膜104上下表面的反射光发生干涉，相互抵消，激光的能量全部被非晶硅薄膜103吸收，使得激光的能量得到充分利用。
[0048]光学增透薄膜104的厚度优选λ /4，其中λ为激光在光学增透薄膜104中传播的波长,此外,可以实现入射激光照射到光学增透薄膜104上下表面,上下表面反射的激光在光学增透薄膜104外部发生相互干涉抵消，从而实现激光能量的充分利用的厚度均可，本发明实施例对此不进行限制。
[0049]光学增透薄膜104的沉积优选PECVD的方法，其他形成方式如LPCVD或溅镀的方式均可。
[0050]步骤S3、对光学增透薄膜进行光刻，使得光学增透薄膜表面具有阵列排布的聚光结构。
[0051]在光学增透薄膜104上涂布一层光刻胶，然后使用具有阵列排布的与聚光结构105 一致图案的掩膜板进行遮盖，然后曝光、显影、刻蚀，最后剥离光刻胶，即在光学增透薄膜104表面形成聚光结构105。在形成聚光结构105的过程中通常采用湿法刻蚀，由于湿法刻蚀具有各向同性的特点，在刻蚀过程中，被刻蚀区域的中心刻蚀严重，边缘刻蚀轻微，因此，如图2所示，形成的聚光结构105为在光学增透薄膜104表面阵列排布的凹陷结构，凹陷的底面为球面。
[0052]具有球面的底面的聚光结构105，对入射光线的调节作用类似于凹透镜，通过对入射激光的折射，使入射激光汇聚到未刻蚀区域下方的非晶硅薄膜上，从而实现对入射激光的调节作用。
[0053]聚光结构105的尺寸由光刻模板决定,通常,如图2所不,聚光结构105的直径d约500nm?5 μ m,相邻两聚光结构边缘最近距离I约为500nm?5 μ m,聚光结构的直径d与相邻两聚光结构边缘最近距离I比值约为1:1。
[0054]聚光结构的形成优选各向同性的湿法刻蚀，也可以是其他刻蚀或者图形制备方法，聚光结构优选底面为球面的类似于凹透镜的凹陷，此外凡能实现对入射激光在非晶硅薄膜表面能量分布调节功能的聚光结构均可，可以为单一聚光结构或多种聚光结构的结合，如图3所示，光学增透薄膜104表面具有球形突起，类似于凸透镜的聚光结构也可实现对入射激光的调控。激光照射到类似于凸透镜的聚光结构表面后，光线发射折射，使入射激光汇聚到聚光结构下方的非晶硅薄膜上，实现对入射激光的调节作用，使局部温度高于周围温度，低温区成核较快，有利于晶粒横向生长。
[0055]如图2所示，在光学增透薄膜104表面形成聚光结构105之后，非晶硅薄膜103可被分为位于聚光结构下方的非晶娃薄膜103a以及位于未刻蚀区域下方的非晶娃薄膜103b。
[0056]步骤S4、对覆盖有光学增透薄膜的非晶硅薄膜进行激光照射，使得非晶硅薄膜转化为低温多晶硅薄膜。
[0057]对覆盖有光学增透薄膜104的非晶硅薄膜103进行准分子激光退火工艺，如图4所示。准分子激光退火利用瞬间激光脉冲产生的高能量入射到非晶硅薄膜103表面，激光的能量瞬间被非晶硅薄膜103吸收，无过多热量传递至基板101，基板101损伤小。
[0058]具体地，非晶硅薄膜103转变为多晶硅薄膜的过程大致为:激光照射到所述覆盖有光学增透薄膜104的非晶硅薄膜103表面，聚光结构105对入射到其上方的激光具有发散作用，入射的激光被折射，聚光结构下方的非晶硅薄膜103a区域激光能量密度略低于平均激光能量密度，具有相对较低的温度。激光照射到覆盖有光学增透薄膜104的非晶硅薄膜103表面，未刻蚀区域表面具有厚度为λ /4的光学增透薄膜104，激光在该区域的反射损失几乎为零，激光的能量均被未刻蚀区域下方的非晶硅薄膜103b吸收，使得入射激光的能量得到充分利用。此外由于聚光结构105对激光的发散作用，使得非晶硅薄膜103b区域激光能量密度略高于平均激光能量密度，具有相对较高的温度。聚光结构105在非晶硅薄膜103表面周期性均匀分布，由于其具有上述的对激光能量的调节作用，使激光能量周期的分布在非晶硅薄膜103表面，从而导致非晶硅薄膜103内部出现周期性分布的温度梯度，聚光结构下方的非晶硅薄膜103a温度较低，易于结晶形成晶核106。在温度梯度的引导下晶核106向四周进行晶粒生长，最终生长出晶粒尺寸大，均匀的低温多晶硅薄膜。
[0059]进一步地，生长出的低温多晶硅薄膜的晶粒大小及均匀性与聚光结构105的尺寸大小及均匀性有直接的关系，聚光结构105尺寸越大，生长出的低温多晶硅薄膜的晶粒尺寸越大，通常低温多晶硅薄膜晶粒尺寸可以达到微米级别；聚光结构在非晶硅薄膜表面分布越均匀，所生长出的低温多晶硅薄膜的晶粒越均匀。
[0060]如上所述制备的低温多晶硅薄膜具有较大的晶粒尺寸及均匀性，从而具有很好的电学性能。
[0061]此外，在对覆盖有光学增透薄膜104的非晶硅薄膜103进行激光照射，使得非晶硅薄膜103转化为低温多晶硅薄膜之前，还可以对非晶硅薄膜103进行去氢处理；具体地，在450°C下对非晶硅薄膜103进行高温烘烤2小时去氢，使非晶硅薄膜103内的氢含量小于2%，防止在准分子激光退火过程中出现氢爆现象。
[0062]在本实施例的技术方案中，提供了一种低温多晶硅薄膜的制作方法，该方法通过在非晶硅薄膜上覆盖一层光学增透薄膜，通过光刻和刻蚀在光学增透薄膜表面形成聚光结构，使用准分子激光退火的方法使非晶硅薄膜转变为低温多晶硅薄膜。利用该方法制备出的低温多晶硅薄膜晶粒尺寸大，分布均匀，具有优良的电学性能。此外，该方法充分利用了准分子激光能量，有利于降低生产成本，利于实现大规模低成本生产。
[0063]基于上述图1所对应的方法，本发明实施例还提供了一种薄膜晶体管，如图5所
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[0064]该薄膜晶体管，包括设置于衬底基板101上的有源层和位于有源层上的绝缘薄膜，有源层的材质为低温多晶硅薄膜107 ;绝缘薄膜为光学增透薄膜104，光学增透薄膜104表面具有阵列排布的聚光结构105。
[0065]在本发明实施例中提供了一种薄膜晶体管，该薄膜晶体管使用晶粒尺寸大，均匀性好的低温多晶硅薄膜作为有源层，提高了有源层的导电性，从而提高了低温多晶硅薄膜晶体管的性能，进一步提高了液晶显示器的显示效果。
[0066]具体地,低温多晶娃薄膜107的厚度为50nm。低温多晶娃薄膜107上分布一层光学增透薄膜104，该光学增透薄膜104作用相当于栅绝缘层，在低温多晶硅薄膜晶体管制作过程中则不需要单独沉积栅绝缘层。此外，光学增透薄膜104表面分布有阵列排布的聚光结构105。在光学增透薄膜104上形成栅极108。之后，利用栅极108作为掩模对低温多晶硅薄膜107的源极接触区和漏极接触区进行掺杂，并在形成的源极接触区和漏极接触区上方制作源电极109和漏电极110，源电极109和漏电极110直接与低温多晶硅薄膜107接触，构成薄膜晶体管。
[0067]在上述薄膜晶体管中，聚光结构105可以是在光学增透薄膜104表面阵列排布的凹陷结构，凹陷的底面为球面。可选地，聚光结构105的直径d约500nm?5μπι，相邻两聚光结构边缘最近距离I约为500nm?5 μ m,聚光结构的直径d与相邻两聚光结构边缘最近距离I比值约为1:1。
[0068]此外，该薄膜晶体管还包括缓冲层102，缓冲层102的材质为硅的氮化物或硅的氧化物。
[0069]进一步地，本发明实施例还提供了一种显示装置，该显示装置包括上述的薄膜晶体管。该显示装置可以为液晶面板、电子纸、OLED (Organic Light EmittingDiode,有机发光二极管)面板、液晶电视、液晶显示器、数码相框、手机、平板电脑等任何具有显示功能的产品或部件。
[0070]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种低温多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，包括: 在基板上沉积非晶硅薄膜； 在所述非晶硅薄膜上覆盖光学增透薄膜； 对所述光学增透薄膜进行光刻，使得所述光学增透薄膜表面具有阵列排布的聚光结构； 对覆盖有所述光学增透薄膜的非晶硅薄膜进行激光照射，使得所述非晶硅薄膜转化为所述低温多晶硅薄膜。
2.根据权利要求1所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述对覆盖有所述光学增透薄膜的非晶硅薄膜进行激光照射，使得所述非晶硅薄膜转化为所述低温多晶硅薄膜之前，还包括: 对所述非晶硅薄膜进行去氢处理。
3.根据权利要求1所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于， 所述聚光结构为凹陷，所述凹陷的底面为球面。
4.根据权利要求3所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于， 所述聚光结构的直径为500nm?5μηι,相邻两所述聚光结构的边缘最近距离为500nm?5 μ m,所述聚光结构的直径与相邻两所述聚光结构的边缘最近距离的比值为1:1。
5.根据权利要求1所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于， 所述光学增透薄膜采用厚度为四分之一波长的光学增透薄膜，所述波长为所述激光的波长。
6.根据权利要求1所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于， 所述非晶硅薄膜的厚度为50nm。
7.根据权利要求1所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述在基板上沉积非晶硅薄膜之前，还包括: 在所述基板上沉积缓冲层。
8.根据权利要求7所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于， 所述缓冲层的材质为硅的氮化物或硅的氧化物。
9.根据权利要求1所述的低温多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于: 所述激光为准分子激光。
10.一种薄膜晶体管，包括设置于衬底基板上的有源层和位于所述有源层上的绝缘薄膜，其特征在于， 所述有源层的材质为低温多晶硅薄膜； 所述绝缘薄膜为光学增透薄膜，所述光学增透薄膜表面具有阵列排布的聚光结构。
11.根据权利要求10所述的薄膜晶体管，其特征在于，还包括: 位于所述衬底基板和所述有源层之间的缓冲层，所述缓冲层的材质为硅的氮化物或硅的氧化物。
12.—种显示装置，其特征在于，包括如权利要求10-11任一项所述的薄膜晶体管。
【文档编号】H01L21/268GK103489788SQ201310455936
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】王磊, 田雪雁, 任章淳 申请人:京东方科技集团股份有限公司