一种多晶硅的制作方法及多晶硅薄膜与流程

本发明涉及多晶硅制造技术领域，尤指一种多晶硅的制作方法及多晶硅薄膜。

背景技术：

在显示面板制造行业中，多晶硅技术由于拥有较好的迁移率，逐步成为显示面板技术革新的方向，这使得具有轻薄、低耗能、高亮度、高分辨率等优点的多晶硅显示器备受瞩目。

在现有技术中，多晶硅薄膜的制作方法包括准分子激光退火，固相晶化，金属诱导晶化等多种制作方法。而采用准分子激光退火工艺，来得到多晶硅薄膜是唯一已经实现量产的方法。

晶粒尺寸大小及晶粒单一尺寸的控制一直是多晶硅显示技术领域研究的热点。因为多晶硅显示器背板中薄膜晶体管的沟道区所覆盖的多晶硅晶粒数量及分布情况，将直接影响到迁移率大小，迁移率及阈值电压的均匀性等电学性能。利用现有技术制作的多晶硅晶粒尺寸偏小，晶粒尺寸分布不均匀，而且晶相稳定的四方晶体系的晶粒难以保证。将这种尺寸较小的多晶硅应用到多晶硅显示器的背板中时，会出现载流子迁移率低，迁移率及阈值电压不均匀等问题。因此，如何制作晶粒尺寸较大、晶粒尺寸单一、且晶相稳定的四方晶体系的多晶硅是亟待解决的难题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种多晶硅的制作方法及多晶硅薄膜，用以解决现有制作方法制作出的多晶硅晶粒尺寸较小，晶粒尺寸分布不均匀，且难以保证为四方晶体系的问题。

因此，本发明实施例提供一种多晶硅的制作方法，包括：

在衬底基板上形成用于种植晶种的膜层；

在所述膜层的表面形成以设定间距等间距阵列排列的多个凹槽结构；

在所述膜层上形成包含种植在各所述凹槽结构内构成晶种的非晶硅层；

对所述非晶硅层进行激光退火处理，使非晶硅从各所述晶种的位置开始生长结晶，形成具有所述间距晶粒尺寸的四方晶体系的多晶硅层。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述多晶硅的制作方法中，在衬底基板上形成用于种植晶种的膜层为以下之一或组合：

在衬底基板之上形成的缓冲层；

设置于所述缓冲层之上的多晶硅。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述多晶硅的制作方法中，当所述膜层为至少两个时，在非第一个所述膜层的表面形成以设定间距等间距阵列排列的多个凹槽结构，具体包括：

以上一个所述膜层表面形成的各凹槽结构设定间距的二倍，在该所述膜层的表面形成等间距阵列排列的多个凹槽结构；且在该膜层的表面形成的凹槽结构在衬底基板上的正投影与上一个所述膜层的表面形成的凹槽结构的正投影位置重叠。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述多晶硅的制作方法中，在第一个所述膜层的表面形成以设定间距等间距阵列排列的多个凹槽结构，具体包括：

以3μm为设定间距，在第一个所述膜层的表面形成等间距阵列排列的多个凹槽结构。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述多晶硅的制作方法中，在所述膜层的表面形成以设定间距等间距阵列排列的多个凹槽结构，具体包括：

以设定间距，在所述膜层的表面形成深度为0.1μm且直径为1-2μm的多个凹槽结构。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述多晶硅的制作方法中，在对所述非晶硅层进行激光退火处理之前，还包括：

对所述非晶硅层进行设定温度和设定时长的加热处理。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述多晶硅的制作方法中，对所述非晶硅层进行设定温度和设定时长的加热处理，具体包括：

在保持400℃温度下，对所述非晶硅层进行0.5-3小时的加热处理。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述多晶硅的制作方法中，对所述非晶硅层进行激光退火处理，具体包括：

采用准分子激光器或固态激光器，对所述非晶硅层进行退火处理。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述多晶硅的制作方法中，对所述非晶硅层进行激光退火处理，具体包括：

采用激光脉冲频率为300Hz，重叠率为95％，激光扫描速率为6mm/s，激光能量密度为300-500mJ/cm²的激光，对所述非晶硅层进行退火处理。

本发明实施例还提供了一种多晶硅薄膜，所述多晶硅薄膜采用上述制作方法制得。

本发明有益效果如下：

本发明实施例提供的一种多晶硅的制作方法及多晶硅薄膜，包括：在衬底基板上形成用于种植晶种的膜层；在膜层的表面形成以设定间距等间距阵列排列的多个凹槽结构；在膜层上形成包含种植在各凹槽结构内构成晶种的非晶硅层；对非晶硅层进行激光退火处理，使非晶硅从各晶种的位置开始生长结晶，形成具有间距晶粒尺寸的四方晶体系的多晶硅层。由于各凹槽结构在膜层的表面呈四方形阵列排布，因此，种植在各凹槽结构内的晶种可以构成四方形排布，可以使其上设置的非晶硅层在进行激光退火处理时从各晶种的位置开始生长结晶，从而获得晶粒尺寸较大、晶粒尺寸单一、且晶相稳定的四方晶体系的多晶硅。

附图说明

图1为本发明实施例中多晶硅制作方法的流程图；

图2为本发明实施例中第一层多晶硅的结构示意图；

图3为本发明实施例中第二层多晶硅的结构示意图；

图4为本发明实施例中第一层晶种分布示意图；

图5为本发明实施例中第二层晶种分布示意图；

图6为本发明实施例中第一层晶种在衬底基板上的正投影和第二层晶种在衬底基板上的正投影的叠加示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明实施例提供的多晶硅的制作方法及多晶硅薄膜的具体实施方式进行详细地说明。

本发明实施例提供的一种多晶硅的制作方法，如图1所示，具体包括以下步骤：

S101、在衬底基板上形成用于种植晶种的膜层；

S102、在膜层的表面形成以设定间距等间距阵列排列的多个凹槽结构；

S103、在膜层上形成包含种植在各凹槽结构内构成晶种的非晶硅层；

S104、对非晶硅层进行激光退火处理，使非晶硅从各晶种的位置开始生长结晶，形成具有间距晶粒尺寸的四方晶体系的多晶硅层。

本发明实施例提供的上述多晶硅的制作方法，由于各凹槽结构在膜层的表面呈四方形阵列排布，因此，种植在各凹槽结构内的晶种可以构成四方形排布，可以使其上设置的非晶硅层在进行激光退火处理时从各晶种的位置开始生长结晶，从而获得晶粒尺寸较大、晶粒尺寸单一、且晶相稳定的四方晶体系的多晶硅。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述多晶硅的制作方法中，步骤S101在衬底基板上形成用于种植晶种的膜层，具体可以为以下之一或组合：

在衬底基板之上形成的缓冲层；

设置于缓冲层之上的多晶硅。

具体地，用于种植晶种的膜层可以为一层或多层。如图2所示，当制作一层多晶硅时，用于种植晶种的膜层可以为在衬底基板1之上形成的缓冲层2。当制作多层例如两层多晶硅时，如图3所示，用于种植晶种的膜层可以为在衬底基板1之上形成的缓冲层2，以及设置于缓冲层2之上的第一层多晶硅5。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述多晶硅的制作方法中，当种植晶种的膜层为至少两个时，可以在非第一个膜层的表面形成以设定间距等间距阵列排列的多个凹槽结构4，具体包括：

以上一个膜层表面形成的各凹槽结构4设定间距的二倍，在该膜层的表面形成等间距阵列排列的多个凹槽结构4；且在该膜层的表面形成的凹槽结构4在衬底基板1上的正投影与上一个膜层的表面形成的凹槽结构4的正投影位置重叠。

具体地，以在衬底基板1上形成用于种植晶种的膜层有两个为例，如图3所示，两个膜层分别为缓冲层2和第一层多晶硅5，且缓冲层2为第一个膜层，第一层多晶硅5为第二个膜层。如图4所示，可以在缓冲层2表面形成设定间距为d₁的呈阵列排列的各凹槽结构4，此时，第一层晶种在缓冲层2的表面上就会以设定间距d₁等间距阵列排布，生长出的第一层多晶硅层的晶粒尺寸为d₁；如图5所示，在第一层多晶硅5表面形成以设定间距d₁的二倍为设定间距d₂的呈阵列排列的凹槽结构4，且在第一层多晶硅5表面形成的凹槽结构4在衬底基板1上的正投影与在缓冲层2表面形成的凹槽结构4的正投影位置重叠，如图6所示，此时，第二层晶种在第一层多晶硅5的表面上就会以设定间距d₂等间距阵列排布，生长出的第二层多晶硅层的晶粒尺寸为d₂。通过上述多层晶种间距递增的方式可以生长出大晶粒尺寸的多晶硅，并且可以保证晶粒尺寸均一。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述多晶硅的制作方法中，在第一个膜层的表面形成以设定间距等间距阵列排列的多个凹槽结构4，具体包括：

以3μm为设定间距，在第一个膜层的表面形成等间距阵列排列的多个凹槽结构4。即为了保证第一层生长出的多晶硅层的晶粒尺寸均一，一般选择3μm左右的晶粒尺寸。具体地，如图2和图3所示，第一个膜层为缓冲层2，在缓冲层2的表面形成以3μm为设定间距等间距阵列排布的多个凹槽结构4。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述多晶硅的制作方法中，在膜层的表面形成以设定间距等间距阵列排列的多个凹槽结构4，具体包括：

以设定间距，在膜层的表面形成深度a为0.1μm且直径b为1-2μm的多个凹槽结构4。具体地，可以以3μm为设定间距，采用线步进机对膜层进行1-2μm的曝光工艺，再采用刻蚀机对曝光处理后的膜层进行干法刻蚀，刻孔深度为0.1μm，从而得到以3μm等间距阵列排列的深度为0.1μm且直径为1-2μm多个凹槽结构4。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述多晶硅的制作方法中，如图2和图3所示，为了使非晶硅层3处于熔融状态，以利于后续对非晶硅层3进行激光退火处理时，非晶硅层3可以更好地进行重结晶生成多晶硅。在执行步骤S104对非晶硅层3进行激光退火处理之前，还可以包括：对非晶硅层3进行设定温度和设定时长的加热处理。

具体地，在本发明实施例提供的上述多晶硅的制作方法中，在保持400℃温度下，对非晶硅层3进行0.5-3小时的加热处理。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述多晶硅的制作方法中，步骤S104对非晶硅层3进行激光退火处理，具体包括：

采用准分子激光器或固态激光器，对非晶硅层3进行退火处理。

具体地，准分子激光器可以选用氯化氙、氟化氪、氟化氩等准分子激光器，固态激光器可以选用532nm波长的绿色固态激光器，在此不做限定。

具体地，在本发明实施例提供的上述多晶硅的制作方法中，可以采用如下方式实现步骤S104对非晶硅层3进行激光退火处理：

采用激光脉冲频率为300Hz，重叠率为95％，激光扫描速率为6mm/s，激光能量密度为300-500mJ/cm²的激光L，对非晶硅层3进行退火处理。

在本发明实施例提供的上述多晶硅的制作方法中，可以根据具体所需形成的最大晶粒尺寸来设计用于种植晶种的膜层数量。相应地需要在每个膜层上分别沉积非晶硅层3，经激光退火处理非晶硅层3，可获得晶粒尺寸更大、且晶相稳定的四方晶体系的多晶硅。下面以制作晶粒尺寸为6μm的四方晶体系的多晶硅为例进行说明，具体步骤如下：

1、在衬底基板1上形成缓冲层2，之后，在缓冲层2的表面以设定间距3μm，采用线步进机对缓冲层2进行1-2μm的曝光工艺，再采用刻蚀机对曝光处理后的缓冲层2进行干法刻蚀，刻孔深度为0.1μm，形成以3μm等间距阵列排列的深度为0.1μm且直径为1-2μm多个凹槽结构4。

具体地，可以采用等离子体增强化学气相沉积方法形成缓冲层2，还可以采用溅射、真空蒸镀和低压化学气相沉积等方法，在此不做限定。缓冲层2用于防止衬底基板1内的杂质在后续工艺中向上扩散而影响之后形成的多晶硅的质量。缓冲层2可以为单层二氧化硅薄膜结构，还可以为双层氮化硅/二氧化硅薄膜结构。以缓冲层2为双层氮化硅/二氧化硅薄膜结构为例，可以先形成厚度为50-300nm的氮化硅层，然后在氮化硅层上形成厚度为100-300nm的二氧化硅层。

2、在缓冲层2的表面形成包含种植在各凹槽结构4内构成晶种的厚度为100-300nm的非晶硅层3。

3、在保持400℃温度下，对非晶硅层3进行0.5-3小时的加热处理。

4、采用氯化氙准分子激光器发出的激光脉冲频率为300Hz，重叠率为95％，激光扫描速率为6mm/s，激光能量密度为300-500mJ/cm2的激光L对非晶硅层3进行激光退火处理。非晶硅层3会从各晶种的位置开始生长结晶，从而得到晶粒尺寸为3μm的四方晶体系的第一层多晶硅5。

5、在第一层多晶硅5的表面以设定间距6μm，采用线步进机对第一层多晶硅5进行1-2μm的曝光工艺，再采用刻蚀机对曝光处理后的第一层多晶硅5进行干法刻蚀，刻孔深度为0.1μm，形成以6μm等间距阵列排列的深度为0.1μm且直径为1-2μm的多个凹槽结构4。

6、在第一层多晶硅5的表面形成包含种植在各凹槽结构4内构成晶种的厚度为100-300nm的非晶硅层3。

7、在保持400℃温度下，对非晶硅层3进行0.5-3小时的加热处理。

8、采用氯化氙准分子激光器发出的激光脉冲频率为300Hz，重叠率为95％，激光扫描速率为6mm/s，激光能量密度为300-500mJ/cm²的激光L对非晶硅层3进行激光退火处理。第一层多晶硅5在做为种植晶种的膜层的同时，还做为一个诱导层，诱导非晶硅层3从各晶种的位置开始快速并且更有取向性地生长结晶，获得晶粒尺寸为6μm的四方晶体系的第二层多晶硅。

具体地，衬底基板1可以为玻璃基板，还可以为氮化硅/柔性聚酰亚胺/玻璃基板，在此不做限定。

基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种多晶硅薄膜，该多晶硅薄膜采用本发明实施例提供的上述制作方法获得。该多晶硅薄膜的实施可以参见上述多晶硅的制作方法的实施例，重复之处不再赘述。该多晶硅薄膜适用于多晶硅有源矩阵有机发光二极管显示器及多晶硅薄膜晶体管液晶显示器等多晶硅显示器。

本发明实施例提供的上述多晶硅的制作方法及多晶硅薄膜，包括：在衬底基板上形成用于种植晶种的膜层；在膜层的表面形成以设定间距等间距阵列排列的多个凹槽结构；在膜层上形成包含种植在各凹槽结构内构成晶种的非晶硅层；对非晶硅层进行激光退火处理，使非晶硅从各晶种的位置开始生长结晶，形成具有间距晶粒尺寸的四方晶体系的多晶硅层。由于各凹槽结构在膜层的表面呈四方形阵列排布，因此，种植在各凹槽结构内的晶种可以构成四方形排布，可以使其上设置的非晶硅层在进行激光退火处理时从各晶种的位置开始生长结晶，从而获得晶粒尺寸较大、晶粒尺寸单一、且晶相稳定的四方晶体系的多晶硅。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。