[發明專利]低溫多晶硅薄膜的制備方法、TFT、陣列基板及顯示裝置

有效

• 申請號: 201410558428.8
• 申請日: 2014-10-20
• 公開（公告）號: CN104299891A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 何璇;姜春生
• 申請（專利權）人: 京東方科技集團股份有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L27/12;H01L21/77
• 代理公司: 北京中博世達專利商標代理有限公司 11274
• 代理人: 申健

技術領域

本發明涉及顯示技術領域，尤其涉及一種低溫多晶硅薄膜的制備方法、TFT、陣列基板及顯示裝置。

背景技術

低溫多晶硅(簡稱LTPS)薄膜由于其原子排列規則，載流子遷移率高(10～300cm²/Vs)，具有較高的驅動電流，可加快液晶分子的反應時間，縮小薄膜晶體管(簡稱TFT)的體積，增加像素單元中的透過面積，使顯示裝置具有更高的亮度和分辨率，因此，薄膜晶體管的制作工藝中廣泛采用LTPS薄膜制備有源層。

低溫多晶硅薄膜的制備方法主要有直接生長法、準分子激光退火法(簡稱ELA)、以及金屬誘導法。其中，直接生長法主要是利用超高真空化學氣相沉積(簡稱CVD)等設備在緩沖上直接生長LTPS薄膜，其優點是不需要退火工藝，節約工藝時間，但是制備出的LTPS薄膜表面粗糙，顯著減低了LTPS的載流子遷移率及各項性能的穩定性；ELA法主要是利用激光退火使得非晶硅晶化轉變為低溫多晶硅，其優點是制備出的LTPS薄膜載流子遷移率高，但是由于受激光影響，該方法的重復性差，制備出的LTPS薄膜均勻性欠佳難以實現大面積晶化，且該方法所采用的設備昂貴，工藝制程溫度高，不適用于普通的襯底基板。金屬誘導法制備LTPS薄膜，其原理是在非晶硅(a-Si)內加入一些金屬離子(如Al離子等)或在非晶硅表面形成一層金屬誘導層(如Al等)，利用Al離子金屬誘導的作用降低a-Si向p-Si轉變的相變能量，因此可在低于傳統快速退火工藝溫度(＜1000℃)的條件下快速地將非晶硅(a-Si)晶化轉變為多晶硅(p-Si)。

然而，如圖1所示，采用上述金屬誘導法制備LTPS薄膜時，非晶硅薄膜40向低溫多晶硅薄膜50的晶化轉變多為橫向結晶，即如圖中箭頭方向所示，非晶硅的晶化方向為由薄膜的兩側向中間部分集中，在這一過程中金屬離子301或金屬誘導層30中的離子301容易聚集在LTPS薄膜較為中間的區域難以去除，而這一區域通常為有源層中對應于源極與漏極之間的間隙，即TFT導通時的溝道區域，殘留的金屬離子會導致TFT關態電流較高，影響TFT器件的性能。

因此，如何解決金屬誘導法制備LTPS薄膜時，LTPS薄膜內部金屬離子殘留現象成為了亟待解決的問題。

發明內容

鑒于此，為解決現有技術的問題，本發明的實施例提供一種低溫多晶硅薄膜的制備方法、TFT、陣列基板及顯示裝置，可解決金屬誘導法制備LTPS薄膜時，LTPS薄膜內部金屬離子殘留問題，從而避免由于LTPS薄膜內部金屬離子而導致TFT關態電流過高的現象。

為達到上述目的，本發明的實施例采用如下技術方案：

一方面、本發明實施例提供了一種低溫多晶硅薄膜的制備方法，所述制備方法包括，在基板上依次形成緩沖層、金屬誘導層；在所述金屬誘導層上形成非晶硅薄膜；對形成有所述非晶硅薄膜的所述基板進行退火處理，通過所述金屬誘導層的誘導作用使所述非晶硅薄膜轉化為低溫多晶硅薄膜；所述退火處理的溫度為300～700℃；去除因誘導作用而形成在所述低溫多晶硅薄膜上表面的金屬誘導擴散層；其中，所述上表面為所述低溫多晶硅薄膜遠離所述基板一側的表面；所述金屬誘導擴散層由在退火處理后，擴散到所述上表面的所述金屬誘導層中的金屬離子，和/或所述金屬離子與所述上表面的硅原子發生反應后生成的金屬硅化物構成。

可選的，所述在基板上依次形成緩沖層、金屬誘導層，包括，在基板上形成緩沖層；采用離子注入法，在所述緩沖層遠離所述基板一側的表面形成金屬誘導層；其中，注入的離子為Ni、Al、Au、Cu、Pd、Co、以及Ag中的至少一種離子。

進一步優選的，注入的離子濃度為10¹⁰～10¹²個/cm³。

可選的，所述在基板上依次形成緩沖層、金屬誘導層，包括，在基板上形成緩沖層；采用濺射法，在所述緩沖層遠離所述基板一側的表面上形成金屬誘導層；其中，濺射的元素為Ni、Al、Au、Cu、Pd、Co、以及Ag中的至少一種元素。

可選的，所述退火處理的溫度為450～550℃。

可選的，所述退火處理的時間為15～30min。

可選的，采用等離子刻蝕或濕法刻蝕去除因誘導作用而形成在所述低溫多晶硅薄膜上表面的金屬誘導擴散層。

進一步優選的，所述等離子刻蝕采用氬氣等離子或氮氣等離子。

可選的，所述等離子刻蝕的時間為10～20s。