[发明专利]一种多晶硅薄膜的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造领域，尤其涉及一种多晶硅薄膜的制造方法。

背景技术

在半导体领域中常用到硅材料薄膜，例如薄膜晶体管(TFT)等。其中非晶硅的电子迁移率低，制约了半导体器件的工作速度，因此电子迁移率较高的多晶硅的制备工艺成为人们研发的重点。

目前，非晶硅晶化为多晶硅主要有固相晶化法(SPC)，ELA准分子激光晶化法，金属诱导晶化法(MIC)。以上方法各有自己的优缺点，固相晶化法因为需要长时间高温退火而需要衬底为能耐高温的硅片或石英，难以用于较廉价的玻璃衬底，同时固相晶化法所生产的晶粒分布杂乱，晶界排布没有规律。ELA准分子激光晶化法可以得到多晶硅薄膜，但多晶硅薄膜的均匀性存在一定的问题，若非晶硅成膜厚度或致密度不一致，很容易出现局部烧穿，同时准分子激光设备昂贵，需要使用昂贵的惰性气体，使得成本较高。金属诱导晶化法和其改进的金属横向诱导晶化法可以制备晶粒较大并且有连续晶粒间界的多晶硅薄膜，材料和器件的均匀性和可重复性较好。但诱导金属的残留会降低材料和器件的性能。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种多晶硅薄膜的制造方法，可以降低后续SPC固相晶化的退火温度和退火时间，不会出现局部烧穿的问题，且可避免金属残留问题。

本发明提供一种多晶硅薄膜的制造方法，包括：

沉积非晶硅；

利用激光扫描该非晶硅，使非晶硅初步晶化；

对初步晶化的非晶硅退火完成晶化。

根据本发明提供的制造方法，其中在激光扫描非晶硅时，在非晶硅上放置掩模。

根据本发明提供的制造方法，其中所述掩模具有条形的透光区域或具有透光孔阵列。

根据本发明提供的制造方法，其中所述透光孔为圆形或方形。

根据本发明提供的制造方法，其中所述激光的能量密度为200～350mJ。

根据本发明提供的制造方法，其中激光与衬底平面垂直。

根据本发明提供的制造方法，其中激光的扫描速度为1～5mm/s，激光的脉冲频率为200～900Hz。

根据本发明提供的制造方法，其中退火在惰性气体中进行。

本发明还提供一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于利用由权利要求1所述的方法制成的多晶硅薄膜作为薄膜晶体管的有源层而制造薄膜晶体管。

本发明还提供一种由上述方法制成的薄膜晶体管。

本发明提供的多晶硅的制备方法可以降低后续固相晶化的退火温度和退火时间，退火温度可以降低至600℃以下，使之可以应用于廉价的玻璃衬底，同时，前期激光初步扫描晶化时间较短，不会出现局部烧穿的问题。在初步激光晶化时，在非晶硅薄膜上设置具有特定构图的掩膜，可以控制激光在非晶硅表面的扫描区域，被扫描的区域晶化，成为后续固相晶化的核点，晶粒以其为中心，逐渐长大，形成具有规则晶粒结构的多晶硅薄膜，均匀性较好。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1为根据实施例1的方法所得结构的横截面示意图；

图2为实施例1所得的多晶硅薄膜的SEM形貌图；

图3为根据实施例2的方法所得结构的示意图以及所使用的掩模的局部放大示意图；

图4为实施例2所得的多晶硅薄膜的SEM形貌图；

图5为实施例3所使用的掩模的图案；

图6为实施例3所得的多晶硅薄膜的SEM形貌图；

图7为根据本发明的一个实施例所使用的掩模的图案。

具体实施方式

本发明提供的多晶硅薄膜的制造方法将激光晶化与固相晶化法相结合，经激光初步扫描晶化后，再通过固相晶化法退火晶化形成多晶硅。

实施例1

本实施例提供一种多晶硅薄膜的制造方法，包括：

1)在如图1所示的玻璃衬底101上沉积500纳米的二氧化硅作为阻挡层102，再沉积一层50纳米的非晶硅103作为晶化的前驱物；

2)用能量密度为240mJ、脉冲频率为330Hz的准分子激光扫描步骤1)中形成的非晶硅，扫描速度为3mm/s，使非晶硅初步晶化，形成后续固相晶化的核点；

3)在氮气气氛下退火完成晶化，退火温度590℃，退火时间6小时。

本实施例提供的方法所得样品的表面形貌如图2所示，可见晶粒排布均匀。通过激光扫描初步晶化，可缩短后续固相晶化法的晶化时间，并可以在低于600℃的温度下退火晶化，使之可以使用较廉价的玻璃作为衬底材料。

实施例2