專(zhuān)利名稱(chēng)：激光退火多晶硅薄膜晶體管柵絕緣層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種低溫多晶硅薄膜晶體管(LT-P-Si TFT)的制造方法，尤其涉及一種激光退火多晶硅薄膜晶體管柵絕緣層的制備方法。
背景技術(shù)：
低溫多晶硅薄膜晶體管(LT P-Si TFT)主要用于液晶顯示器(LCD)和有機(jī)電致發(fā)光二極管(OLED)的有源驅(qū)動(dòng)，它不僅可以驅(qū)動(dòng)顯示像素，還可以用作內(nèi)藏的周邊驅(qū)動(dòng)電路。柵絕緣層的制備是薄膜晶體管(LT P-Si TFT)的一個(gè)關(guān)鍵制造工藝，不僅要求柵絕緣層具有良好的絕緣性能而且要求柵絕緣層與P-Si層之間要有較低的界面態(tài)密度。
低溫多晶硅(LT P-Si)薄膜現(xiàn)在唯一的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)是準(zhǔn)分子激光退火技術(shù)，就是先采用等離子增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法形成非晶硅(a-Si)薄膜，然后用準(zhǔn)分子激光光束對(duì)a-Si薄膜表面進(jìn)行掃描，使非晶硅(a-Si)薄膜局部快速熔融再結(jié)晶的方法以形成P-Si薄膜。這樣，低溫多晶硅薄膜晶體管(LT P-Si TFT)的制造就無(wú)法象非晶硅晶體管(a-Si TFT)那樣有源層和絕緣層連續(xù)生長(zhǎng)，導(dǎo)致柵絕緣層與P-Si層之間的界面態(tài)密度較高，造成低溫多晶硅薄膜晶體管(LT P-Si TFT)器件漏電流增大、閾值電壓升高、開(kāi)關(guān)比下降。
為了減少界面態(tài)密度，近年來(lái)人們已很少采用常規(guī)的非晶硅晶體管(a-SiTFT)柵絕緣層的制造方式。目前主要有兩種方法來(lái)制備SiOx薄膜，一種是四乙氧硅烷等離子增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(TEOS-PECVD)方法，另一種是電子回旋共振等離子增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(ECR-PECVD)方法，都得到了良好的絕緣性能和界面特性。四乙氧硅烷等離子增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(TEOS-PECVD)方法是采用等離子增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(PECVD)的方式，以四乙氧硅烷代替SiH4和N2O或SiH4和O2進(jìn)行反應(yīng)生長(zhǎng)SiOx薄膜。但四乙氧硅烷(TEOS)制備不易，價(jià)格較高。電子回旋共振等離子增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(ECR-PECVD)方法現(xiàn)已成功用于P-Si晶體管(P-Si TFT)的生產(chǎn)線上，該方法的原理是通過(guò)微波產(chǎn)生等離子體，并有一外加磁場(chǎng)，使二者相互作用，形成電子共振。于是在工作室內(nèi)形成電子回旋共振(ECR)等離子區(qū)，它具有極高離子流密度和極低離子能量，而且離子雨受到準(zhǔn)直?；逦恢每拷娮踊匦舱?ECR)區(qū)，沉積的Si原子與化學(xué)活性極高的O2+和O+在基板表面形成SiO2層。O2+和O+還進(jìn)入SiO2層內(nèi)部繼續(xù)與未結(jié)合的Si原子結(jié)合，直至形成化學(xué)計(jì)量結(jié)構(gòu)。采用電子回旋共振等離子增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(ECR-PECVD)方法與常規(guī)的常壓化學(xué)氣相沉積(APCVD)方法和低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)方法相比可使界面態(tài)密度降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。如果Ox含量和微波功率控制得當(dāng)，可使界面態(tài)密度降低兩個(gè)數(shù)量級(jí)，其質(zhì)量可與熱氧化相比。
上述兩種制備方法都是把P-Si薄膜和SiO2薄膜的制備分成兩道工序來(lái)做，這樣一是增加了制造工序，另外盡管采取了各種手段來(lái)降低和SiO2之間的界面態(tài)密度，但畢竟P-Si和SiO2是由不連續(xù)的兩種方法制備的，界面態(tài)密度仍然不夠理想。

發(fā)明內(nèi)容
為了降低P-Si膜與柵絕緣層之間的界面態(tài)密度，得到性能良好的低溫多晶硅薄膜晶體管(LT-P-Si TFT)器件，本發(fā)明采取激光退火熱氧化的方法，在P-Si表面直接氧化形成SiO2薄膜，目的是提供一種激光退火多晶硅薄膜晶體管柵絕緣層的制備方法。
本發(fā)明采用的是激光退火熱氧化方法，首先將生長(zhǎng)厚度為150nm的非晶硅(a-Si)薄膜放入真空室內(nèi)進(jìn)行脫氫處理，在真空度為0.9Pa～1.1Pa，襯底溫度為420℃～450℃的條件下，脫氫2小時(shí)～2.5小時(shí)，以免激光掃描時(shí)薄膜脫氫，表面粗糙。樣品經(jīng)過(guò)脫氫處理后放入樣品室，通入氧氣，待氧氣充滿(mǎn)樣品室，利用準(zhǔn)分子激光器發(fā)出能量密度為350mJ，頻率為3Hz的激光，經(jīng)勻光系統(tǒng)，使其轉(zhuǎn)變成光斑尺寸為50mm×1mm的光斑對(duì)非晶(a-Si)薄膜表面掃描。非晶硅(a-Si)薄膜表面80nm～100nm的厚度被激光熔融，并反應(yīng)生成SiO2。接下來(lái)，停止通入氧氣，在真空度為0.9Pa～1.1Pa的條件下，以350mJ的激光能量密度對(duì)樣品表面掃描，SiO2層不吸收紫外光能量，而非晶硅(a-Si)下層沒(méi)有反應(yīng)生成SiO2的部分被激光熔融，再結(jié)晶為P-Si薄膜。這樣，就利用準(zhǔn)分子激光退火的方法使一層非晶硅(a-Si)薄膜既形成了P-Si薄膜又形成了SiO2薄膜。
本發(fā)明是在同一片非晶硅(a-Si)薄膜上通過(guò)激光退火熱氧化方法使非晶硅(a-Si)薄膜連續(xù)轉(zhuǎn)化為SiO2和P-Si薄膜，減少了一道制造工序，并有效地降低了低溫多晶硅薄膜晶體管(LT P-Si TFT)器件中有源層和絕緣層之間的界面態(tài)密度。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明中激光器采用的是XeCl2準(zhǔn)分子激光器，激光波長(zhǎng)為308nm、能量密度為350mJ、頻率為3Hz，經(jīng)勻光系統(tǒng)，使其轉(zhuǎn)變光斑尺寸為50mm×1mm的光斑對(duì)非晶硅(a-Si)薄膜表面進(jìn)行掃描。掃描采用光束移動(dòng)或樣品移動(dòng)的方式對(duì)樣品從一個(gè)邊緣掃描到另一個(gè)相對(duì)的邊緣，光束或樣品移動(dòng)的速度為0.45mm/s～0.55mm/s，通入氧氣的流量為60立方厘米/分鐘。低溫多晶硅薄膜(LT P-Si)前體采用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)或等離子增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(PECVD)生長(zhǎng)的非晶硅(a-Si)薄膜，厚度為150nm。
權(quán)利要求
1.一種激光退火多晶硅薄膜晶體管柵絕緣層的制備方法，其特征在于包括以下步驟a)首先將生長(zhǎng)厚度為150nm的非晶硅(a-Si)薄膜放入真空室內(nèi)進(jìn)行脫氫處理，在真空度為0.9Pa～1.1Pa，襯底溫度為420℃～450℃的條件下，脫氫2小時(shí)～2.5小時(shí)；b)經(jīng)過(guò)脫氫處理后的樣品放入樣品室，樣品室通入氧氣；c)利用準(zhǔn)分子激光器發(fā)出能量密度為350mJ，頻率為3Hz的激光，經(jīng)勻光系統(tǒng)，使其轉(zhuǎn)變光斑尺寸為50mm×1mm的光斑對(duì)非晶硅(a-Si)薄膜表面進(jìn)行掃描，從樣品的一個(gè)邊緣掃描到另一個(gè)相對(duì)的邊緣，光束或樣品的移動(dòng)速度為0.45mm/s～0.55mm/s.d)停止通入氧氣，真空度達(dá)到0.9Pa～1.1Pa后再以350mJ的激光能量密度對(duì)樣品表面進(jìn)行掃描。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述激光退火多晶硅薄膜晶體管柵絕緣層的制備方法，其特征在于將生長(zhǎng)厚度為150nm的非晶硅(a-Si)薄膜放入真空室內(nèi)進(jìn)行脫氫處理，在真空度為1Pa，襯底溫度為450℃的條件下，脫氫2小時(shí)；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述激光退火多晶硅薄膜晶體管柵絕緣層的制備方法，其特征在于激光光斑對(duì)非晶硅(a-Si)薄膜表面進(jìn)行掃描，從樣品的一個(gè)邊緣掃描到另一個(gè)相對(duì)的邊緣，光束或樣品的移動(dòng)速度為0.5mm/s；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述激光退火多晶硅薄膜晶體管柵絕緣層的制備方法，其特征在于表面80nm～100nm的厚度被激光熔融，并反應(yīng)成SiO2的非晶硅(a-Si)薄膜在真空度為1Pa的條件下，以350mJ的激光能量密度對(duì)樣品表面掃描。
全文摘要
一種屬于半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域的激光退火多晶硅薄膜晶體管柵絕緣層的制備方法，首先將生長(zhǎng)厚度為150nm的非晶硅(a－Si)薄膜放入真空室內(nèi)進(jìn)行脫氫處理，經(jīng)過(guò)脫氫處理后的樣品放入樣品室，在有氧氣的條件下，利用準(zhǔn)分子激光器發(fā)出能量密度為350mJ，頻率為3Hz的激光，經(jīng)勻光系統(tǒng)，使其轉(zhuǎn)變光斑尺寸為50mm×1mm的光斑對(duì)非晶硅(a－Si)薄膜表面進(jìn)行掃描，使其表面形成大約100mm左右的SiO
文檔編號(hào)H01L21/336GK1755900SQ20041001113
公開(kāi)日2006年4月5日 申請(qǐng)日期2004年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月27日
發(fā)明者駱文生, 付國(guó)柱, 荊海, 邵喜斌, 廖燕平, 齊曉微 申請(qǐng)人:北方液晶工程研究開(kāi)發(fā)中心