技术领域 本发明属于液晶显示器技术领域， 涉及一种低温多晶硅薄膜及其制备方法， 以及一种低温多晶硅薄膜晶体管。

说

背景技术 液晶显示器（Liquid Crystal Display, LCD), 为平面超薄的显示设备， 它由 一定数量的彩色或黑白像素组成， 放置于光书源或者反射面前方。 液晶显示器功 耗很低， 并且具有高画质、 体积小、 重量轻的特点， 因此倍受大家青睐， 成为 显示器的主流， 目前液晶显示器是以薄膜晶体管 （Thin Film Transistor, TFT) 液晶显示器为主。 随着平板显示的发展， 高分辨率， 低能耗的面板需求不断被 提出， 非晶硅电子迀移率低， 低温多晶硅 （Low Temperature Ploy-silicon) 由于 可在低温下制作， 且拥有高的电子迀移率及可制作 C-M0S电路而被广泛研宄用以 达到面板高分辨率， 低能耗的需求。

目前制作低温多晶硅的方法包括固相结晶（Sol id Phase Crystallization, SPC)、 金属诱导结晶（Metal Induced Crystallization, MIC)和准分子激光退火（Excimer Laser Annealer, EL A) 等几种， 其中准分子激光退火是目前使用最为广泛的方 法。 准分子激光退火技术是采用准分子激光束对基 板上的非晶硅薄膜进行短时 间照射， 非晶硅受到高温熔化重结晶形成多晶硅。

低温多晶硅晶粒的大小对多晶硅的电学性能有 重要影响， 在准分子激光退 火制程中， 非晶硅受到高温后变成完全熔融 （Nearly Completely Melts) 状态， 然后重结晶形成多晶硅。 重结晶时会按照低能量向高能量方向结晶， 低温向高 温方向结晶。 由于目前采用准分子激光束均匀的照射到非晶 硅薄膜层上， 非晶 硅薄膜层的各部分温度大致相等， 所以重结晶时的起点和方向是凌乱的， 导致 结晶后晶粒偏小， 晶粒间晶界偏多， 就会影响多晶硅的电子迀移率。 发明内容 鉴于现有技术存在的不足， 本发明提供了一种低温多晶硅薄膜的制备方法 ， 在采用准分子激光退火工艺制备低温多晶硅薄 膜时， 重结晶的起点和方向可控， 获得较大的多晶硅晶粒。 为了达到上述的目的， 本发明采用了如下的技术方案： 一种低温多晶硅薄膜的制备方法， 包括生长非晶硅薄膜层的步骤， 其中， 首先在所述非晶硅薄膜层上生长一氧化硅层； 然后在所述氧化硅层上制备多个 凹形弧面， 所述凹形弧面可使垂直照射于所述氧化硅层的 光束发生折射； 最后 采用准分子激光束从所述氧化硅层照射到所述 非晶硅薄膜层上， 使所述非晶硅 薄膜层结晶形成低温多晶硅薄膜。 其中， 该方法具体包括步骤：

( a ) 提供一基板， 在所述基板上制备一缓冲层；

( b ) 在所述缓冲层上制备一非晶硅薄膜层；

( c )在所述非晶硅薄膜层上制备一氧化硅层， 并通过刻蚀工艺在所述氧化 硅层上制备多个凹形弧面；

( d )采用准分子激光束从所述氧化硅层照射到所� �非晶硅薄膜层上， 使所 述非晶硅薄膜层结晶形成低温多晶硅薄膜。 其中， 该方法还包括步骤： 在结晶形成低温多晶硅薄膜后去除所述氧化硅 层。 其中， 所述凹形弧面阵列分布于所述氧化硅层。 其中， 相邻两个凹形弧面的距离为 300~600 μ πι。 其中， 所述凹形弧面的外周呈圆形， 直径为 10~20 μ πι _; 所述凹形弧面深度 为 150~200nm。 其中， 步骤 （b ) 中制备得到非晶硅薄膜层之后， 对所述非晶硅薄膜层进行 高温去氢处理。 其中， 所述缓冲层的材料为氧化硅。 本发明的另一方面是提供了一种低温多晶硅薄 膜， 采用如上所述的方法制 备得到。 本发明的另一方面是提供了一种低温多晶硅薄 膜晶体管， 包括： 基板， 形成于所述基板上的半导体层， 所述半导体层由如上所述的低温多晶硅薄 膜构成， 所述半导体层包括源极区、 漏极区以及位于所述源极区和漏极区之间 的沟道区； 栅绝缘层以及栅极， 依次形成于所述半导体层之上， 所述栅绝缘层用于隔 离所述栅极与所述半导体层， 所述栅极对应于所述沟道区的位置； 介电层， 形成于所述栅绝缘层以及栅极上方， 所述介电层中设置有第一过 孔和第二过孔， 源电极通过所述第一过孔与所述源极区连接， 漏电极通过所述 第二过孔与所述漏极区连接 有益效果： 本发明提供的低温多晶硅薄膜的制备方法， 在非晶硅薄膜层上生长具有多 个凹形弧面的氧化硅层； 采用准分子激光束照射使非晶硅薄膜层发生重 结晶时， 激光束在凹形弧面区域发生折射而使光束分散 ， 此时对应于凹形弧面下方的非 晶硅薄膜层的温度相对较低形成低温区； 而凹形弧面周边区域， 激光束垂直入 射到达非晶硅薄膜层形成高温区。 多晶硅重结晶时按照低能量向高能量方向结 晶， 低温向高温方向结晶， 因此在低温区形成结晶的起点， 向四周高温区生长 变大， 由此获得了方向可控且具有较大的多晶硅晶粒 的低温多晶硅薄膜。 由本 发明获得的低温多晶硅薄膜制备形成的晶体管 ， 具有很高的电子迀移率以及稳 定的电性能。 附图说明 图 1是本发明一实施例的低温多晶硅薄膜的制备� �法的工艺流程示意图。 图 2是本发明一实施例中在氧化硅层上制备的多� �凹形弧面的俯视图。 图 3是本发明一实施例中重结晶时晶粒生长的示� �性图示。 具体实施方式 如前所述，本发明的目的是解决现有技术中采 用准分子激光退火工艺制备 低温多晶硅薄膜时， 重结晶时的起点和方向是凌乱的， 导致结晶后晶粒偏小， 晶粒间晶界偏多的问题，提出了一种低温多晶 硅薄膜的制备方法， 在生长非晶硅 薄膜层之后， 首先在所述非晶硅薄膜层上生长一氧化硅层； 然后在所述氧化硅 层上制备多个凹形弧面， 所述凹形弧面可使垂直照射于所述氧化硅层的 光束发 生折射； 最后采用准分子激光束从所述氧化硅层照射到 所述非晶硅薄膜层上， 使所述非晶硅薄膜层结晶形成低温多晶硅薄膜 。 通过凹形弧面区域对激光束发 生折射而使光束分散，在非晶硅薄膜层上形成 低温区， 低温区的周围则为高温 区 （激光束不发生折射的区域）， 重结晶时在低温区形成结晶的起点， 向四周高 温区生长变大， 由此获得了方向可控且具有较大的多晶硅晶粒 的低温多晶硅薄 膜。 下面将对结合附图用实施例对本发明做进一步 说明。 参阅图 1-3，图 1是本实施例提供的低温多晶硅薄膜的制备方� �的工艺流程 示意图， 包括步骤：

( a)、 如图 la所示， 首先提供一基板 1， 在所述基板 1上制备一缓冲层 2; 所述基板 1为玻璃基板， 所述缓冲层 2的材料为氧化硅。

( b)、 如图 lb所示， 在所述缓冲层 2上制备一非晶硅薄膜层 3， 并对非晶 硅薄膜层 3进行高温去氢处理。

( c )如图 lc、 Id所示， 在所述非晶硅薄膜层 3上制备一氧化硅层 4， 并通 过刻蚀工艺在所述氧化硅层 4上制备多个凹形弧面 401，所述凹形弧面 401相当 于一凹透镜面， 可使垂直照射于所述氧化硅层 4 的光束发生折射。 在本实施例 中， 氧化硅层 4的厚度为 300nm， 如图 2所示， 所述凹形弧面 401阵列分布于所 述氧化硅层 4， 其中， 所述凹形弧面 401的外周呈圆形， 直径为 20 μ πι， 深度为 150nm (这里的深度是指凹形弧面 401最低点与氧化硅层 4表面的垂直距离）， 相邻两个凹形弧面 401的距离为 450 μ πι。 在另外的一些实施例中， 所述氧化硅 层 4的厚度比较优选的范围是 280~350nm，凹形弧面 401的直径可以设置为 10~20 μ πι之间， 凹形弧面 401的深度可以选择的范围是 150~200nm， 相邻两个凹形弧 面 401的间距可以设置为 300~600 μ πι之间。

( d) 如图 le所示， 采用准分子激光束 5从所述氧化硅层 4照射到所述非 晶硅薄膜层 3上， 使所述非晶硅薄膜层 3结晶形成低温多晶硅薄膜。 准分子激 光束 5垂直入射到氧化硅层 4上时， 在凹形弧面 401区域发生折射而使光束分 散， 此时对应于凹形弧面 401下方的非晶硅薄膜层 3的温度相对较低形成低温 区 301 ; 而凹形弧面 401周边区域， 准分子激光束 5垂直入射到达非晶硅薄膜层 3形成高温区 302。 多晶硅重结晶时按照低能量向高能量方向结晶 ， 低温向高温 方向结晶， 因此， 如图 3所示的示例性图示， 非晶硅薄膜层 3重结晶时， 在低 温区 301形成晶粒 6结晶的起点， 向四周高温区 302生长变大 （如附图 3中黑 色箭头的方向）， 由此获得了方向可控且具有较大的多晶硅晶粒 的低温多晶硅薄 膜。

( e )在非晶硅薄膜层 3重结晶完成后，去除氧化硅层 4 (附图中未标示出）。 可以选择通过刻蚀工艺去除。 按照以上方法制备得到的低温多晶硅薄膜， 具有很高的电子迀移率以及稳 定的电性能， 可用于制备薄膜晶体管， 特别是液晶显示器中的 TFT 阵列中的薄 膜晶体管。 下面介绍本发明提供的一种低温多晶硅薄膜晶 体管， 该晶体管包括: 基板、 半导体层、 栅绝缘层、 栅极、 介电层以及源电极和漏电极。 其中： 半导体层形成于所述基板上， 所述半导体层由前述方法制备得到的低温多 晶硅薄膜构成， 所述半导体层包括源极区、 漏极区以及位于所述源极区和漏极 区之间的沟道区； 栅绝缘层和栅极依次形成于所述半导体层之上 ， 所述栅绝缘 层用于隔离所述栅极与所述半导体层， 所述栅极对应于所述沟道区的位置； 所 述介电层形成于所述栅绝缘层以及栅极上方， 所述介电层中设置有第一过孔和 第二过孔， 源电极通过所述第一过孔与所述源极区连接， 漏电极通过所述第二 过孔与所述漏极区连接。 采用本发明提供的低温多晶硅薄膜制备液晶显 示器中的晶体管阵列， 晶体 管具有很高的电子迀移率以及稳定的电性能， 提高了液晶显示器的显示质量。 综上所述， 本发明提供的低温多晶硅薄膜的制备方法， 在非晶硅薄膜层上 生长具有多个凹形弧面的氧化硅层； 采用准分子激光束照射使非晶硅薄膜层发 生重结晶时， 激光束在凹形弧面区域发生折射而使光束分散 ， 此时对应于凹形 弧面下方的非晶硅薄膜层的温度相对较低形成 低温区； 而凹形弧面周边区域， 激光束垂直入射到达非晶硅薄膜层形成高温区 。 多晶硅重结晶时按照低能量向 高能量方向结晶， 低温向高温方向结晶， 因此在低温区形成结晶的起点， 向四 周高温区生长变大， 由此获得了方向可控且具有较大的多晶硅晶粒 的低温多晶 硅薄膜。 由本发明获得的低温多晶硅薄膜制备形成的晶 体管， 具有很高的电子 迀移率以及稳定的电性能。 需要说明的是， 在本文中， 诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将 一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开 来， 而不一定要求或者暗示这些 实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者 顺序。 而且， 术语 "包括"、 "包 含"或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的� �含， 从而使得包括一系列要素 的过程、 方法、 物品或者设备不仅包括那些要素， 而且还包括没有明确列出的 其他要素， 或者是还包括为这种过程、 方法、 物品或者设备所固有的要素。 在 没有更多限制的情况下， 由语句 "包括一个…… " 限定的要素， 并不排除在包 括所述要素的过程、 方法、 物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的普通 技术人员来说， 在不脱离本申请原理的前提下， 还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。