準(zhǔn)分子激光退火裝置及低溫多晶硅薄膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種準(zhǔn)分子激光退火裝置和一種低溫多晶硅薄膜的制備方法。用于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的由于低溫多晶硅薄膜退火中退火時(shí)有效退火時(shí)間短，晶粒較小的問題。本發(fā)明的準(zhǔn)分子激光退火裝置，由于在待處理襯底遠(yuǎn)離所述非晶硅薄膜的一側(cè)設(shè)有加熱單元，用于對所述待處理襯底進(jìn)行加熱。該加熱單元在對待處理襯底進(jìn)行退火過程中將襯底加熱，減少待處理襯底與非晶硅薄膜之間的溫度差，激光照射在非晶硅薄膜產(chǎn)生的熱量不會快速的傳導(dǎo)至襯底，減緩非晶硅薄膜的溫度降低速度、延長了退火時(shí)間，有利于將熔化的非晶硅退火形成大晶粒的多晶硅薄膜；由于本發(fā)明的低溫多晶硅薄膜的制備方法采用該準(zhǔn)分子激光退火裝置，能夠獲得大晶粒的多晶硅薄膜，從而能夠得到遷移率較高的多晶硅薄膜晶體管。
【專利說明】準(zhǔn)分子激光退火裝置及低溫多晶硅薄膜的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及顯示【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種準(zhǔn)分子激光退火裝置及低溫多晶硅薄膜的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]有機(jī)電致發(fā)光顯示器憑據(jù)高畫質(zhì)、移動(dòng)圖像響應(yīng)時(shí)間短、低功耗、寬視角及超輕超薄等優(yōu)點(diǎn)，成為了未來顯示技術(shù)的最好選擇。目前有機(jī)電致發(fā)光顯示器中，背板技術(shù)中多晶硅層的制作可以采用準(zhǔn)分子激光退火，固相晶化，金屬誘導(dǎo)晶化等多種制作方法。而采用準(zhǔn)分子激光退火工藝，制備背板中晶體管的有源層的多晶硅薄膜是唯一已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的方法。
[0003]如圖1所示，準(zhǔn)分子激光退火裝置，包括位于上方的激光產(chǎn)生單元I和位于下方的工藝腔室2，激光產(chǎn)生單元I產(chǎn)生的激光在工藝腔室2中對待處理襯底21進(jìn)行退火處理，其中，待處理襯底21上布置有非晶硅薄膜23，待處理襯底21位于能夠在三維空間中運(yùn)動(dòng)的工作臺22上，通過工作臺22的運(yùn)動(dòng)完成激光對待處理襯底21上液晶分子的退火；工藝腔室2中充滿循環(huán)工藝氣體24，例如，可以是氮?dú)?；工作臺22設(shè)置與腔室基底25上，腔室基底25可以為大理石基底，另外工作臺22與外部控制單元(圖1中未示出)連接完成對工作臺22的控制。
[0004]在過去的準(zhǔn)分子激光退火工藝研究中，研究者一直致力于開發(fā)大晶粒的低溫多晶硅，以便能夠得到遷移率較高的低溫多晶硅晶體管。現(xiàn)有技術(shù)表明準(zhǔn)分子激光退火裝置的輸出波長、脈寬，能量分布及均勻性、能量密度、脈沖頻率，原始非晶硅膜的制備方法及其厚度、去氫方法，退火氣氛等因素，對結(jié)晶膜的質(zhì)量都有一定的影響。
[0005]但退火時(shí)間對形成大晶粒的低溫多晶硅影響較大，例如，如圖1所示，激光的照射下非晶硅薄膜23具有較高溫度(ΙΟΟΟ?以上)，但待處理襯底21的溫度較低(通常為室溫)，由于非晶硅薄膜23與待處理襯底21的直接接觸且兩者的溫度差較大，非晶硅薄膜23的熱量迅速傳導(dǎo)至待處理襯底21，并由待處理襯底21傳導(dǎo)至工作臺22，從而使非晶硅薄膜23的退火溫度快速降低，有效退火時(shí)間變短，難以形成較大晶粒的低分子多晶硅。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]解決上述問題所采用的技術(shù)方案是一種準(zhǔn)分子激光退火裝置，包括:激光產(chǎn)生單元和工藝腔室，在所述工藝腔室中設(shè)有工作臺，在所述工作臺上設(shè)有加熱單元。
[0007]優(yōu)選的是，所述加熱單元包括陶瓷加熱基板。
[0008]優(yōu)選的是，所述陶瓷加熱基板包括高溫共燒多層陶瓷基板或低溫共燒多層陶瓷基板。
[0009]優(yōu)選的是，所述陶瓷加熱基板包括:氧化鋁陶瓷基；布置于所述氧化鋁陶瓷基板中的鎢電阻；用于將所述鎢電阻與電源連接進(jìn)行供電的鎳絲引線。
[0010]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種低溫多晶硅薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0011]采用沉積的方法在襯底形成非晶硅薄膜；
[0012]對所述非晶硅薄膜進(jìn)行加熱；
[0013]采用準(zhǔn)分子激光退火裝的加熱單元將所述襯底加熱至預(yù)定溫度并保溫；
[0014]利用準(zhǔn)分子激光退火裝置對所述非晶硅薄膜進(jìn)行退火。
[0015]優(yōu)選的是，所述對所述非晶硅薄膜進(jìn)行加熱的步驟包括在400-500°C下，加熱0.5_3h。
[0016]優(yōu)選的是，所述預(yù)定溫度為500-600°C。
[0017]優(yōu)選的是，所述的退火包括:激光束照射并掃描該非晶硅薄膜，將所述非晶硅薄膜熔化，并使非晶硅薄膜重新結(jié)晶形成多晶硅晶粒。
[0018]優(yōu)選的是，所述退火條件為:采用氯化氙激光器，波長為308nm，激光脈沖頻率為500Hz，重疊率為92-98%，激光掃描速率為4-16mm/s，激光能量密度為300-500mJ/cm2。
[0019]本發(fā)明的準(zhǔn)分子激光退火裝置，由于在工作臺上設(shè)有加熱單元，該加熱單元在對待處理襯底進(jìn)行退火過程中將襯底加熱，減少待處理襯底與非晶硅薄膜之間的溫度差、激光照射在非晶硅薄膜產(chǎn)生的熱量不會快速的傳導(dǎo)至襯底，減緩非晶硅薄膜的溫度降低速度、延長了退火時(shí)間，有利于將熔化的非晶硅退火形成大晶粒的多晶硅薄膜；由于本發(fā)明的低溫多晶硅薄膜的制備方法采用該準(zhǔn)分子激光退火裝置，能夠獲得大晶粒的多晶硅薄膜，從而能夠得到遷移率較高的多晶硅薄膜晶體管。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中準(zhǔn)分子激光退火裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例2中準(zhǔn)分子激光退火裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1或2中待處理玻璃襯底上各功能層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]附圖標(biāo)記說明:
[0024]1.激光產(chǎn)生單元；2.工藝腔室；21.待處理襯底(玻璃襯底)；22.工作臺；23.非晶硅薄膜；24.工藝氣體；25.腔室基底；26.加熱單元；27.氮化硅層；28.二氧化硅層。

【具體實(shí)施方式】
[0025]為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0026]實(shí)施例1:
[0027]如圖2所示，本實(shí)施例提供一種準(zhǔn)分子激光退火裝置，包括:激光產(chǎn)生單元I和工藝腔室2，在所述工藝腔室2中設(shè)有工作臺22，在所述工作臺22上設(shè)有加熱單元26。
[0028]如圖3所示，待處理襯底21包括設(shè)置在緩沖層上的非晶硅薄膜23 ;緩沖層包括從自待處理襯底21表面依次設(shè)置的氮化硅層27和二氧化硅層28。
[0029]將待處理襯底21放置于工作臺22上進(jìn)行退火時(shí)，由于在工作臺22設(shè)有加熱單元26，該加熱單元26在對待處理襯底21進(jìn)行退火過程中將待處理襯底21加熱，減少待處理襯底21與非晶硅薄膜23之間的溫度差，激光照射(如圖2中箭頭所示的光路)在非晶硅薄膜23產(chǎn)生的熱量不會快速的傳導(dǎo)至襯底，減緩非晶硅薄膜23的溫度降低速度、延長了退火時(shí)間，有利于將熔化的非晶硅退火形成大晶粒的多晶硅薄膜。
[0030]加熱單元26與待處理襯底21直接接觸對其加熱，保證熱量有效傳導(dǎo)。
[0031]應(yīng)當(dāng)理解的是，也就是說當(dāng)加熱單元26對襯底進(jìn)行加熱應(yīng)當(dāng)保證襯底不至于軟化，無法支撐在其表面設(shè)置的功能層。
[0032]優(yōu)選的，所述襯底可以包括玻璃襯底或石英襯底，所述加熱溫度為500-600°C，保證所述襯底不被熔化。
[0033]所述工作臺22設(shè)置于腔室基底25上，并在工藝腔室2中通入循環(huán)的工藝氣體24，例如，氮?dú)狻?br> [0034]優(yōu)選的，所述加熱單元26包括陶瓷加熱基板。應(yīng)當(dāng)理解的是，現(xiàn)有技術(shù)中的其它類型的加熱單元26也是可適用的，只要能對待處理襯底21進(jìn)行加熱即可。
[0035]優(yōu)選的，所述陶瓷加熱基板包括高溫共燒多層陶瓷基板或低溫共燒多層陶瓷基板。應(yīng)當(dāng)理解的是，其它類型的陶瓷加熱基板也是可行的，例如，高溫熔合陶瓷基板、直接接合銅基板、直接鍍銅基板等。陶瓷加熱基板的制備方法為現(xiàn)有技術(shù)范疇在此不再一一贅述。
[0036]加熱陶瓷基板主要包括氧化鋁陶瓷基；布置于所述氧化鋁陶瓷基板中的鎢電阻；用于將所述鎢電阻與電源連接進(jìn)行供電的鎳絲引線。加熱陶瓷基板在通電后發(fā)熱。在激光照射之前，陶瓷加熱基板通電對玻璃襯底進(jìn)行加熱。加熱陶瓷基板具有通電后陶瓷基板發(fā)熱而不帶電、且無明火、熱效率高等優(yōu)點(diǎn)。加熱溫度可達(dá)500-600°C，適用于對玻璃襯底進(jìn)行加熱，從而抑制晶硅薄膜23在激光照射后快速散熱。
[0037]優(yōu)選的，所述激光產(chǎn)生單元I包括氯化氙，氟化氪，氟化氬激光器中的任意一種。只要能將非晶硅薄膜23進(jìn)行熔化并進(jìn)行退火形成大晶粒的多晶硅薄膜即可。
[0038]實(shí)施例2
[0039]如圖3和圖2所示，本實(shí)施例提供一種低溫多晶硅薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0040]采用沉積的方法在襯底形成非晶硅薄膜；
[0041]對所述非晶硅薄膜進(jìn)行加熱；
[0042]采用準(zhǔn)分子激光退火裝的加熱單元將所述襯底加熱至預(yù)定溫度并保溫；
[0043]利用準(zhǔn)分子激光退火裝置對所述非晶硅薄膜進(jìn)行退火。
[0044]由于將襯底進(jìn)行加熱，然后對非晶硅薄膜進(jìn)行退火時(shí)，熔化后的非晶硅熱量不會快速地傳導(dǎo)至襯底，導(dǎo)致熔化后的非晶硅溫度快速下降，造成退火時(shí)間不足，無法形成大晶粒的多晶硅薄膜。
[0045]上述方法在生產(chǎn)過程中容易操作，工藝過程簡潔并且不耗費(fèi)原料。通過增大多晶硅晶粒的尺寸，最后能夠得到遷移率較高的多晶硅薄膜晶體管。
[0046]具體地，如圖3所示，本實(shí)施例中采用氯化氙準(zhǔn)分子激光退火裝置對非晶硅(a-Si)進(jìn)行退火，從而得到多晶硅薄膜。應(yīng)當(dāng)理解的是，氟化氪，氟化氬等準(zhǔn)分子激光器也是可以的。
[0047]具體步驟:
[0048]I)對玻璃襯底21進(jìn)行預(yù)清洗；
[0049]第一步，先將玻璃襯底21放入雙氧水中超聲清洗3分鐘；
[0050]第二步，將玻璃襯底21放入超純水中超聲8分鐘；雙氧水的質(zhì)量百分比濃度為10%,
[0051]第三步，將玻璃襯底21放入丙酮中超聲6分鐘；
[0052]第四步，將玻璃襯底21放入乙醇中超聲7分鐘；
[0053]第五步，用氬氣將玻璃襯底21吹干；
[0054]第六步，用干凈的絲綢擦拭玻璃襯底21表面；
[0055]第七步，將玻璃襯底21放在潔凈烘箱中烘烤8分鐘，烘烤溫度為60°C。
[0056]第八步，將玻璃襯底21放入等離子體清洗器清洗5分鐘，完成清洗。
[0057]2)在玻璃襯底21之上制作薄膜層，薄膜層的具體制作過程為:采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法沉積緩沖層，該緩沖層包括氮化硅層27和二氧化硅層28，先沉積50-150nm的氮化娃層27,再沉積100_350nm的二氧化娃層28,之后沉積30_60nm的非晶娃薄膜23。完成非晶硅薄膜23的沉積后，于400-500°C的溫度下，對非晶硅薄膜23進(jìn)行0.5-3小時(shí)的加熱處理。
[0058]3)如圖2所示，將上述玻璃襯底21置于本發(fā)明的激光退火裝置中，加熱單元26即高溫共燒多層陶瓷基板通電加熱，將玻璃襯底21加熱500-600°C，并保持該溫度至退火結(jié)束。
[0059]4)開通激光產(chǎn)生單元I產(chǎn)生激光；通過如圖2所示的光路照射在玻璃襯底21上，激光束(圖2中箭頭所示)照射并掃描該非晶硅薄膜23，將所述非晶硅薄膜23熔化，并使其重新結(jié)晶形成多晶硅晶粒。
[0060]退火條件為:采用氯化氙激光器,波長為308nm，激光脈沖頻率為500Hz，重疊率為92-98%，激光掃描速率為4-16mm/s，激光能量密度為300-500mJ/cm2。
[0061]應(yīng)當(dāng)理解的是，上述激光退火的條件可以根據(jù)具體的應(yīng)用情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0062]經(jīng)過上述方法制備的多晶硅的晶粒直徑為500nm ;若不設(shè)置加熱單元26，在相同條件下退火制備的就多晶硅的晶粒直徑為300nm ;可見，上述的加熱單元26能夠有效的延長退火時(shí)間，獲得大晶粒的多晶硅薄膜層，上述的大晶粒的多晶硅薄膜層可以作為薄膜晶體管的有源層，從而得到遷移率較高的多晶硅薄膜晶體管。
[0063]低溫多晶硅薄膜晶體管，適用于有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管顯示器及低溫多晶硅薄膜晶體管液晶顯示器等領(lǐng)域。
[0064]可以理解的是，以上實(shí)施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種準(zhǔn)分子激光退火裝置，包括:激光產(chǎn)生單元和工藝腔室，在所述工藝腔室中設(shè)有工作臺，其特征在于，在所述工作臺上設(shè)有加熱單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)分子激光退火裝置，其特征在于，所述加熱單元包括陶瓷加熱基板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的準(zhǔn)分子激光退火裝置，其特征在于，所述陶瓷加熱基板包括高溫共燒多層陶瓷基板或低溫共燒多層陶瓷基板。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的準(zhǔn)分子激光退火裝置，其特征在于，所述陶瓷加熱基板包括:氧化鋁陶瓷基；布置于所述氧化鋁陶瓷基板中的鎢電阻；用于將所述鎢電阻與電源連接進(jìn)行供電的鎳絲引線。
5.一種低溫多晶硅薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 采用沉積的方法在襯底形成非晶硅薄膜； 對所述非晶硅薄膜進(jìn)行加熱； 采用準(zhǔn)分子激光退火裝的加熱單元將所述襯底加熱至預(yù)定溫度并保溫； 利用準(zhǔn)分子激光退火裝置對所述非晶硅薄膜進(jìn)行退火。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述低溫多晶硅薄膜的制備方法，其特征在于，所述對所述非晶硅薄膜進(jìn)行加熱的步驟包括在400-500°C下，加熱0.5-3h。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述低溫多晶硅薄膜的制備方法，其特征在于，所述預(yù)定溫度為500-600。。。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述低溫多晶硅薄膜的制備方法，其特征在于，所述的退火包括:激光束照射并掃描該非晶硅薄膜，將所述非晶硅薄膜熔化，并使非晶硅薄膜重新結(jié)晶形成多晶娃晶粒。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述低溫多晶硅薄膜的制備方法，其特征在于，所述退火條件為:采用氯化氙激光器，波長為308nm，激光脈沖頻率為500Hz，重疊率為92-98 %，激光掃描速率為4-16mm/s，激光能量密度為300-500mJ/cm2。
【文檔編號】H01L21/268GK104392913SQ201410533019
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】田雪雁 申請人:京東方科技集團(tuán)股份有限公司