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CN107799398B - 多晶硅薄膜的制作方法、薄膜、晶体管、基板及激光设备 - Google Patents

多晶硅薄膜的制作方法、薄膜、晶体管、基板及激光设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多晶硅薄膜的制作方法、薄膜、晶体管、基板及激光设备。该方法包括：在一基板上形成缓冲层；在所述缓冲层上形成非晶硅层；采用第一波长的激光束对所述非晶硅层进行第一次准分子激光退火；对第一次准分子激光退火后的所述非晶硅层，采用第二波长的激光束进行第二次准分子激光退火，其中所述第二波长小于所述第一波长。本发明所述方法通过两次不同波长的准分子激光退火，能够解决采用现有技术准分子激光退火制作低温多晶硅薄膜，导致表面粗糙度较高及多晶硅晶粒不均匀的问题。

Description

多晶硅薄膜的制作方法、薄膜、晶体管、基板及激光设备
技术领域
本发明涉及低温多晶硅薄膜技术领域，尤其是指一种多晶硅薄膜的制作方法、薄膜、晶体管、基板及激光设备。
背景技术
有源矩阵有机发光二极体(Active-matrix organic light emitting diode，简称为AMOLED)凭据高画质、移动图像响应时间短、低功耗、宽视角及超轻超薄等优点，成为了未来显示技术的最好选择。目前AMOLED中，通常采用准分子激光退火(ELA)、固相晶化(SPC)或金属诱导晶化(MIC)等制作多晶硅层。其中通过准分子激光退火(ELA)工艺制作背板中晶体管有源层的多晶硅薄膜是唯一已经实现量产的方法。
准分子激光退火(ELA)工艺，是一种相对比较复杂的退火过程。采用现有技术准分子激光退火方法，在多晶硅薄膜的晶粒交汇的边界处，由于熔融硅和固态硅之间密度的不同，随着熔融硅的固化产生膨胀，产生与晶粒间界相关的凸起。例如，对于几十纳米厚度的多晶硅薄膜，将会出现几十纳米以上的波峰到波谷的最大高度差，已经达到与a-Si薄膜厚度同等级别的差异性，该种多晶硅固有的晶界凸起导致多晶硅薄膜表面粗糙度的明显增大，将产生较为严重的漏电流，使多晶硅薄膜的迁移率及阈值电压不均匀。
发明内容
本发明技术方案的目的是提供一种多晶硅薄膜的制作方法、薄膜、晶体管、基板及激光设备，解决采用现有技术准分子激光退火制作低温多晶硅薄膜，导致表面粗糙度较高及多晶硅晶粒不均匀的问题。
本发明具体实施例提供一种低温多晶硅薄膜的制作方法，其中，包括：
在一基板上形成缓冲层；
在所述缓冲层上形成非晶硅层；
采用第一波长的激光束对所述非晶硅层进行第一次准分子激光退火；
对第一次准分子激光退火后的所述非晶硅层，采用第二波长的激光束进行第二次准分子激光退火，其中所述第二波长小于所述第一波长。
优选地，所述的低温多晶硅薄膜的制作方法，其中，所述第一波长的激光束为波长为308nm的氯化氙XeCl激光，所述第二波长的激光束为波长为248nm的氟化氪KrF激光或者为波长为193nm的氟化氩ArF激光。
优选地，所述的低温多晶硅薄膜的制作方法，其中，当所述第一波长的激光束为波长为308nm的氯化氙XeCl激光时，所述采用第一波长的激光束对所述非晶硅层进行第一次准分子激光退火的步骤中，所述第一波长的激光束的脉冲频率为450Hz至550Hz、重叠率为92％至98％、扫描速率为4mm/s至16mm/s、激光能量密度为300mJ/cm2至500mJ/cm2、准分子激光脉冲时间为24纳秒～34纳秒。
优选地，所述的低温多晶硅薄膜的制作方法，其中，当所述第二波长的激光束为波长为248nm的氟化氪KrF激光时，所述采用第二波长的激光束进行第二次准分子激光退火的步骤中，所述第二波长的激光束的脉冲频率为5500Hz至6500Hz、扫描速率为100mm/s至300mm/s、激光能量密度为100mJ/cm2至200mJ/cm2、准分子激光脉冲时间为100纳秒至120纳秒。
优选地，所述的低温多晶硅薄膜的制作方法，其中，所述采用第一波长的激光束对所述非晶硅层进行第一次准分子激光退火的步骤之前，所述方法还包括：
在400℃至500℃的温度下，对所述非晶硅层进行0.5小时至3小时的高温处理。
优选地，所述的低温多晶硅薄膜的制作方法，其中，所述非晶硅层的厚度为30nm至60nm。
优选地，所述的低温多晶硅薄膜的制作方法，其中，在进行所述第一次准分子激光退火和所述第二次准分子激光退火时，所述基板处于同一密闭腔室中。
本发明具体实施例还提供一种低温多晶硅薄膜，其中，采用如上任一项所述的制作方法制成。
本发明具体实施例还提供一种薄膜晶体管，其中，所述薄膜晶体管的有源层采用如上所述的低温多晶硅薄膜。
本发明具体实施例还提供一种基板，其是，所述基板包括如上所述的薄膜晶体管。
本发明具体实施例还提供一种激光设备，用于如上任一项所述的低温多晶硅薄膜的制作方法，其中，所述激光设备包括：
第一激光输出模组，用于输出第一波长的激光束；
第二激光输出模组，用于输出第二波长的激光束。
优选地，所述的激光设备，其中，所述激光设备还包光路转换模组和激光头，所述第一激光输出模组和所述第二激光输出模组的激光束均依次通过所述光路转换模组和所述激光头输出。
本发明具体实施例上述技术方案中的至少一个具有以下有益效果：
本发明具体实施例所述低温多晶硅薄膜的制作方法，通过两次波长不同的准分子激光退火，使得低温多晶硅薄膜的激光退火后的多晶硅表面再次熔化，以降低晶粒间界的凸起，实现表面的平滑处理，解决现有技术低温多晶硅薄膜的表面粗糙度较高及多晶硅晶粒不均匀的问题。
附图说明
图1为本发明具体实施例所述低温多晶硅薄膜的制作方法的流程示意图；
图2为采用本发明具体实施例所述制成方法所制成低温多晶硅薄膜的结构示意图；
图3为本发明具体实施例所述激光设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明具体实施例所述低温多晶硅薄膜的制作方法，如图1所示，包括步骤：
S110，在一基板上形成缓冲层；
S120，在所述缓冲层上形成非晶硅层；
S130，采用第一波长的激光束对所述非晶硅层进行第一次准分子激光退火；
S140，对第一次准分子激光退火后的所述非晶硅层，采用第二波长的激光束进行第二次准分子激光退火，其中所述第二波长小于所述第一波长。
本发明具体实施例所述低温多晶硅薄膜的制作方法，在第一次准分子激光退火之后，采用比第一次准分子激光退火所采用第一波长更小的第二波长的激光束，再次进行第二次准分子激光退火，以对非晶硅层进行激光退火后获得的多晶硅表面进行浅层的长时间二次退火过程，诱发多晶硅薄膜近表面的熔化，实现表面的平滑处理，降低晶粒间界的凸起，从而解决现有技术低温多晶硅薄膜的表面粗糙度较高及多晶硅晶粒不均匀的问题。
本发明具体实施例中，较佳地，第一波长的激光束为波长为308nm的氯化氙XeCl激光，第二波长的激光束为波长为248nm的氟化氪KrF激光或者为波长为193nm的氟化氩ArF激光。
具体地，当第一波长的激光束为波长为308nm的氯化氙XeCl激光，步骤S130中，较佳地，第一波长的激光束的脉冲频率为450Hz至550Hz、重叠率为92％至98％、扫描速率为4mm/s至16mm/s、激光能量密度为300mJ/cm2至500mJ/cm2、准分子激光脉冲时间为24纳秒至34纳秒。
当第二波长的激光束为波长为248nm的氟化氪KrF激光时，步骤S140中，第二波长的激光束的脉冲频率为脉冲频率为5500Hz至6500Hz、扫描速率为100mm/s至300mm/s、激光能量密度为100mJ/cm2至200mJ/cm2、准分子激光脉冲时间为100纳秒至120纳秒。
除上述用于第一次准分子激光退火的第一波长的激光束和用于第二次准分子激光退火的第二波长的激光束的举例说明，当然，第一波长的激光束和第二波长的激光束也可以为其他类型的激光，例如第二波长的激光束也可以为波长为193nm的氟化氩ArF激光，只要能够达到两次准分子激光退火的波长不同，通过两次准分子激光退火，使得低温多晶硅薄膜的激光退火后的多晶硅表面再次熔化，以降低晶粒间界的凸起，实现表面的平滑处理的目的即可。
以下将以第一波长的激光束为波长为308nm的氯化氙XeCl激光，第二波长的激光束为波长为248nm的氟化氪KrF激光为例，对本发明具体实施例所述低温多晶硅薄膜的制作方法的具体过程进行详细说明。
采用本发明具体实施例所述低温多晶硅薄膜的制作方法，结合图1和图2，具体地，所述制作方法包括过程：
1)对玻璃基板101进行清行预清洗；
2)在玻璃基板101上形成缓冲层；
具体地，形成缓冲层的步骤包括：采用等离子体增强化学气相沉积PECVD方法依次在玻璃基板101上沉积氮化硅层102和二氧化硅层103。较佳地，氮化硅层102的厚度为50nm至150nm，二氧化硅层103的厚度为100nm至350nm。
3)在缓冲层上形成非晶硅层104；
较佳地，非晶硅层104的厚度为30nm至60nm。
4)在400℃至500℃的温度下，对非晶硅层104进行0.5小时至3小时的高温处理；
5)采用波长为308nm的氯化氙XeCl激光对高温处理后的非晶硅层104进行第一次准分子激光退火；
具体地，在第一次准分子激光退火过程中，激光脉冲频率为500Hz、重叠率为95％、扫描速率为10mm/s、激光能量密度为400mJ/cm2、准分子激光脉冲时间为24纳秒至34纳秒。
利用上述工艺参数的准分子激光退火过程，对非晶硅层104进行退火，获得低温多晶硅薄膜的多晶硅层。
6)对第一次准分子激光退火后的所述非晶硅层，采用波长为248nm的氟化氪KrF激光进行第二次准分子激光退火；
较佳地，上述第一次准分子激光退火过程和第二次准分子激光退火过程，在同一密闭腔室中执行，且在第一次准分子激光退火之后，将激光退火后的玻璃基板101留在第一次准分子激光退火时的密闭腔室内，继续进行第二次准分子激光退火，以避免与大气接触。
具体地，在第二次准分子激光退火过程中，激光束的脉冲频率为6000Hz、扫描速率为200mm/s、激光能量密度为150mJ/cm2、准分子激光脉冲时间为100纳秒至120纳秒。
上述的第二次准分子激光退火过程，充分利用氟化氪KrF激光的低能量、超长时间脉冲及高频率特点，对第一次准分子激光退火后的多晶硅表面进行浅层的长时间二次退火，使多晶硅表面的近表面部分熔化，实现晶化薄膜表面的平滑，避免低温多晶硅薄膜产生严重的漏电流，以及迁移率及阈值电压不均匀的问题。
基于上述过程的低温多晶硅薄膜的制作方法，可以获得粗糙度较低及晶粒均匀的多晶硅表面，解决采用现有技术准分子激光退火制作低温多晶硅薄膜，导致表面粗糙度较高及多晶硅晶粒不均匀的问题。
本发明具体实施例的另一方面还提供一种低温多晶硅薄膜，其中所述低温多晶硅薄膜采用上述任一项的制作方法制成。基于上述的详细描述，本领域技术人员应该了解采用上述制作方法所制成低温多晶硅薄膜的具体结构，在此不再赘述。
另外，本发明具体实施例的再一方面还提供一种薄膜晶体管，其中该薄膜晶体管的有源层采用上述的低温多晶硅薄膜。
进一步地，本发明具体实施例还提供一种基板，该基板包括采用上述制作方法所制成低温多晶硅薄膜的薄膜晶体管。
具体地，该基板可以应用于有源矩阵有机发光二极管显示器以及低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器。
根据以上的详细描述，本领域技术人员能够了解采用上述制作方法所制成低温多晶硅薄膜的薄膜晶体管和基板的具体结构，在此不再详细说明。
本发明具体实施例的再一方面还提供一种激光设备，用于如上低温多晶硅薄膜的制作方法，具体地，所述激光设备包括：
第一激光输出模组，用于输出第一波长的激光束；
第二激光输出模组，用于输出第二波长的激光束。
本发明具体实施例中，所述激光设备中，第一波长的激光束和第二波长的激光束可以由同一台激光设备输出，使得上述的低温多晶硅薄膜的制作方法两次的准分子激光退火过程，可以由同一台激光设备完成。这样，在执行完第一次准分子激光退火之后，可以即时地完成第二次准分子激光退火过程，保证上述制作方法执行的高效性。
较佳地，第一激光输出模组用于输出波长为308nm的氯化氙XeCl激光，第二激光输出模组用于输出波长为248nm的氟化氪KrF激光或者为波长为193nm的氟化氩ArF激光。
进一步地，根据图3，所述激光设备中，激光设备包括壳体200，其中第一激光输出模组210和第二激光输出模组220均设置于壳体200的内部。另外，激光设备还包括光路转换模组300，该光路转换模组300可以设置于壳体200的内部，或者与壳体200相连接。较佳地，第一激光输出模组210和第二激光输出模组220共用同一光路转换模组300。其中第一激光输出模组210所输出的第一波长的激光束和第二激光输出模组220所输出的第二波长的激光束均可以通过该光路转换模组300所输出。
进一步地，激光设备还可以包括一激光头400，与光路转换模组300相连接，较佳地，第一激光输出模组210所输出的第一波长的激光束和第二激光输出模组220所输出的第二波长的激光束均通过该激光头400所输出。
通过上述方式，所述激光设备中，第一波长的激光束和第二波长的激光束可以由同一台激光设备输出的同一激光头所输出，避免低温多晶硅薄膜的制作方法中两次准分子激光退火的激光头校正调整过程，使得准分子激光退火过程更简单。
本发明具体实施例所述低温多晶硅薄膜的制作方法，在第一次准分子激光退火之后，采用比第一次准分子激光退火所采用第一波长更小的第二波长的激光束，再次进行第二次准分子激光退火，以对非晶硅层进行激光退火后获得的多晶硅表面进行浅层的长时间二次退火过程，诱发多晶硅薄膜近表面的熔化，实现表面的平滑处理。
可以理解的是，第二次准分子激光退火可以不限于为一次，也可以采用第二波长的激光束进行至少两次第二次的准分子激光退火，或者采用第二波长的激光束进行至少一次的准分子激光退火之后，采用第三波长的激光束进行至少一次的准分子激光退火，第三波长小于第一波长，同样能够达到使多晶硅薄膜近表面再次熔化，实现平滑处理的目的。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种有源矩阵有机发光二极体AMOLED基板的低温多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，包括：
在一基板上形成缓冲层；
在所述缓冲层上形成非晶硅层；
采用第一波长的激光束对所述基板上形成的整个所述非晶硅层进行第一次准分子激光退火；
对第一次准分子激光退火后的整个所述非晶硅层，采用第二波长的激光束进行第二次准分子激光退火，其中所述第二波长小于所述第一波长；
其中，所述第一波长的激光束为波长为308nm的氯化氙XeCl激光，所述第二波长的激光束为波长为248nm的氟化氪KrF激光或者为波长为193nm的氟化氩ArF激光。
2.根据权利要求1所述AMOLED基板的低温多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，当所述第一波长的激光束为波长为308nm的氯化氙XeCl激光时，所述采用第一波长的激光束对所述非晶硅层进行第一次准分子激光退火的步骤中，所述第一波长的激光束的脉冲频率为450Hz至550Hz、重叠率为92％至98％、扫描速率为4mm/s至16mm/s、激光能量密度为300mJ/cm2至500mJ/cm2、准分子激光脉冲时间为24纳秒至34纳秒。
3.根据权利要求1所述AMOLED基板的低温多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，当所述第二波长的激光束为波长为248nm的氟化氪KrF激光时，所述采用第二波长的激光束进行第二次准分子激光退火的步骤中，所述第二波长的激光束的脉冲频率为5500Hz至6500Hz、扫描速率为100mm/s至300mm/s、激光能量密度为100mJ/cm2至200mJ/cm2、准分子激光脉冲时间为100纳秒至120纳秒。
4.根据权利要求1所述AMOLED基板的低温多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，所述采用第一波长的激光束对所述非晶硅层进行第一次准分子激光退火的步骤之前，所述方法还包括：
在400℃至500℃的温度下，对所述非晶硅层进行0.5小时至3小时的高温处理。
5.根据权利要求1所述AMOLED基板的低温多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，所述非晶硅层的厚度为30nm至60nm。
6.根据权利要求1所述AMOLED基板的低温多晶硅薄膜的制作方法，其特征在于，在进行所述第一次准分子激光退火和所述第二次准分子激光退火时，所述基板处于同一密闭腔室中。
7.一种低温多晶硅薄膜，其特征在于，采用权利要求1至6任一项所述的制作方法制成。
8.一种薄膜晶体管，其特征在于，所述薄膜晶体管的有源层采用权利要求7所述的低温多晶硅薄膜。
9.一种基板，其特征在于，所述基板包括权利要求8所述的薄膜晶体管。
10.一种激光设备，其特征在于，用于权利要求1至6任一项所述的低温多晶硅薄膜的制作方法，其中，所述激光设备包括：
第一激光输出模组，用于输出第一波长的激光束；
第二激光输出模组，用于输出第二波长的激光束；
其中，所述第一波长的激光束为波长为308nm的氯化氙XeCl激光，所述第二波长的激光束为波长为248nm的氟化氪KrF激光或者为波长为193nm的氟化氩ArF激光。
11.根据权利要求10所述的激光设备，其特征在于，所述激光设备还包光路转换模组和激光头，所述第一激光输出模组和所述第二激光输出模组的激光束均依次通过所述光路转换模组和所述激光头输出。
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