本發(fā)明涉及多晶硅薄膜的制作工藝，具體涉及一種準(zhǔn)分子激光退火(ELA)后對(duì)多晶硅薄膜表面粗糙度進(jìn)行改善的方法及裝置。

背景技術(shù)：

因手持式智慧型移動(dòng)裝置的崛起，對(duì)于面板螢?zāi)坏谋憩F(xiàn)與品質(zhì)要求越來越高。多晶硅薄膜(Poly film)是制作TFT的主要材料之一，廣泛應(yīng)用于液晶顯示器的生產(chǎn)制造。

準(zhǔn)分子激光退火(ELA)制備多晶硅薄膜的溫度通常低于450℃，用普通TFT玻璃即可。這種方法獲得的多晶硅薄膜的特性完全滿足像素用TFT開關(guān)器件及周邊驅(qū)動(dòng)用TFT器件性能的要求。ELA制備多晶硅薄膜的過程為，采用準(zhǔn)分子激光器產(chǎn)生的極紫外光照射單晶硅薄膜，單晶硅薄膜吸收極紫外光后溫度升高并逐漸開始熔化成液態(tài)，最后進(jìn)行冷卻，形成多晶硅薄膜。ELA方法制備的多晶硅薄膜，其表面粗糙度較高，主要有以下三個(gè)原因：

(1)液態(tài)硅的密度為2.53g/cm³，固態(tài)硅的密度為2.3g/cm3，固化過程中體積膨脹，毛細(xì)作用推動(dòng)液態(tài)硅在兩個(gè)晶粒邊界處隆起，造成結(jié)晶后呈突起狀態(tài)；

(2)薄膜中的H成分在晶化時(shí)逸出，影響薄膜表面形貌；

(3)晶化過程中的氣氛也會(huì)影響薄膜表面形貌，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，氧氣的存在，會(huì)導(dǎo)致多晶硅薄膜的粗糙度增大。

采用粗糙度大的多晶硅薄膜制成LCD后，容易導(dǎo)致產(chǎn)品電性發(fā)散、屏幕上有線形圖案、閾值電壓范圍大、產(chǎn)品的視覺效果不好等缺點(diǎn)。

為了增加液晶顯示器的可靠度，滿足目前主流產(chǎn)品制程設(shè)計(jì)的需求，需要對(duì)ELA后多晶硅薄膜的粗糙度進(jìn)行嚴(yán)格控制。通常采用ELA多次掃描的方式來改善多晶硅薄膜的粗糙度。但由于ELA費(fèi)用極高，導(dǎo)致該方法成本過高，并且直接用ELA來控制多晶硅薄膜的粗糙度是很難的，因?yàn)閺娜刍嚼鋮s的過程中，多晶硅薄膜生長(zhǎng)的環(huán)境溫度差是不可控的，因而其溫度差造成多晶硅薄膜非常粗糙，且粗糙度不可控。此外，該方法需要增購(gòu)ELA機(jī)臺(tái)與制程，導(dǎo)致生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種準(zhǔn)分子激光退火(ELA)后對(duì)多晶硅薄膜表面粗糙度進(jìn)行改善的方法及裝置。

本發(fā)明提供的一種準(zhǔn)分子激光退火(ELA)后對(duì)多晶硅薄膜表面粗糙度進(jìn)行改善的方法包括：經(jīng)過一次ELA后，對(duì)多晶硅薄膜表面進(jìn)行Ar離子植入。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)多晶硅薄膜表面進(jìn)行Ar離子植入的方法包括采用含有Ar離子的離子束對(duì)多晶硅薄膜表面進(jìn)行轟擊。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，獲得所述離子束的方法包括通過燈絲來產(chǎn)生電子束，利用該電子束轟擊離子源，以產(chǎn)生含有Ar離子的離子束。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，采用離子束對(duì)多晶硅薄膜表面進(jìn)行轟擊前，對(duì)所述的離子束中不同質(zhì)量的離子進(jìn)行分離，然后濾掉雜質(zhì)離子。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，在植入Ar離子的同時(shí)，還向多晶硅薄膜表面植入金屬元素。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述的金屬元素為Cu或In。

本發(fā)明提供的一種ELA后對(duì)多晶硅薄膜表面粗糙度進(jìn)行改善的裝置包括電子束產(chǎn)生裝置和離子源，電子束產(chǎn)生裝置用于產(chǎn)生電子束，所述電子束用于轟擊離子源，以產(chǎn)生含有Ar離子的離子束。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述電子束產(chǎn)生裝置采用多個(gè)燈絲實(shí)現(xiàn)，所述多個(gè)燈絲均勻分布，且燈絲處于電場(chǎng)中。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述裝置還可以包括質(zhì)量分離磁場(chǎng)，所述質(zhì)量分離磁場(chǎng)用于將離子源產(chǎn)生的不同質(zhì)量的離子進(jìn)行分離。

本發(fā)明突破了傳統(tǒng)的方法，向多晶硅薄膜植入Ar離子，進(jìn)一步，還可以植入金屬成分。能夠消除熔化形成的多晶硅薄膜表面高低起伏的波浪狀凸起，使得多晶硅薄膜的晶粒尺寸及均勻度容易控制，且在微觀下硅晶粒尺寸大小均勻且排列更有規(guī)則。經(jīng)過Ar離子轟擊的多晶硅薄膜，其粗糙度有了很大改善。而且Ar是惰性氣體，對(duì)多晶硅薄膜的電性沒有漂移影響。與采用ELA多次掃描的方式相比，采用本發(fā)明所述的方法得到的多晶硅薄膜的粗糙度得到大幅度改善，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，多晶硅薄膜的粗糙度能夠保持在一定數(shù)值，非常穩(wěn)定；能夠避免ELA多次掃描造成的薄膜變異，提高了良品率；不需要增購(gòu)ELA機(jī)臺(tái)與制程(不需要蝕刻器、蝕刻液以及蝕刻氣體)，降低了生產(chǎn)成本。此外，本發(fā)明可以通過調(diào)整各個(gè)燈絲1的電流來控制Ar離子束的均勻度，因此該方法的均勻性非常好。此外，對(duì)多晶硅薄膜進(jìn)行Ar離子植入后，不需其他制程，縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)間，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。本發(fā)明不僅可以用在LTPS產(chǎn)品上，也可以用在OLED、TFT、LCD以及AMOLED等產(chǎn)品上。

附圖說明

圖1為采用含有Ar離子的離子束對(duì)多晶硅薄膜表面進(jìn)行轟擊的示意圖，其中Poly-Si表示多晶硅薄膜層，Oxide/SiNx表示氧化硅/氮化硅絕緣層，TFT表示薄膜晶體管，Cst表示TFT電容；

圖2為采用多個(gè)燈絲產(chǎn)生離子束的示意圖，其中1表示燈絲，2表示離子源，3表示質(zhì)量分離磁場(chǎng)，4表示光束輪廓分析儀；

圖3為采用光束輪廓分析儀探測(cè)Ar離子束的結(jié)構(gòu)示意圖，帶箭頭的曲線表示不同質(zhì)量的離子束的分離方向，5表示離子源產(chǎn)生的離子束，6表示等離子液冷槍(PFG，Plasma floot Gun)，7表示雙玻璃載具(Dual Platen)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不受下述實(shí)施例限定。

實(shí)施例1：

如圖1所示，在玻璃基板上形成氧化硅/氮化硅(Oxide/SiNx)絕緣層和多晶硅(Poly-Si薄膜層)，然后，對(duì)多晶硅薄膜層進(jìn)行一次ELA掃描。之后，采用離子注入方法以含有Ar離子的離子束對(duì)多晶硅薄膜的表面進(jìn)行轟擊。

本實(shí)施例中，對(duì)經(jīng)過一次ELA掃描之后的多晶硅薄膜進(jìn)行Ar離子植入制程，即可完成ELA后對(duì)多晶硅薄膜表面粗糙度的改善。如圖1所示，Ar離子植入是指將Ar離子注入到多晶硅薄膜內(nèi)，利用Ar離子轟擊來降低ELA掃描過程所產(chǎn)生的多晶硅薄膜的高低差。

本實(shí)施方式采用離子注入技術(shù)來改善多晶硅薄膜表面粗糙度。

離子注入技術(shù)又是近30年來在國(guó)際上蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用的一種材料表面改性高新技術(shù)。其基本原理是：用高能量的離子束入射到材料中去，離子束與材料中的原子或分子將發(fā)生一系列物理的和化學(xué)的相互作用，入射離子逐漸損失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化，從而優(yōu)化材料表面性能，或獲得某些新的優(yōu)異性能。此項(xiàng)高新技術(shù)由于其獨(dú)特而突出的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在半導(dǎo)體材料摻雜，金屬、陶瓷、高分子聚合物等的表面改性上獲得了極為廣泛的應(yīng)用，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

高能離子注入有以下優(yōu)勢(shì)：

多樣性：原則上任何元素都可以作為注入離子；形成的結(jié)構(gòu)可不受熱力學(xué)參數(shù)(擴(kuò)散、溶解度等)限制；

不改變：不改變工件的原有尺寸和粗糙度等；適合于各類精密零件生產(chǎn)的最后一道工序；

牢固性：注入離子直接和材料表面原子或分子結(jié)合，形成改性層，改性層和基底材料沒有清晰的界面，結(jié)合牢靠，不存在脫落的現(xiàn)象；

不受限：注入過程在材料溫度低于零下、高到幾百上千度都可以進(jìn)行；可對(duì)那些普通方法不能處理的材料進(jìn)行表面強(qiáng)化，如塑料、回火溫度低的鋼材等。

如圖2和圖3所示，采用燈絲1來產(chǎn)生電子束，利用該電子束轟擊離子源2，以產(chǎn)生Ar離子束，將該Ar離子束注入到多晶硅薄膜基板上，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，多晶硅薄膜的粗糙度得到很好的改善，并且該多晶硅薄膜的電學(xué)特性沒有任何改變。

但該Ar離子束中含有雜質(zhì)離子，采用質(zhì)量分離磁場(chǎng)3進(jìn)行提純。Ar離子束經(jīng)過質(zhì)量分離磁場(chǎng)3后路徑發(fā)生改變，且不同質(zhì)量的離子具有不同的路徑，以此將不同質(zhì)量的離子進(jìn)行分離，以過濾掉大部分雜質(zhì)離子。分離后的Ar離子束經(jīng)過狹縫后進(jìn)一步過濾，濾掉不需要的離子，只留下有用的離子。經(jīng)過兩次過濾后的Ar離子束純度提高，將提純后的Ar離子束入到多晶硅薄膜基板上，多晶硅薄膜的粗糙度得到進(jìn)一步改善。

為了使多Ar離子束能夠均勻的轟擊多晶硅薄膜表面，使多晶硅薄膜表面各處的粗糙度保持一致，應(yīng)該確保Ar離子束橫截面上各處的能量保持一致。為此，采用多根可獨(dú)立控制的燈絲1來產(chǎn)生電子束。如圖3所示，經(jīng)過提純后的Ar離子束依次經(jīng)過PFG 6和Dual Platen 7，平行入射到光束輪廓分析儀4的探測(cè)面，光束輪廓分析儀4能夠顯示入射的Ar離子束的截面能量分布情況，根據(jù)光束輪廓分析儀4的探測(cè)結(jié)果來判斷Ar離子束的能量分布是否均勻，如果離子束的均勻度或能量不能滿足要求，則分別調(diào)整通過各個(gè)燈絲1的電流，最終獲得分布均勻的、且能量滿足要求的離子束。

更優(yōu)選的方式為，多根燈絲1均勻分布，以產(chǎn)生均勻分布的電子束，進(jìn)而得到均勻分布的Ar離子束。

實(shí)施例2：

在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，還可以植入一些金屬成分到多晶硅薄膜內(nèi)部，例如Cu或In等金屬，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，同時(shí)植入Ar離子和金屬成分的多晶硅薄膜比單獨(dú)植入Ar離子的多晶硅薄膜的粗糙度更好。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。