一种准分子激光退火后对多晶硅薄膜表面粗糙度进行改善的方法及装置与流程

本发明涉及多晶硅薄膜的制作工艺，具体涉及一种准分子激光退火(ELA)后对多晶硅薄膜表面粗糙度进行改善的方法及装置。

背景技术：

因手持式智慧型移动装置的崛起，对于面板萤幕的表现与品质要求越来越高。多晶硅薄膜(Poly film)是制作TFT的主要材料之一，广泛应用于液晶显示器的生产制造。

准分子激光退火(ELA)制备多晶硅薄膜的温度通常低于450℃，用普通TFT玻璃即可。这种方法获得的多晶硅薄膜的特性完全满足像素用TFT开关器件及周边驱动用TFT器件性能的要求。ELA制备多晶硅薄膜的过程为，采用准分子激光器产生的极紫外光照射单晶硅薄膜，单晶硅薄膜吸收极紫外光后温度升高并逐渐开始熔化成液态，最后进行冷却，形成多晶硅薄膜。ELA方法制备的多晶硅薄膜，其表面粗糙度较高，主要有以下三个原因：

(1)液态硅的密度为2.53g/cm³，固态硅的密度为2.3g/cm3，固化过程中体积膨胀，毛细作用推动液态硅在两个晶粒边界处隆起，造成结晶后呈突起状态；

(2)薄膜中的H成分在晶化时逸出，影响薄膜表面形貌；

(3)晶化过程中的气氛也会影响薄膜表面形貌，实验数据显示，氧气的存在，会导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，容易导致产品电性发散、屏幕上有线形图案、阈值电压范围大、产品的视觉效果不好等缺点。

为了增加液晶显示器的可靠度，满足目前主流产品制程设计的需求，需要对ELA后多晶硅薄膜的粗糙度进行严格控制。通常采用ELA多次扫描的方式来改善多晶硅薄膜的粗糙度。但由于ELA费用极高，导致该方法成本过高，并且直接用ELA来控制多晶硅薄膜的粗糙度是很难的，因为从熔化到冷却的过程中，多晶硅薄膜生长的环境温度差是不可控的，因而其温度差造成多晶硅薄膜非常粗糙，且粗糙度不可控。此外，该方法需要增购ELA机台与制程，导致生产时间长，生产成本高。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种准分子激光退火(ELA)后对多晶硅薄膜表面粗糙度进行改善的方法及装置。

本发明提供的一种准分子激光退火(ELA)后对多晶硅薄膜表面粗糙度进行改善的方法包括：经过一次ELA后，对多晶硅薄膜表面进行Ar离子植入。

根据本发明的优选实施方式，对多晶硅薄膜表面进行Ar离子植入的方法包括采用含有Ar离子的离子束对多晶硅薄膜表面进行轰击。

根据本发明的优选实施方式，获得所述离子束的方法包括通过灯丝来产生电子束，利用该电子束轰击离子源，以产生含有Ar离子的离子束。

根据本发明的优选实施方式，采用离子束对多晶硅薄膜表面进行轰击前，对所述的离子束中不同质量的离子进行分离，然后滤掉杂质离子。

根据本发明的优选实施方式，在植入Ar离子的同时，还向多晶硅薄膜表面植入金属元素。

根据本发明的优选实施方式，所述的金属元素为Cu或In。

本发明提供的一种ELA后对多晶硅薄膜表面粗糙度进行改善的装置包括电子束产生装置和离子源，电子束产生装置用于产生电子束，所述电子束用于轰击离子源，以产生含有Ar离子的离子束。

根据本发明的优选实施方式，所述电子束产生装置采用多个灯丝实现，所述多个灯丝均匀分布，且灯丝处于电场中。

根据本发明的优选实施方式，所述装置还可以包括质量分离磁场，所述质量分离磁场用于将离子源产生的不同质量的离子进行分离。

本发明突破了传统的方法，向多晶硅薄膜植入Ar离子，进一步，还可以植入金属成分。能够消除熔化形成的多晶硅薄膜表面高低起伏的波浪状凸起，使得多晶硅薄膜的晶粒尺寸及均匀度容易控制，且在微观下硅晶粒尺寸大小均匀且排列更有规则。经过Ar离子轰击的多晶硅薄膜，其粗糙度有了很大改善。而且Ar是惰性气体，对多晶硅薄膜的电性没有漂移影响。与采用ELA多次扫描的方式相比，采用本发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，经多次实验验证，多晶硅薄膜的粗糙度能够保持在一定数值，非常稳定；能够避免ELA多次扫描造成的薄膜变异，提高了良品率；不需要增购ELA机台与制程(不需要蚀刻器、蚀刻液以及蚀刻气体)，降低了生产成本。此外，本发明可以通过调整各个灯丝1的电流来控制Ar离子束的均匀度，因此该方法的均匀性非常好。此外，对多晶硅薄膜进行Ar离子植入后，不需其他制程，缩短了产品的生产时间，进一步降低了生产成本。本发明不仅可以用在LTPS产品上，也可以用在OLED、TFT、LCD以及AMOLED等产品上。

附图说明

图1为采用含有Ar离子的离子束对多晶硅薄膜表面进行轰击的示意图，其中Poly-Si表示多晶硅薄膜层，Oxide/SiNx表示氧化硅/氮化硅绝缘层，TFT表示薄膜晶体管，Cst表示TFT电容；

图2为采用多个灯丝产生离子束的示意图，其中1表示灯丝，2表示离子源，3表示质量分离磁场，4表示光束轮廓分析仪；

图3为采用光束轮廓分析仪探测Ar离子束的结构示意图，带箭头的曲线表示不同质量的离子束的分离方向，5表示离子源产生的离子束，6表示等离子液冷枪(PFG，Plasma floot Gun)，7表示双玻璃载具(Dual Platen)。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不受下述实施例限定。

实施例1：

如图1所示，在玻璃基板上形成氧化硅/氮化硅(Oxide/SiNx)绝缘层和多晶硅(Poly-Si薄膜层)，然后，对多晶硅薄膜层进行一次ELA扫描。之后，采用离子注入方法以含有Ar离子的离子束对多晶硅薄膜的表面进行轰击。

本实施例中，对经过一次ELA扫描之后的多晶硅薄膜进行Ar离子植入制程，即可完成ELA后对多晶硅薄膜表面粗糙度的改善。如图1所示，Ar离子植入是指将Ar离子注入到多晶硅薄膜内，利用Ar离子轰击来降低ELA扫描过程所产生的多晶硅薄膜的高低差。

本实施方式采用离子注入技术来改善多晶硅薄膜表面粗糙度。

离子注入技术又是近30年来在国际上蓬勃发展和广泛应用的一种材料表面改性高新技术。其基本原理是：用高能量的离子束入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能。此项高新技术由于其独特而突出的优点，已经在半导体材料掺杂，金属、陶瓷、高分子聚合物等的表面改性上获得了极为广泛的应用，取得了巨大的经济效益和社会效益。

高能离子注入有以下优势：

多样性：原则上任何元素都可以作为注入离子；形成的结构可不受热力学参数(扩散、溶解度等)限制；

不改变：不改变工件的原有尺寸和粗糙度等；适合于各类精密零件生产的最后一道工序；

牢固性：注入离子直接和材料表面原子或分子结合，形成改性层，改性层和基底材料没有清晰的界面，结合牢靠，不存在脱落的现象；

不受限：注入过程在材料温度低于零下、高到几百上千度都可以进行；可对那些普通方法不能处理的材料进行表面强化，如塑料、回火温度低的钢材等。

如图2和图3所示，采用灯丝1来产生电子束，利用该电子束轰击离子源2，以产生Ar离子束，将该Ar离子束注入到多晶硅薄膜基板上，经实验验证，多晶硅薄膜的粗糙度得到很好的改善，并且该多晶硅薄膜的电学特性没有任何改变。

但该Ar离子束中含有杂质离子，采用质量分离磁场3进行提纯。Ar离子束经过质量分离磁场3后路径发生改变，且不同质量的离子具有不同的路径，以此将不同质量的离子进行分离，以过滤掉大部分杂质离子。分离后的Ar离子束经过狭缝后进一步过滤，滤掉不需要的离子，只留下有用的离子。经过两次过滤后的Ar离子束纯度提高，将提纯后的Ar离子束入到多晶硅薄膜基板上，多晶硅薄膜的粗糙度得到进一步改善。

为了使多Ar离子束能够均匀的轰击多晶硅薄膜表面，使多晶硅薄膜表面各处的粗糙度保持一致，应该确保Ar离子束横截面上各处的能量保持一致。为此，采用多根可独立控制的灯丝1来产生电子束。如图3所示，经过提纯后的Ar离子束依次经过PFG 6和Dual Platen 7，平行入射到光束轮廓分析仪4的探测面，光束轮廓分析仪4能够显示入射的Ar离子束的截面能量分布情况，根据光束轮廓分析仪4的探测结果来判断Ar离子束的能量分布是否均匀，如果离子束的均匀度或能量不能满足要求，则分别调整通过各个灯丝1的电流，最终获得分布均匀的、且能量满足要求的离子束。

更优选的方式为，多根灯丝1均匀分布，以产生均匀分布的电子束，进而得到均匀分布的Ar离子束。

实施例2：

在实施例1的基础上，还可以植入一些金属成分到多晶硅薄膜内部，例如Cu或In等金属，经实验验证，同时植入Ar离子和金属成分的多晶硅薄膜比单独植入Ar离子的多晶硅薄膜的粗糙度更好。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。