多晶硅薄膜、薄膜晶体管的制作方法、设备、显示基板与流程

本发明涉及薄膜晶体管的制作领域，特别是指这一种多晶硅薄膜、薄膜晶体管的制作方法、设备、显示基板。

背景技术：

目前显示器上的薄膜晶体管最大的缺点在于漏电流过大。漏电流也可称为关态电流，通常无法被有效控制。特别是低温多晶硅薄膜晶体管，其漏电流值为非晶硅薄膜晶体管的几十甚至上百倍。

经统计发现，约有17％的低温多晶硅薄膜晶体管的良率下降来自于漏电流，而造成低温多晶硅薄膜晶体管漏电流偏大的原因是传统的制作工艺所制作的多晶硅会存在高密度的晶粒缺陷和晶界缺陷。

有鉴于此，当前亟需一种多晶硅薄膜的制作工艺，能够改善多晶硅的晶粒缺陷和晶界缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能够改善多晶硅的晶粒缺陷和晶界缺陷的技术方案。

为实现上述目的，一方面，本发明的实施例提供一种多晶硅薄膜的制作方法，包括：

在基板上沉积非晶硅薄膜；

对所述非晶硅薄膜进行晶化处理，得到由非晶硅薄膜转换成的多晶硅过渡薄膜；

使所述多晶硅过渡薄膜发生塑性形变，使所述多晶硅过渡薄膜存储形变能；

对具有形变能的多晶硅过渡薄膜进行激光退火处理，使所述多晶硅过渡薄膜在激光退火过程中，受形变能驱动以发生再结晶转换为多晶硅薄膜。

其中，对所述非晶硅薄膜进行晶化处理的步骤，包括：

采用准分子激光照射法，对所述非晶硅薄膜进行晶化处理，晶化温度为1400℃-1500℃。

其中，使所述多晶硅过渡薄膜发生塑性形变，包括：

使用轧辊对所述多晶硅过渡薄膜进行轧制处理，使所述多晶硅过渡薄膜发生塑性形变，所述轧辊的轧制压力为120mpa-170mpa，轧制温度为600℃-1400℃。

其中，对具有形变能的多晶硅过渡薄膜进行激光退火处理的步骤，包括：

采用准分子激光照射法，对具有形变能的多晶硅过渡薄膜进行退火处理，退火温度为600℃-1000℃。

另一方面，本发明的实施例还提供一种多晶硅薄膜的制作设备，包括：

沉积模块，用于在基板上沉积非晶硅薄膜；

晶化模块，用于对所述非晶硅薄膜进行晶化处理，得到由非晶硅薄膜转换成的多晶硅过渡薄膜；

塑性形变模块，用于使所述多晶硅过渡薄膜发生塑性形变，以使所述多晶硅过渡薄膜存储形变能；

退火模块，用于对具有形变能的所述多晶硅薄膜进行激光退火处理，使所述多晶硅过渡薄膜在激光退火过程中，受形变能驱动以发生再结晶转换为多晶硅薄膜。

使所述多晶硅薄膜转换为低温多晶硅薄膜。

其中，所述晶化模块以及所述退火模块均包括准分子激光照射装置，所述塑性形变模块包括轧辊。

其中，所述制作设备包括：

传输模块，用于将所述基板依次传输至所述晶化模块的准分子激光照射装置的照射位置、所述塑性形变模块的轧辊的轧制位置以及所述退火模块的准分子激光照射装置的照射位置。

其中，所述晶化模块的准分子激光照射装置通过照射将非晶硅薄膜加热至1400℃-1500℃，以使非晶硅薄膜转换成多晶硅过渡薄膜；

其中，在所述传输模块将所述基板依次传输至所述晶化模块的准分子激光照射装置的照射位置以及所述塑性形变模块的轧辊的轧制位置过程中，所述非晶硅薄膜完成多晶硅过渡薄膜的转换，且在所述基板传输至所述塑性形变模块的轧辊的轧制位置时，所述多晶硅过渡薄膜发生温降后的温度为600℃-1400℃。

其中，所述晶化模块的准分子激光照射装置的照射位置在所述传输模块的传输方向上与所述塑性形变模块的轧辊的轧制位置之间的距离为l1＝r+x1；

所述塑性形变模块轧辊的轧制位置在所述传输方向上与所述退火模块的准分子激光照射装置的照射位置之间的距离为l2＝r+x2；

其中，r为所述轧辊的半径，x1为0.3mm-5.0mm，x2为1.0mm-5.0mm，所述传输方向与所述轧辊的延伸方向垂直。

此外，本发明的实施例还提供一种薄膜晶体管的制作方法，包括：

采用如上所述的制作方法制作多晶硅薄膜，并利用所述多晶硅薄膜制作薄膜晶体管的有源层。

另一方面，本发明的实施例还提供一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管的有源层包括多晶硅薄膜，所述多晶硅薄膜采用如上所述的制作方法制作得到。

另一方面，本发明的实施例还提供一种显示基板，包括本发明提供的上述薄膜晶体管。

本发明的上述方案具有如下有益效果：

本发明先对非晶硅薄膜进行晶化处理，得到多晶硅过渡薄膜，该多晶硅过渡薄膜暂时会存在较大的晶粒缺陷和晶界缺陷，之后对多晶硅过渡薄膜进行塑性形变，以使多晶硅过渡薄膜内部存储形变能。最后对多晶硅过渡薄膜进行退火处理，使其内部的形变能激发，以驱动多晶硅过渡薄膜的晶粒再次发生结晶，最终形成多晶硅薄膜。经实践证明，本发明制作的多晶硅薄膜的晶粒尺寸细小均匀，从而显著降低了晶粒组织以及晶界的缺陷。若应用于制作薄膜晶体管的有源层，能够显著提高薄膜晶体管的载流子迁移率，并降低漏电流。

附图说明

图1为本发明实施例提供的多晶硅薄膜的制作方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的多晶硅薄膜的制作设备的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的多晶硅薄膜的制作设备的详细结构示意图；

图4为本发明实施例提供的多晶硅薄膜的制作设备中，晶化模块的照射位置、塑性形变模块的轧制位置以及退火模块的照射位置之间的关系示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、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。

针对现有的多晶硅薄膜的晶粒与晶界存在缺陷的问题，本发明提供一种解决方案。

一方面，本发明的实施例提供一种多晶硅薄膜的制作方法，如图1所示，该制作方法包括：

步骤11，在基板上沉积非晶硅薄膜；

步骤12，对非晶硅薄膜进行晶化处理，得到由非晶硅薄膜转换成的多晶硅过渡薄膜；

步骤13，使多晶硅过渡薄膜发生塑性形变，从而让多晶硅过渡薄膜存储形变能；

步骤14，对具有形变能的多晶硅过渡薄膜进行激光退火处理，使多晶硅过渡薄膜在激光退火过程中，受形变能驱动以发生再结晶转换为多晶硅薄膜。

基于本实施例提供的制作方法，先对非晶硅薄膜进行晶化处理，得到多晶硅过渡薄膜，该多晶硅过渡薄膜暂时会存在较大的晶粒缺陷和晶界缺陷，之后对多晶硅过渡薄膜进行塑性形变，以使多晶硅过渡薄膜内部存储形变能。最后对多晶硅过渡薄膜进行退火处理，使其内部的形变能激发，以驱动多晶硅过渡薄膜的晶粒再次发生结晶，最终形成多晶硅薄膜。经实践证明，本发明制作的多晶硅薄膜的晶粒尺寸细小均匀，从而显著降低了晶粒组织以及晶界的缺陷。若应用于制作薄膜晶体管的有源层，能够显著提高薄膜晶体管的载流子迁移率，并降低漏电流。

下面结合实际应用，对本实施例的制作方法进行详细介绍。

本实施例的制作方法的具体工艺过程包括：

步骤s1，在基板上形成非晶硅薄膜，包括：

在基板上沉积一层非晶硅半导体材料(如a-si)，在半导体材料上涂覆一层光刻胶，采用半色调或灰色调掩膜板对光刻胶进行曝光，使光刻胶形成光刻胶未保留区域和光刻胶保留区域，其中，光刻胶完全保留区域对应要形成的非晶硅薄膜的图形，光刻胶未保留区域对应非晶硅薄膜以外的区域；通过刻蚀工艺完全刻蚀掉光刻胶未保留区域的非晶硅半导体材料，形成非晶硅薄膜的图形。

步骤s2，对非晶硅薄膜进行晶化处理，包括：

采用准分子激光照射法ela，对非晶硅薄膜进行晶化处理，使非晶硅半导体材料转换为多晶硅半导体材料，其中晶化温度为1400℃-1500℃。

需要说明是，ela为现有工艺技术，本文不再进行赘述。

在本步骤完成后，可得到多晶硅过渡薄膜，该多晶硅过渡薄膜的晶化并不彻底，会残留较多的非晶硅半导体材料。

步骤s3，使多晶硅过渡薄膜发生塑性形变，包括：

使用轧辊对多晶硅过渡薄膜进行轧制处理，使多晶硅过渡薄膜发生塑性形变(膜层厚度应有2％-5％的形变量)，其中，轧辊的轧制压力和轧制温度可根据多晶硅过渡薄膜的材料进行合理设置。

现有技术中，多晶硅过渡薄膜的材料一般为a-si，a-si的形变压力在110mpa-130mpa这一区间内，因此本步骤中，轧辊的轧制压力应为120mpa-170mpa，轧制温度为600℃-1400℃。

步骤s4，对具有形变能的多晶硅过渡薄膜进行激光退火处理，包括：

采用准分子激光照射法，对具有形变能的多晶硅过渡薄膜进行退火处理，退火温度为600℃-1000℃。

在本步骤中，基于形变能的驱动，可保证更多尚未晶化的非晶硅材料转换为多晶硅材料，且经轧制后，晶粒分布相对均匀，因此最终得到的多晶硅薄膜在晶体和晶界上存在较小的缺陷。

另一方面，本发明的另一实施例还提供一种支持上述制作方法的制作设备，如图2所示，包括：

沉积模块21，用于在基板上沉积非晶硅薄膜；

晶化模块22，用于对非晶硅薄膜进行晶化处理，得到由非晶硅薄膜转换成的多晶硅过渡薄膜；

塑性形变模块23，用于使多晶硅过渡薄膜发生塑性形变，从而让多晶硅过渡薄膜存储形变能；

退火模块24，用于对具有形变能的多晶硅薄膜进行激光退火处理，使多晶硅过渡薄膜在激光退火过程中，受形变能驱动以发生再结晶转换为多晶硅薄膜。

显然，本实施例的制作设备与上述本发明提供的制作方法相对应，因此该制作方法所能实现的技术效果，本实施例的制作设备同样也能够实现。

下面解释实际应用，对本实施例的制作设备进行详细介绍。

作为示例性介绍，本实施例中，晶化处理和退火处理都需要进行高能量密度的加热，因此晶化模块22以及退火模块24可以使用准分子激光照射装置，其中，准分子激光照射装置为现有设备，能够在指定区域内发射出高密度的激光能，从而进行加热。

此外，多晶硅过渡薄膜为图层结构，为保证不破坏多晶硅过渡薄膜的结构，本实施例的塑性形变模块23包括轧辊，通过轧辊对多晶硅过渡薄膜进行轧制，从而保证多晶硅过渡薄膜在轧制后，以能够保持图层状结构，其图层厚度可以在2％-5％范围内适当变化。

其中，如图3所示，上述晶化模块22、塑性形变模块23、退火模块24依次排布。

本实施例的基板g可以通过传输模块25，依次传输至晶化模块22的准分子激光照射装置的照射位置、塑性形变模块23的轧辊的轧制位置以及退火模块24的准分子激光照射装置的照射位置。

为了提高制作效率，本实施例的制作设备可以让基板g在一次传输过程中，完成晶化处理、轧制处理以及激光退火处理。

即参考上文所提到的晶化处理的工艺，本实施例的晶化模块22的准分子激光照射装置通过照射将非晶硅薄膜加热至1400℃-1500℃，以使非晶硅薄膜转换成多晶硅过渡薄膜；

之后，在传输模块25将基板g依次传输至晶化模块22的准分子激光照射装置的照射位置以及塑性形变模块23的轧辊的轧制位置过程中，非晶硅薄膜完成多晶硅过渡薄膜的转换，且在基板g传输至塑性形变模块23的轧辊的轧制位置时，多晶硅过渡薄膜发生温降后的温度为600℃-1400℃。

之后，轧辊以120mpa-170mpa的轧制压力，对温度为600℃-1400℃的多晶硅过渡薄膜进行轧制，刚好符合上文所提到的轧制处理步骤的工艺条件。

在轧制处理后，基板g被传输模块25运输至退火模块24的准分子激光照射装置的照射位置，以完成相应的退火处理。

显然，为实现这一效果，晶化模块22的照射位置、塑性形变模块23的轧制位置以及退火模块24的照射位置之间的距离需要进行精确的设计。

如图4所示，假设晶化模块22的准分子激光照射装置的照射位置41在传输模块25的传输方向上与塑性形变模块23的轧辊的轧制位置42之间的距离为l1＝r+x1(r为轧辊的半径)；塑性形变模块轧辊的轧制位置42在传输方向上与退火模块的准分子激光照射装置的照射位置43之间的距离为l2＝r+x2；(r为所述轧辊的半径)

经反复实践后确定出，在传输方向与轧辊的延伸方向垂直时，当x1为0.3mm-5.0mm，x2为1.0mm-5.0mm，恰好能够在基板一次传输过程中，完成晶化处理、轧制处理以及激光退火处理。

以上是对本实施例的制作设备的示例介绍，在该基础之上，还可以作出若干改进和润饰。例如为了保证基板在晶化处理至轧制处理这一区间段内不发生较大幅度的降温，本实施例的制作设备还可以进一步设置保温模块，用于对基板进行适当的加热以维持一定的保温。该保温模块可以是光照方式或者热传递方式对基板进行加热。显然，上述类似的改进均不脱离本实施例的原理，因此也应视为本实施例的保护范围。

此外，本发明的另一实施例还提供一种薄膜晶体管的制作方法，包括:

采用本发明上文提供的制作方法制作多晶硅薄膜，并利用该多晶硅薄膜制作薄膜晶体管的有源层。

显然，本实施例制作出的薄膜晶体管具有低漏电流、高电子迁移率的优点，因此在应用于驱动显示装置进行显示时，能够保证显示画面的显示质量。在实际应用中，本实施例的制作方法特别适用于制作低温多晶硅薄膜晶体管，能够有效控制低温多晶硅薄膜晶体管的漏电流处于合理的范围区间内，从而保证产品的制作良率，对于生产厂商来讲，还能够降低生产成本。

此外，本发明的另一实施例还提供一种薄膜晶体管，该薄膜晶体管的有源层包括多晶硅薄膜，该多晶硅薄膜采用本发明上文提供的制作方法制作得到。

显然，本实施例的薄膜晶体管可以由本发明提供的薄膜晶体管的制作方法的制作，因此两者能够实现相同的技术效果。

此外，本发明的另一实施例还提供一种显示基板，包括有本发明提供的上述薄膜晶体管。由于本发明的薄膜晶体管具有较高的载流子迁移率以及较低的漏电流，因此显示基板能够更快、更稳定驱动画面，对于用户体验来讲，本实施例的显示装置具有较高的实用价值。

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。

在本发明各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用“包括”含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。附图中的模块连接关系并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的；且“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。