[發明專利]晶粒尺寸可控的多晶硅薄膜制備及檢測裝置

有效

• 申請號: 200810033938.8
• 申請日: 2008-02-27
• 公開（公告）號: CN101311344A
• 公開（公告）日: 2008-11-26
• 發明（設計）人: 樓祺洪;袁志軍;周軍;董景星;魏運榮;趙宏明
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B28/02;C30B33/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及多晶硅，特別是一種晶粒尺寸可控的多晶硅薄膜的制備及檢測裝置，用以快捷、實時地檢測多晶硅薄膜結晶晶粒的粒度，從而調整激光晶化所需的最佳能量密度。

背景技術

激光晶化作為低溫多晶硅(LTPS)技術的核心工藝，在液晶顯示(LCD)領域中有良好的應用前景。激光晶化的原理是用激光對低溫沉積的非晶硅薄膜掃描使其熔融，重新結晶成為多晶硅薄膜。與目前所用的非晶硅薄膜液晶面板相比，多晶硅薄膜液晶面板成本較為便宜，且具有更高的解析度，這是因為電子在多晶硅中的傳輸速度更快、品質更為優良，因而可以使薄膜電晶體的尺寸更小，增加顯示器的亮度并減少功率消耗。

目前比較常用的是準分子激光晶化(excimer?laser?crystallization)技術，可實現較大規模多晶硅薄膜的制備。但是該技術也有著很大的缺點，如設備昂貴、工藝的重復性較差、晶化度對能量密度變化敏感等。有研究表明，晶粒增大會使晶界缺陷減少，多晶硅薄膜器件的導電性能也得到提高。為了獲得更大晶粒、高質量的多晶硅薄膜，近來一些研究人員利用綠光激光器(主要是倍頻的釹激光)制備多晶硅薄膜，制作的薄膜晶體管性能已遠超出準分子激光晶化的水平。

如上所述，多晶硅薄膜的粒度對激光能量密度變化很敏感。而且由于準分子激光的輸出功率不穩定，導致形成的多晶硅薄膜的粒度明顯不均勻。這導致所制備的多晶硅薄膜不一定具有足夠大的晶粒尺寸，達不到遷移率要求從而被拋棄。

生產中需要一種客觀評估多晶硅薄膜的方法，用以測定多晶硅薄膜的粒度是否達到要求。傳統上利用高倍率的光學顯微鏡觀測薄膜表面粗糙度，但這種方法依賴于肉眼，不夠客觀精確。除此之外，掃描電子顯微鏡(SEM)圖像雖然是一種比較直觀的方法，由操作員對退火后的薄膜表面圖像直接觀測并進行評估。然而，由于這種檢測方法對薄膜具有破壞性，而且成本較高費時，所以主要用于科研實驗而不適用于產業。

發明內容

本發明的目的在于為了彌補上述現有技術的不足，提供一種晶粒尺寸可控的多晶硅薄膜的制備及檢測裝置，達到實時在線檢測多晶硅薄膜晶粒的大小，并隨之調整多晶化所需的激光最佳能量密度，有效地控制多晶硅薄膜的多晶硅的晶粒尺寸。

本發明的技術解決方案如下：

一種晶粒尺寸可控的多晶硅薄膜制備及檢測裝置，其特點是由激光源、分光器、光束整形系統、多晶硅薄膜基片、光學聚焦系統、受激拉曼光譜接收系統、拉曼數據分析并反饋系統和移動工作臺組成，各部件的位置關系如下：所述的多晶硅薄膜基片置于所述的移動工作臺上，所述的激光源輸出的激光束被分光器分成第一光束和第二光束，所述的第一光束經光束整形系統后掃描在移動工作臺上的多晶硅薄膜基片進行激光退火，所述的第二光束經所述的光學聚焦系統照射在經過激光退火的多晶硅薄膜基片，激發已退火的多晶硅的拉曼光譜并被所述的受激拉曼光譜接收系統接收，然后由拉曼數據分析并反饋系統進行數據處理并反饋至激光源控制激光源輸出激光的功率，以調整激光能量密度及其穩定性。

所述的光束整形系統把第一光束整形成為光強均勻分布的條狀光束。

所述的光學聚焦系統將第二光束聚焦于已退火的多晶硅薄膜，光斑尺寸0.5～1.5μm。

所述的激光源為脈沖激光器或連續激光器，波長范圍266～1064nm；

所述的第一光束與第二光束的分光比為95～80％∶5～20％。

所述的拉曼光譜接收系統對所述的激光源波長范圍的光譜接收靈敏，有較好的熒光屏蔽效果。

所述的拉曼數據分析及反饋系統是一臺計算機，對由拉曼光譜接收系統送入的數據進行數據處理，并根據處理的結果顯示相應的TO峰峰位、半高寬和晶粒大小，向激光源輸出相應的控制信號調整激光輸出功率。

所述的基片是玻璃基底。

本發明的原理是利用多晶硅薄膜拉曼光譜的特征參量與退火激光能量密度的對應關系，經由量化而得到一判斷指標，從而可以實時在線檢測晶粒的大小，并隨之調整多晶化所需的最佳能量密度。