CN102403207B - 一种用于薄膜晶体管的多晶硅激光退火方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于薄膜晶体管的多晶硅激光退火方法，其包括下列步骤：1.提供一基板，在该基板上形成一非晶硅薄膜；2.提供一准分子激光发生器，其能发射出脉冲激光束，该脉冲激光束照射该非晶硅薄膜形成一照射区域，使得该照射区域处于熔融状态；3.基板平移一扫描间距，准分子激光器再次射出一脉冲激光束，该扫描间距在平均扫描间距的0.8～1.2倍范围内变化，且前后两次的扫描间距差值在平均扫描间距的0.1倍范围内；4.重复步骤3，直到完成整个基板的激光照射。扫描间距在平均扫描间距的0.8～1.2倍范围内变化，且前后差值在平均值的0.1倍范围内，这样既抑制了容易在准分子激光退火工艺中的产生的显示不匀，又不会导致薄膜晶体管特性的差异过大，从而提升了显示质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于薄膜晶体管的制作方法，尤其涉及一种低温多晶硅薄膜晶体管制备工艺中准分子激光退火的方法。
背景技术
在有机发光显示器中，都需配置开关来驱动，这些开关的配置可分为主动矩阵式与被动矩阵式两大类型，由于主动矩阵式的配置方式具有可连续发光以及低电压驱动等优点，所以近年来此种配置方式大幅地被应用于有机发光显示器中。在主动矩阵式的有机发光显示器中，其开关可以是薄膜晶体管(thinfilmtransistor，简称TFT)或薄膜二极管等，以薄膜晶体管来说，又可依沟道区的材质分为非晶硅(amorphoussilicon，简称a-Si)薄膜晶体管以及多晶硅(poly-silocon)薄膜晶体管，由于多晶硅薄膜晶体管相较于非晶硅薄膜晶体管其消耗功率小且电子迁移率大，因此逐渐受到市场的重视。
早期的多晶硅薄膜晶体管的制程温度高达摄氏1000度，因此基板材质的选择受到大幅的限制，不过，近来由于激光技术的发展，制程温度可降至摄氏600度以下，而利用此种制程方式所得的多晶硅薄膜晶体管又被称为低温多晶硅(lowtemperaturepoly-silicon，简称为LTPS)薄膜晶体管。目前大多采用准分子激光退火(excimerlaserannealing，简称ELA)的方法进行结晶化。
图1为目前激光晶化的示意图。准分子激光器2激发出脉冲激光束3，激光束3经过调节到达非晶硅膜5上时，非晶硅膜5吸收激光能量，瞬间达到1700℃的高温熔化，然后在冷却过程中重新进行结晶。激光束3宽度w大约为400μm。进行激光晶化时，激光光束3固定不动，基板1平移；或者调节激光光束3平移，基板1固定不动，每两个激光脉冲之间基板平移或激光光束平移的距离称为扫描间距(scanpitch)，图1中L1为扫描间距，每个扫描间距是相同的，一般扫描间距在10μm到20μm之间。如图2所示，下一个脉冲光束照射的区域和上一个脉冲照射的区域会有95％～97.5％的重叠(overlap)，这样就会使一个区域被连续照射20～40次。激光晶化时，不同的扫描间距会造成基板区域被照射的次数不同，不同的照射次数会导致晶粒大小不同，另外，晶粒大小还随激光脉冲能量的不同而变化。
使用准分子激光退火(ELA)的方法进行结晶化时，有机发光显示器(OLED)面板可能会产生条状显示不均(shotmura)，这主要是由于每个激光脉冲的能量变化所导致。激光脉冲能量的变化在1％～2％之间，不同的激光脉冲能量会使结晶后的晶粒大小不同，而晶粒大小不同会导致TFT的电学特性差异，包括迁移率(mobility)和阈值电压(Vth)。
如图3所示，当扫描方向垂直于信号线Vdd时，图3中VddB、VddG及VddR为信号线，如果同一Vdd线上薄膜晶体管(TFT)的迁移率和阈值电压与相邻Vdd线上TFT的迁移率和阈值电压，会由于激光脉冲能量的不同而不同，从而造成两条信号线Vdd线上的像素发光亮度不同，这种差别就会被认为是一条平行于信号线Vdd的线状显示不均(linemura或shotmura)。
如图4所示，如果扫描方向平行于Vdd线，图4中VddB、VddG及VddR为信号线，那么垂直于Vdd线的一行驱动晶体管和相邻一行驱动晶体管之间会由于激光脉冲能量的不同而造成其迁移率和阈值电压不同，从而导致相邻两行像素的发光亮度不同，这种差别就会被认为是一条垂直于信号线的线状显示不均(linemura或shotmura)。
亮度的不同是否能被认为是一条线状显示不均(linemura或shotmura)是由灰度的差别决定的。如果是256个灰阶的情况下，两个灰阶的差别就会被认为是一条线状显示不均。基本上很多准分子激光退火(ELA)中产生的显示不均都是由于这种微小的亮度差别造成的。
发明内容
为了解决目前低温多晶硅制备工艺中准分子激光退火方法中出现的有机发光显示器(OLED)面板条状显示不均的问题，有必要提供一种能抑制显示不匀，又不影响薄膜晶体管其他特性的低温多晶硅激光退火方法。
本发明提供一种用于薄膜晶体管的多晶硅激光退火方法，其包括下列步骤：1.提供一基板，在该基板上形成一非晶硅薄膜；2.提供一准分子激光发生器，其能发射出脉冲激光束，该脉冲激光束照射该非晶硅薄膜形成一照射区域，使得该照射区域处于熔融状态；3.基板平移一扫描间距，准分子激光器再次射出一脉冲激光束，该扫描间距在平均扫描间距的0.8～1.2倍范围内变化，且前后两次的扫描间距差值为平均扫描间距的0.1倍；4.重复步骤3，直到完成整个基板的激光照射。
与现有技术相比，本发明提供的激光退火方法，使得每次激光扫描的间距在平均扫描间距的0.8～1.2倍范围内随机改变，并控制两次扫描间距的变化值不超过平均扫描间距的0.1倍，这就避免了某一区域被激光照射的次数相对过多，而引起晶粒大小不同，导致薄膜晶体管的特性差异变大，而这样相邻的像素亮度相差±1个灰阶且随机分布，就无法被识别为一条线状显示不均。这是因为如果背景亮度非常均匀，人的眼睛将非常敏感，容易识别出小的差别；
而如果背景亮度随机的有±1个灰阶差别，就可以抑制大部分可以分辨出的ELAShotmura。
附图说明
图1为目前准分子激光晶化的示意图。
图2为目前激光扫描时扫描重叠区域与扫描间距的示意图。
图3为激光扫描方向平行与信号线的示意图。
图4为激光扫描方向垂直与信号线的示意图。
图5为本发明中准分子激光扫描的示意图。
图6为本发明中激光脉冲照射时扫面间距的示意图。
具体实施方式
为了更好地表达本发明的思想，下面结合图5和图6具体说明。
实施例一
该低温多晶硅的激光退火方法，其包括以下四个步骤：
1.提供一基板1，采用低压化学气相沉积(CVD)的方法在该基板1上先形成一缓冲层4，再沉积一非晶硅薄膜5。
该基板1为玻璃基板，该缓冲层4是二氧化硅和氮化硅共同组成的结构，以防止基板1内的杂质在后续工艺中扩散而影响多晶硅薄膜，缓冲层4和非晶硅薄膜5采用化学气相沉积的方法制成。
2.提供一准分子激光发生器2，其能发射出脉冲激光束3，该脉冲激光束3照射该非晶硅薄膜5形成一照射区域，使得该照射区域处于熔融状态；
当非晶硅薄膜5沉积到玻璃基板1上后，经过去氢退火后，使用准分子激光束3在优化的能量密度下进行照射，去氢处理是为了去除非晶硅里面含有氢分子杂质，防止引起氢爆现象。该准分子激光器2里发出的脉冲激光束3波长为308nm，宽度为400um。该脉冲激光束3是通过氯化氙(XeCl)分子受激发所形成，也可以是氟化氩(ArF)，氟化氪(KrF)或氟化氙(XeF)等分子受激发形成，这些混合物的波长都非常适合硅的晶化。脉冲激光束3照射在非晶硅薄膜5上，由于硅极强的紫外光吸收能力，薄膜表面吸收大量能量，在极短的时间内(约30～150ns)使非晶硅熔化结晶成多晶硅薄膜。
3.基板1平移一微小距离，准分子激光器2再次射出一脉冲激光束3，对基板1进行照射，该微小距离为扫描间距，如图5中L1～L8所示，该扫描间距是随机变化的，非固定值，在平均扫描间距的0.8～1.2倍范围内改变，并控制下一次的扫描间距与上一次的扫描间距差值不超过平均扫描间距的0.1倍。如果第一次扫描间距为平均扫描间距，设定值为20um，图5中L1所示，则以后每次扫描间距在16um～24um范围内变化，后一次扫描间距比前一次扫描间距增加或减少不超过2um，则图6中扫描间距L2～L8的值可以如下表所示：
| 扫描间距 | L1 | L2 | L3 | L4 | L5 | L6 | L7 | L8 |
| 长度(um) | 20 | 18 | 20 | 22 | 24 | 22 | 21 | 19 |
4.重复步骤3，直到完成整个基板的激光照射。准分子激光器2不断发射出激光束3，每次照射时基板1都平移一微小距离，该微小距离在平均扫描间距的0.8～1.2倍范围内随机变化，并控制下一次的扫描间距与上一次的扫描间距变化不超过平均扫描间距的0.1倍。若干次的照射后，完成整个玻璃基板1的激光晶化过程，将非晶硅基板转变成多晶硅基板。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于所述扫描间距在平均扫描间距的0.9～1.1倍范围内变化，其他与实施例相同。
如果扫描间距在平均扫描间距的0.9～1.1倍范围内改变，并控制下一次的扫描间距与上一次的扫描间距变化不超过平均扫描间距的0.1倍。假设平均扫描间距为20um，第1～8次的扫描间距值为20um、19um、20um、18um、20um、21um、22um、20um。
以上实施例中扫描间距仅是可能出现的，还有可能产生其他数值，只要满足扫描间距在设定的平均扫描间距的0.8～1.2倍范围内改变，并控制下一次的扫描间距与上一次的扫描间距差值不超过平均扫描间距的0.1倍即可。
本发明通过随机的改变扫描间距来抑制shotmura。
随机的改变扫描间距，由于晶粒大小取决于被激光脉冲照射的次数，使得不同区域的晶粒大小不同，导致TFT特性不同，这样背景亮度就不会太过均匀，使得人眼的敏感度下降，无法分辨微小的亮度差异，即线状显示不均(shotmura)。但是，如果每次扫描间距都相同，就会使被激光脉冲照射的次数有太大的变化，从而导致TFT特性过大的不同，使显示图片的质量下降。因此，扫描间距的变化范围应该在平均值的0.1倍内，这样即抑制了准分子激光退火的显示不均，又不会导致TFT特性的差异过大，降低显示质量。
将有机发光二极管(OLED)层沉积在薄膜晶体管(TFT)阵列之上，形成一个2.8寸有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示屏，像素为320X240X3，将显示屏点亮，结果显示准分子激光退火(ELA)的显示不均相比于原来有了很大的减弱
本实施例是激光器发出的激光束方向保持不变，玻璃基板平移，随机改变扫描间距，也可以保持玻璃基板不动，激光器发出的激光束平移，也可以是可能还有其他方式平移方式，因此本发明的保护范围应当以权利要求书所界定者为准。
Claims (6)
1.一种用于薄膜晶体管的多晶硅激光退火方法，其包括下列步骤：
(1)提供一基板，在该基板上形成一非晶硅薄膜；
(2)提供一准分子激光发生器，其能发射出脉冲激光束，该脉冲激光束照射该非晶硅薄膜形成一照射区域，使得该照射区域处于熔融状态；
(3)基板相对于准分子激光器平移一扫描间距，准分子激光器再次射出一脉冲激光束，该扫描间距是随机变化的，非固定值，该扫描间距在平均扫描间距的0.8～1.2倍范围内变化，且前后两次的扫描间距差值在平均扫描间距的0.1倍范围内：
(4)重复步骤(3)，直到完成整个基板的激光照射。
2.如权利要求1所述的用于薄膜晶体管的多晶硅激光退火方法，其特征在于：步骤(3)中基板平移一扫描间距，所述准分子激光器发出的激光脉冲方向固定不动。
3.如权利要求1所述的用于薄膜晶体管的多晶硅激光退火方法，其特征在于：步骤(3)中基板固定不动，所述准分子激光器调整激光脉冲方向平移一扫描间距。
4.如权利要求1所述的用于薄膜晶体管的多晶硅激光退火方法，其特征在于：步骤(3)中所述扫描间距在平均扫描间距的0.9～1.1倍范围内变化。
5.如权利要求1所述的用于薄膜晶体管的多晶硅激光退火方法，其特征在于：步骤(2)中所述激光束宽度大约为400μm。
6.如权利要求1所述的用于薄膜晶体管的多晶硅激光退火方法，其特征在于：步骤(3)中所述扫描间距介于10μm～20μm之间。
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