CN101325246A

CN101325246A - 有机发光二极管低温多晶硅制造方法与激光退火结晶系统

Info

Publication number: CN101325246A
Application number: CN 200710075056
Authority: CN
Inventors: 王世昌; 黄荣龙
Original assignee: Innolux Shenzhen Co Ltd; Innolux Display Corp
Current assignee: Innolux Shenzhen Co Ltd; Innolux Corp
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2027-06-15
Also published as: CN101325246B

Abstract

本发明涉及一种有机发光二极管低温多晶硅制造方法与激光退火结晶系统。该制造方法包括：提供一表面覆盖一非晶硅层且具有多个区域的试片；对试片使用具有不同能量密度的激光光束分别照射各区域，生成不同晶粒大小的多晶硅；生成一能量密度与晶粒大小的二维曲线图，该曲线图包括一晶粒随能量密度增大而增大的上升段；选取上升段中一预定段对应的能量密度区间，检测相应区域是否有干涉条纹产生；选取无干涉条纹产生区域，生成薄膜晶体管；量测其电子迁移率，选取电子迁移率不小于10cm²/v·s对应的能量密度作为制成该有机发光二极管的最佳激光能量密度。该有机发光二极管低温多晶硅制造方法与该激光退火结晶系统可有效降低干涉条纹的产生。

Description

有机发光二极管低温多晶硅制造方法与激光退火结晶系统

技术领域

本发明涉及一种低温多晶硅制造方法与激光退火结晶系统，特别涉及一种有机发光二极管(Organic Light EmittingDiode，OLED)低温多晶硅制造方法与激光退火结晶系统。

背景技术

有机发光二极管又称有机电激发光显示器(Organic ElectroLuminescence Display)，其是一种高效的光电子转换装置，因具有自发光、广视角、高响应速度、可挠曲及高亮度等优点而倍受业界观注。

有机发光二极管按照驱动方式可划分为主动式有机发光二极管(Active Matrix Organic Light Emitting Diode，AMOLED)和被动式有机发光二极管(Passive Matrix Organic Light EmittingDiode，PMOLED)。主动式有机发光二极管是利用形成在透明绝缘基板上的薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)阵列控制其有机发光层的发光状态。由于低温多晶硅(Low TemperaturePoly-silicon，LTPS)与非晶硅(Amorphous Silicon)相比，其具有更高的电子迁移率(Mobility)，业界常利用准分子激光退火结晶法(Excimer Laser Annealing Crystallization)形成低温多晶硅，以便后续形成所需的薄膜晶体管结构。

请参阅图1，是一种现有技术利用准分子激光退火方法制造有机发光二极管低温多晶硅的示意图。该有机发光二极管低温多晶硅制造方法包括如下步骤：步骤S10，提供一透明绝缘基板100，该透明绝缘基板100的材料可为玻璃或石英；步骤S20，清洗该透明绝缘基板100；步骤S30，沉积一非晶硅薄膜110在该透明绝缘基板100表面，沉积方法可为等离子增强式化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)；步骤S40，利用一准分子激光退火装置200生成的激光束照射并扫描该非晶硅薄膜110，从而将该非晶硅薄膜110熔化并使其重新结晶成为多晶硅晶粒120。

利用上述准分子激光退火方法形成该低温多晶硅晶粒120后，其结晶品质将直接影响其后形成低温多晶硅薄膜晶体管的特性。通常，结晶品质主要受以下二项因素影响：一为非晶硅薄膜110的膜厚；另一为准分子激光束的激光能量密度(LaserEnergy Density)。随着薄膜晶体管设计不同或非晶硅成膜工艺反应条件的差异，进行准分子激光退火制程的各批次非晶硅薄膜110的膜厚也有所不同，因此在进行准分子激光退火制程时控制激光能量密度成为关键。

但是，由于业界在制造有机发光二极管的多晶硅晶粒120时，是仿效技术成熟的液晶显示器低温多晶硅制造方法，因此在选取激光能量密度时也选用与液晶显示器制造工艺中相同的标准激光能量密度区间，其虽然能够获得晶粒最大且均匀性最佳的多晶硅晶粒120，然而由于有机发光二极管为自发光元件，其在生成低温多晶硅时较液晶显示器更易导致与加重干涉条纹(Streak Mura)的产生，从而影响显示品质。

发明内容

为了解决现有技术有机发光二极管低温多晶硅易产生干涉条纹的问题，有必要提供一种可降低干涉条纹的有机发光二极管低温多晶硅制造方法。

另外，为了解决现有技术有机发光二极管低温多晶硅易产生干涉条纹的问题，也有必要提供一种可降低干涉条纹的激光退火结晶系统。

一种有机发光二极管低温多晶硅制造方法，其包括：提供一试片，该试片表面覆盖一非晶硅薄膜，且将其划分为多个区域；对该试片执行一激光退火程序，并使用具有不同激光能量密度的激光光束分别照射不同区域，从而生成不同晶粒大小的多晶硅；生成一激光能量密度与晶粒大小的二维曲线图，该曲线图包括一多晶硅晶粒随激光能量密度增大而增大的上升段；选取曲线上升段中的一预定曲线段所对应的激光能量密度区间，检测该激光能量密度区间是否有干涉条纹产生；选取无干涉条纹产生的区域，生成低温多晶硅薄膜晶体管；量测该低温多晶硅薄膜晶体管的电子迁移率，选取电子迁移率不小于10cm²/v·s的区域所对应的激光能量密度区间作为后续制成有机发光二极管低温多晶硅的最佳激光能量密度区间。

一种激光退火结晶系统，其用来制造一有机发光二极管低温多晶硅，包括一激光退火装置、一检测装置、一数据处理器、一光源产生器及一电子迁移率测量装置。该激光退火装置依据内部存储的激光退火程序扫描一具有一非晶硅薄膜的透明绝缘基板，从而使该非晶硅转化为多晶硅晶粒，该激光退火程序用来设定激光退火装置的激光能量密度。该检测装置用来检测形成多晶硅的晶粒大小。该数据处理器记录不同激光能量密度下的晶粒大小，并生成一激光能量密度与晶粒大小的二维曲线图。该光源产生器照射不同能量密度下形成有多晶硅晶粒的透明绝缘基板，用来判断是否有干涉条纹产生。该电子迁移率测量装置测量在无干涉条纹产生的情况下，利用对应的多晶硅晶粒形成薄膜晶体管结构的电子迁移率，确定符合有机发光二极管低温多晶硅薄膜晶体管电子迁移率要求所对应的能量密度范围为该激光退火装置工作的最佳激光能量密度区间。

上述有机发光二极管低温多晶硅制造方法与激光退火结晶系统，利用控制该激光能量密度工作在一最佳激光能量密度区间内，且该最佳激光能量密度区间的获得依次经由晶粒大小、干涉条纹及电子迁移率的测试选择，因此，该有机发光二极管低温多晶硅制造方法与激光退火结晶系统，不仅能够达到有机发光二极管的电子迁移率、晶粒大小等基本要求，也有效抑制干涉条纹的产生，从而保证所得的有机发光二极管的显示品质。

附图说明

图1是一种现有技术利用准分子激光退火方法制造有机发光二极管低温多晶硅的示意图。

图2是本发明激光退火结晶系统一较佳实施方式的结构框图。

图3是本发明有机发光二极管体低温多晶硅制造方法一较佳实施方式的步骤流程图。

图4是图3所示有机发光二极管低温多晶硅制造方法所得的激光能量密度与多晶硅晶粒大小的二维曲线图。

图5至图7是在一未产生干涉条纹的条形区域上形成多晶硅薄膜晶体管各步骤的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图2，是本发明激光退火结晶系统一较佳实施方式的结构框图。该激光退火结晶系统20是用来生成一有机发光二极管低温多晶硅结构，其包括一激光退火装置21、一扫描式电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)22、一强光灯23、一微处理单元(图未示)、一显示器(图未示)及一电子迁移率量测装置26。该激光退火装置21依据内部存储的激光退火程序对沉积有非晶硅薄膜的透明绝缘基板进行线状扫描，从而使其上的非晶硅薄膜熔化并重新结晶为低温多晶硅晶粒。该激光退火程序包括一激光能量密度控制程序段与一退火动作执行程序段。利用该激光能量密度控制程序段可对激光能量密度大小进行设定，该退火动作执行程序段则设定线状扫描时间与扫描行数等。该扫描式电子显微镜22量测所生成多晶硅的晶粒大小(GrainSize)。该强光灯23照射该形成有多晶硅晶粒的透明绝缘基板，观测干涉条纹产生情况。该微处理单元记录与计算利用该扫描式电子显微镜22量测得到的晶粒大小与其对应激光能量密度，从而生成一晶粒大小与激光能量密度的二维曲线图。该显示器则用来显示该二维曲线图。该电子迁移率测量装置26用来测量无干涉条纹产生的情况下，利用对应的多晶硅形成薄膜晶体管结构的电子迁移率，并确定符合有机发光二极管电子迁移率要求所对应的能量密度范围为该激光退火装置21正常工作所需的最佳激光能量密度区间。

请参阅图3，是本发明有机发光二极管低温多晶硅制造方法一较佳实施方式的步骤流程图。该有机发光二极管低温多晶硅制造方法是利用该激光退火结晶系统20实现，其包括以下步骤：

步骤S20，提供一试片，并对该试片进行分区；

提供一透明绝缘材料的试片，并将该试片划分为n个平行排列的条形区域，各条形区域依次标记为x，x+1......x+n。而后，在该试片表面沉积一非晶硅薄膜，沉积方法为化学气相沉积法。

步骤S21，利用该激光发生装置21分别以不同的激光能量密度照射该试片的不同条形区域，从而使各条形区域对应的非晶硅薄膜重新结晶为大小不同的多晶硅晶粒；

对应该n个条形区域，选取N组激光能量密度ED1、ED2......EDX......EDY......EDN(单位：mj/cm²)，其中，EDX～EDY为业界依据液晶显示器制造工艺所设定的标准激光能量密度区间。利用该激光发生装置21分别以该N组激光能量密度ED1、ED2......EDN对应照射该试片的n个条形区域x，x+1......x+n。每一条形区域的非晶硅薄膜由于受到不同能量密度的激光照射，其所形成的多晶硅晶粒的晶粒大小也有所不同。

步骤S22，刻蚀(Etching)剩余非晶硅材料与硅化物区域，并利用该扫描式电子显微镜22量测多晶硅晶粒大小；

该激光退火装置21照射完毕后，利用射哥刻蚀(SeccoEtching)技术处理形成有该多晶硅晶粒的试片，从而消除剩余的非晶硅材料与硅化物区域。再利用该扫描式电子显微镜22观测该试片的各条形区域，并测量各条形区域形成多晶硅的晶粒大小平均值。

步骤S23，依据量测结果，绘制激光能量密度与多晶硅晶粒大小的二维曲线图；

利用该微处理单元记录并存储与各条形区域相对应的晶粒大小平均值与激光能量密度，再利用软件工具构建一如图4所示的二维曲线图，其中，该曲线图的横坐标代表激光能量密度；纵坐标代表晶粒大小。从图4可以看出，所得曲线近似呈一“人”字形，其包括一上升段a与一下降段b，该激光能量密度(ED1～EDY)对应该上升段a，(EDY～EDN)对应该下降段b。当该激光能量密度由ED2逐渐增大至EDX时，所得多晶硅晶粒大小随激光能量强度的增大而缓慢增大，从而得到一曲率变化率较小的预定曲线段，该预定曲线段所对应的激光能量密度区间的最大值不大于该标准激光能量密度区间的最小值，其对应的激光能量密度最小值应满足生成的多晶硅晶粒大小不小于生成有机发光二极管所要求的多晶硅晶粒大小最小值。当激光能量密度落在(EDX～EDY)的范围内，所得多晶硅晶粒大小增长最快，且当激光能量密度为EDY时，对应的多晶硅晶粒最大；此后，随着激光能量密度的不断增加，所得的多晶硅晶粒将逐渐减小。

步骤S24，选取激光能量密度ED2～EDX所对应的条形区域，并利用强光灯24检测该条形区域，判断是否产生干涉条纹。

利用强光灯24分别照射与该激光能量密度ED2～EDX相对应的条形区域，从而得到对应的影像图形；观测该影像图形，并舍弃出现干涉条纹的影像图形所对应的激光能量密度区间。

步骤S25，选取无干涉条纹产生的条形区域，形成相应的多晶硅薄膜晶体管；

请一并参阅图5至图7，是在一未产生干涉条纹的条形区域上形成多晶硅薄膜晶体管各步骤的结构示意图。

如图5所示，选取一未产生干涉条纹的条形区域，在其多晶硅32表面利用一等离子增强化学气相沉积方法形成一绝缘层33，该绝缘层33材料为氧化硅；再利用溅镀法在该绝缘层33表面形成一金属层34，该金属层34的材料可为铝、钼、钨等金属导电材料。

如图6所示，沉积一光致抗蚀剂(图未示)在该金属层34表面，利用一掩膜曝光该光致抗蚀剂，并显影该光致抗蚀剂使其形成一栅极图案35，该栅极图案35位于该多晶硅32正上方。接着，以该栅极图案35为遮蔽，刻蚀该金属层34，从而形成一栅极36。

如图7所示，去除该栅极图案35，沉积一栅极绝缘层360覆盖该栅极36。利用一道掩膜刻蚀工艺在该多晶硅32二侧形成两连接孔37，再利用一等离子注入(Ion Implantation)工序以栅极36为遮蔽，形成填充该两连接孔且部分覆盖该栅极绝缘层360的源极38与漏极39，从而构成一低温多晶硅薄膜晶体管40。

步骤S26，量测所得低温多晶硅薄膜晶体管40的电子迁移率，判断其是否稳定工作，从而得到所需的最佳激光能量密度区间。

由于有机发光二极管为电流驱动型元件，通常只有当电子迁移率大于等于10cm²/v·s时，有机发光二极管才能稳定工作。因此需利用该电子迁移率量测装置26量测该低温多晶硅薄膜晶体管40的电子迁移率，并选取电子迁移率大于等于10cm²/v·s所对应的激光能量密度，该激光能量密度的最大值与最小值之间界定所需的最佳激光能量密度区间，可见，该最佳能量密度区间小于该标准激光能量密度区间的。

此后，只要调节激光退火装置21的激光退火程序，使其激光能量密度工作在经由上述步骤得出的最佳激光能量密度区间内，再对与试片具有相同结构的透明绝缘基板进行激光退火制造工艺形成有机发光二极管低温多晶硅结构即可。

经实验表明，当设定的标准激光能量密度区间为440～450mj/cm²时，所测得最佳激光能量密度区间为350～370mj/cm²。以该最佳激光能量密度区间作为激光退火装置21的工作区间时，所得低温多晶硅薄膜晶体管不仅能够有效抑制干涉条纹产生，而且能够获得电子迁移率为10～16cm²/v·s的CMOS型低温多晶硅薄膜晶体管和电子迁移率为28～30cm²/v·s的PMOS型低温多晶硅薄膜晶体管。

上述激光退火结晶系统与有机发光二极管低温多晶硅制造方法，利用控制该激光能量密度工作在一最佳激光能量密度区间，且该最佳激光能量密度区间的获得依次经由晶粒大小、干涉条纹及电子迁移率的测试选择，因此，该有机发光二极管低温多晶硅制造方法与激光退火结晶系统，不仅能够达到有机发光二极管的电子迁移率、晶粒大小等基本要求，也有效抑制干涉条纹的产生，从而保证所得的有机发光二极管的显示品质。

Claims

1.一种有机发光二极管低温多晶硅制造方法，其特征在于：该有机发光二极管低温多晶硅制造方法包括以下步骤：提供一试片，该试片表面覆盖一非晶硅薄膜，且将其划分为多个区域；对该试片执行一激光退火程序，并使用具有不同激光能量密度的激光光束分别照射不同区域，从而生成不同晶粒大小的多晶硅；生成一激光能量密度与晶粒大小的二维曲线图，该曲线图包括一多晶硅晶粒随激光能量密度增大而增大的上升段；选取曲线上升段中的一预定曲线段所对应的激光能量密度区间，检测该激光能量密度区间是否有干涉条纹产生；选取无干涉条纹产生的区域，生成低温多晶硅薄膜晶体管；量测该低温多晶硅薄膜晶体管的电子迁移率，选取电子迁移率不小于10cm²/v·s所对应的激光能量密度区间作为后续制成有机发光二极管低温多晶硅的最佳激光能量密度区间。

2.如权利要求1所述的有机发光二极管低温多晶硅制造方法，其特征在于：生成该激光能量密度与多晶硅晶粒大小的二维曲线图包括以下步骤：刻蚀剩余非晶硅材料与硅化物区域，再利用一扫描式电子显微镜观测并量测该试片的各区域的多晶硅晶粒的大小平均值，从而依据观测结果，绘制该二维曲线图。

3.如权利要求2所述的有机发光二极管低温多晶硅制造方法，其特征在于：利用一微处理单元记录并存储与各区域相对应的晶粒大小平均值与激光能量密度，再利用软件工具绘制该二维曲线图，该二维曲线图的横坐标代表激光能量密度，纵坐标代表晶粒大小。

4.如权利要求1所述的有机发光二极管低温多晶硅制造方法，其特征在于：检测该激光能量密度区间是否有干涉条纹产生时，利用一光源产生器照射对应该激光能量密度区间的试片区域，从而观察其产生影像。

5.如权利要求1所述的有机发光二极管低温多晶硅制造方法，其特征在于：使用不同的激光能量密度照射各区域时，选取激光能量密度区间包含依据液晶显示器制造工艺所设定的标准激光能量密度区间。

6.如权利要求5所述的有机发光二极管低温多晶硅制造方法，其特征在于：该预定曲线段所对应的激光能量密度区间的最大值不大于该标准激光能量密度区间的最小值，该预定曲线段所对应的激光能量密度最小值应满足生成的多晶硅晶粒大小不小于有机发光二极管低温多晶硅所要求的晶粒大小最小值。

7.如权利要求6所述的有机发光二极管低温多晶硅制造方法，其特征在于：当该标准激光能量密度区间为440～450mj/cm²时，所测得的最佳激光能量密度区间为350～370mj/cm²。

8.一种用于制造一有机发光二极管低温多晶硅的激光退火结晶系统，其包括一激光退火装置，该激光退火装置依据内部存储的激光退火程序扫描一具有一非晶硅薄膜的透明绝缘基板，从而使该非晶硅转化为多晶硅晶粒，该激光退火程序用来设定激光退火装置的激光能量密度，其特征在于：该激光退火结晶系统进一步包括一检测装置、一数据处理器、一光源产生器及一电子迁移率测量装置，该检测装置用来检测形成多晶硅的晶粒大小；该数据处理器用来记录不同激光能量密度下所得多晶硅的晶粒大小，并生成一激光能量密度与晶粒大小的二维曲线图；该光源产生器照射不同能量密度下形成有多晶硅晶粒的该透明绝缘基板，用来判断是否有干涉条纹产生；该电子迁移率测量装置用来测量无干涉条纹产生的情况下，利用对应的多晶硅晶粒形成薄膜晶体管结构的电子迁移率，确定符合有机发光二极管低温多晶硅薄膜晶体管电子迁移率要求所对应的能量密度范围作为该激光退火装置工作的最佳激光能量密度区间。

9.如权利要求8所述的激光退火结晶系统，其特征在于：该检测装置为一扫描式电子显微镜，该光源发生器为一强光灯，该数据处理器为一微处理单元。

10.如权利要求8所述的激光退火结晶系统，其特征在于：该二维曲线图包括一上升段与一下降段，该上升段随着激光能量的不断增加所得多晶硅晶粒逐渐增大，且其所对应的激光能量密度包含仿效液晶显示器多晶硅制造工艺所设定的标准激光能量密度区间，而该下降段随着激光能量密度的不断增加所得的多晶硅晶粒逐渐减小。