CN104215611B - 用于检查多晶硅层的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于检查多晶硅层的方法，包括：将激发光照射在该多晶硅层上；以及通过激发光检测在多晶硅层中产生的光致发光信号，其中该激发光具有1W/cm2至10W/cm2的范围内的平均功率，以及100W/cm2至1000W/cm2的范围内的峰值功率。

Description

用于检查多晶硅层的方法
技术领域
所描述的技术概括地涉及检查多晶硅层的方法。更具体地，所描述的技术涉及用于检查多晶硅层的结晶度和/或晶体结构的方法。
背景技术
大多数平板显示装置，诸如有机发光二极管(OLED)显示器、液晶显示器(LCD)等均包括薄膜晶体管。具体地，具有高载流子迁移率的低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS TFT)可适用于高速运行的电路并且可用于CMOS电路，因此LPTS TFT被广泛使用。
LTPS TFT包括通过对非晶硅膜结晶化而形成的多晶硅膜。用于使非晶硅膜结晶化的方法包括固相结晶化、准分子激光束结晶化和金属催化剂结晶化。
激光束结晶化被广泛使用是因为相对来讲其是低温度工艺，该工艺减少基底的热形变并且可用于产生具有优异的载流子迁移率的多晶硅层。
为了确定多晶硅层是否被适当地结晶化，光被照射在多晶硅层上，并且对多晶硅层放出的光进行分析，以便确定多晶硅层是否存在瑕疵。
为了适当地确定瑕疵的存在性，被照射在多晶硅层上的激发光的强度通常相对较高，而在这种情况下，可能会损坏薄膜多晶硅层。
在本背景技术部分公开的以上信息仅仅是为了增强对所描述的技术背景的理解，因此其可以包含不构成现有技术的信息。
发明内容
本发明的示例性实施方式提供了用于检查多晶硅层的高效方法而不会损坏薄膜多晶硅层。
本发明的附加特征将在以下的说明书中提出，并且本发明的部分附加技术特征将通过说明书变得显而易见，或者可通过实践本发明而获悉。
本发明的示例性实施方式提供了用于检查多晶硅层的方法，该方法包括将激发光照射在多晶硅层上以及对通过该激发光产生的光致发光信号进行检测。
应该理解，前述概括说明和以下的详细说明是示例性的和解释性的，并旨在提供对权利要求限定的本发明的进一步解释。
附图说明
为进一步理解本发明所包含的并且被并入且构成说明书的一部分提供了附图，附图示出了本发明的示例性实施方式，并且与说明书一起来解释本发明的原理。
图1示出了根据示例性实施方式的、用于检查多晶硅层的方法的示意图。
图2示出了通过拍摄对由一个示例性实施方式获得的光致发光信号PL的结果进行检查所获取的图像。
图3示出了通过拍摄对由一个示例性实施方式获得的光致发光信号PL的结果进行检查所获取的图像。
具体实施方式
在下文中将参照附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施方式。本领域技术人员应该领会，所描述的实施方式可以在不偏离本发明的精神或范围的情况下以各种不同的方式修改。
而且，与描述不相关的部分被省略以便于清楚地描述示例性实施方式，在整个说明书中相同的参考标号指示相同的元件和相似的构成元件。
在附图中，部件的尺寸和厚度仅示出用于解释的方便，并因此本发明不必限于本文所描述和示出的图示。
在附图中，为清楚起见，层、膜、面板、区域等的厚度被夸大。应该理解，当诸如层、膜、区域或基底的元件被称为“在”另一元件上时，其可直接在另一元件上或还可存在插入的元件。
图1示出了根据示例性实施方式的、用于检查多晶硅层的方法所使用的装置的示意图。如图1所示，多晶硅层检查装置101包括光源110和检测器120。
根据示例性实施方式，作为在用于检查多晶硅层的方法中使用的检查对象的多晶硅层210被形成在基底220上，并且多晶硅层210例如通过固相结晶法、准分子激光退火(ELA)结晶法或超级颗粒硅(SGS)结晶法来被结晶化。基底220可由介电材料形成，并且可以为在其上形成有绝缘层225的玻璃。绝缘层225可包括氧化硅(SiO2)层225A、氮化硅(SiNx)层225B、或氧化硅(SiO2)层225A和氮化硅(SiNx)层225B的双层。绝缘层225阻止杂质从基底220扩散到多晶硅层210中。多晶硅层210的厚度可为1至300nm，具体地，厚度可为30至100nm。
光源110将激发光L输出到多晶硅层210的表面。检测器120检测由多晶硅层210生成的光致发光信号PL。由检测器120检测到的光致发光信号PL被传输到控制器(未示出)，使用控制器通过确定光致发光信号PL的强度和谱来估计多晶硅层210的层质量。
当多晶硅层210的厚度小于300nm时，表面面积与厚度比相对较高，使得由激发光L产生的自由载流子的表面复合速度相对较快，并且自由载流子的寿命变得相对较短，从而导致光致发光信号L的强度显著减少。而且，当通过使用通常用于对硅进行光致发光研究的可见光或红外光检查多晶硅层210时，大部分激发光L穿过多晶硅层210并进入基底220中。因此，可见光和红外光谱中的光吸收相对较低。由此，由基底220产生的光致发光信号PL变得比由多晶硅层210产生的信号更大。因此，可能难以分辨这两种信号。
然而，根据示例性实施方式，提供了这样一种方法，其中光致发光信号PL可由形成在由介电材料制成的基底220上的薄膜多晶硅层210产生。具体地，该方法包括使用脉冲UV激光束作为辐射在多晶硅层210上的激发光L。该脉冲束具有1至10W/cm2的平均功率，100至1000W/cm2的峰值功率，以及300至400nm的光波长范围。
为了将光致发光信号PL的效率增加至可检测水平，由激发光L产生的自由载流子不应被允许迅速地消失，并且由于表面面积与多晶硅层210的厚度之比相对较高，所以由激发光L产生的自由载流子的表面复合速度相对较快，自由载流子可能因复合而迅速消失。因此，为了增加光致发光信号PL的效率，可阻止复合，并应使得为复合的关键点的载流子陷阱饱和。为了使载流子陷阱饱和，激发光L应具有至少170W/cm2的功率。基底220的导热性通常低于多晶硅层210的导热性。因此，如果高功率的激发光被照射至多晶硅层210，多晶硅层210可能会被热损坏或过热，从而不能提供均匀的测量。
为了解决以上或其他问题，在本方法中使用的光致发光信号PL可通过使用平均功率为1至10W/cm2且峰值功率为100至1000W/cm2的激发光L产生。当平均功率大于10W/cm2时，基底可能会被加热，从而可能损坏多晶硅层210。
峰值功率应大于100W/cm2，以便在薄膜表面上使载流子陷阱饱和。峰值功率应小于1000W/cm2，以便阻止多晶硅层210被损坏。例如，峰值功率应在从300至500W/cm2的范围内。
用作激发光L的脉冲UV激光束具有300至400nm范围的波长。即，为了产生自由载流子，样本应被具有比多晶硅层210的半导体带隙更大的光子能的光照射。同时，光必须被有效地吸收到薄膜多晶硅层210中。硅的带隙为1.12eV(其为对应于红外光的值)，并且当光子能大于3eV(其为对应于紫外(UV)光的值)时，光被有效地吸收到厚度小于300nm的薄膜中。因此，当使用了300至400nm范围内的光时，产生自由载流子，进入薄膜多晶硅层210中的吸收率增加，并且大部分光被多晶硅层210吸收。即，大多数激发光L被多晶硅层210吸收而不会到达基底220，从而使基底220所产生的光致发光信号PL最小化。
根据示例性实施方式，在对薄膜多晶硅层210没有产生任何热损坏的情况下，就可足够高效率地获得光致发光信号PL。
现将描述根据实施例1和对比实施例的、通过使用检查多晶硅层的方法对来自多晶硅层的光致发光信号PL进行测量的测试。
在实施例1中，厚度为300nm的SiNx层和厚度为150nm的SiO2层叠置在厚度为0.7mm的基底220上，以形成绝缘层225。在绝缘层225上通过准分子激光退火(ELA)结晶化而形成多晶硅层210，该多晶硅层210具有300至600nm的晶粒大小且为45nm厚。在多晶硅层210的表面上照射激发光L，该激发光具有355nm的波长、15ns的脉冲持续时间、200kHz的重复率、以及10mW的平均波束功率，并且以1mm的点聚焦(即，平均功率为1W/cm2)。这里，激发光L的峰值功率为333W/cm2。
通过检测器120接收由激发光L产生的光致发光信号PL。使用图像空间数值孔径(NA)为0.33且放大率为1:15的物镜作为检测器120，并且被冷却至-70℃的InGaAs光探测阵列(即，Xeva-1.7-320红外光相机)与信号结合一秒。以此方式，获得了良好定义的光致发光信号PL。
在对比实施例1中，厚度为300nm的SiNx层和1厚度为50nm的SiO2层叠置在0.7mm厚的基底220上，以形成绝缘层225。在绝缘层225上通过准分子激光退火(ELA)结晶化而形成多晶硅层210，该多晶硅层210具有300至600nm的晶粒大小且为45nm厚。在多晶硅层210的表面上照射激发光L，该激发光具有355nm的波长、15ns的脉冲持续时间、200kHz的重复率、以及10mW的平均波束功率，并且以1mm的点聚焦。这里，激发光L的平均功率对应于1W/cm2。
通过检测器120接收由激发光L产生的光致发光信号PL。使用图像空间数值孔径(NA)为0.33且放大率为1:15的物镜作为检测器120。被冷却至-70℃的InGaAs光探测阵列(即，Xeva-1.7-320红外光相机)用于结合信号一秒。在对比实施例1中，没有检测光致发光信号PL。
换言之，对于为厚度为45nm的且在相同的情况下所形成的薄膜多晶硅层210的激发，在实施例1的情况下，激发光L具有平均功率为1W/cm2的低能量，峰值功率被设置为100至1000W/cm2，因此获得了良好定义的光致发光信号PL；而在对比实施例1的情况下，使用了平均功率为1W/cm2的激发光L，其功率是不足的，并且不能观察到光致发光信号PL。
图2示出了通过对检测由实施例1获取的光致发光信号PL的结果拍摄而获取的图像。如图2所示，测试面板被分成8个区域(区域1至8)并且用8个不同的激光功率水平对测试面板进行热处理，从而多晶硅层210可在各个区域中具有不同的结晶程度。对于获得的测试面板，在多晶硅层210的表面上照射激发光L，该激发光具有355nm的波长、15ns的脉冲持续时间、200kHz的重复率、以及1W/cm2的平均功率，并且以10mm的点聚焦。这里，激发光L的峰值功率为333W/cm2。
以与示例性实施例1相同的方式检测获得了光致发光信号PL。通过根据本示例性实施方式的检查方法产生的光致发光信号PL是足够强的，从而可获得如图2所示的高质量图像。在图2中，右上区域(区域5)表示以最高的激光功率水平进行热处理的部分，左下区域(区域4)表示以最低的激光功率水平进行热处理的部分。此外，由于多晶硅层210的样本是不均匀的，所以测试面板的中心部分与其他部分相比被不充分地结晶化。如图2所示，通过根据本示例性实施方式的检查方法产生的光致发光信号PL清楚地确定出结晶化程度的差异。
图3示出了通过对检测由实施例2获取的光致发光信号PL的结果拍摄而获取的图像。在实施例2中，厚度为300nm的SiNx层和厚度为150nm的SiO2层叠置在厚度为0.7mm的基底220上，以形成绝缘层。在该绝缘层上通过准分子激光退火(ELA)结晶化而形成多晶硅层210，该多晶硅层210具有300至600nm的晶粒大小且为45nm厚。在该示例中，进行结晶化使得测试面板可被为一般程序设置的激光功率均匀地进行热处理。对于获得的测试面板，在多晶硅层210的表面上照射激发光L，该激发光由355nm的波长、15ns的脉冲持续时间、200kHz的重复率、以及1W/cm2的平均功率形成，并且以10mm的点聚焦。这里，激发光L的峰值功率为333W/cm2。
以与实施例1相同的方式检测获得的光致发光信号PL。通过根据本示例性实施方式的检查方法产生的光致发光信号PL足够强，所以获得了如图3所示的高质量图像。通过图3确定出多晶硅层210的样本的厚度是不均匀的，并且除了与其他部分相比被不充分地结晶化的中心部分之外的大部分区域均被适当地结晶化。即，通过由根据本示例性实施方式的检查方法产生的光致发光信号PL清楚地确定出缺陷。
通过上述示例性实施方式、对比实施例和应用实施例可确定，当使用根据示例性实施方式的检查多晶硅层的方式时，在不损坏多晶硅层的情况下就可高效率地检查出缺陷状态的多晶硅层。
应该对本领域技术人员显而易见的是，能够在不偏离本发明的精神或范围的情况下对本发明进行各种修改和变型。因此，本发明旨在覆盖由所附权利要求及其等同所提供的本发明的修改和变型。

Claims (6)

1.一种用于检查多晶硅层的方法，包括：
将激发光照射在所述多晶硅层上；以及
通过所述激发光检测在所述多晶硅层中产生的光致发光信号，其中
所述激发光具有1W/cm2至10W/cm2的范围内的平均功率，以及300W/cm2至500W/cm2的范围内的峰值功率，以及所述多晶硅层具有1nm至300nm的范围内的厚度。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述激发光具有300nm至400nm的范围内的波长。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述多晶硅层被设置在基底上，所述基底包括介电材料。
4.如权利要求3所述的方法，其中，在所述多晶硅层与所述基底之间设置有绝缘层。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述绝缘层包括氧化硅层、氮化硅层、或氧化硅层和氮化硅层。
6.如权利要求3所述的方法，其中所述基底包括玻璃。
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