CN106328497B - 低温多晶硅薄膜及其制备方法及显示装置 - Google Patents

低温多晶硅薄膜及其制备方法及显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低温多晶硅薄膜制备方法，包括以下步骤：在透光基板的上面沉积保温层以及在所述保温层的表面沉积非晶硅薄膜；用红外光线以至少一个聚光形式照射于所述透光基板的下表面，以使所述保温层的温度周期性分布；对所述非晶硅薄膜进行激光照射，使得所述非晶硅薄膜晶化。上述低温多晶硅薄膜的制作方法制备出的低温多晶硅薄膜晶粒尺寸大，分布均匀，具有优良的电学性能。此外，该方法充分利用了准分子激光能量，有利于降低生产成本，利于实现大规模低成本生产。

Description

低温多晶硅薄膜及其制备方法及显示装置
技术领域
本发明涉及显示器领域，特别是涉及一种低温多晶硅薄膜及其制备方法及显示装置。
背景技术
目前，常用的主动式阵列液晶显示器多采用非晶硅薄膜晶体管和多晶硅薄膜晶体管。其中，多晶硅薄膜晶体管(Thin Film Transistor，简称TFT)由于具有较高的电子迁移率、开口率高、较快的响应速度、能大幅缩小组件尺寸、分辨率高、可以制作集成化驱动电路等优点，更加适合于大容量的高频显示，有利于提高显示器的成品率和降低生产成本，而得到广泛的应用。
制作低温多晶硅薄膜常用准分子激光退火方法，该方法的基本原理为利用高能量的准分子激光照射到非晶硅薄膜表面，使非晶硅融化、冷却、再结11晶，实现从非晶硅到多晶硅的转变。准分子激光退火法制备的低温多晶硅薄膜的晶粒大、空间选择性好、晶内缺陷少、电学特性好，已成为目前低温多晶硅薄膜制备的主要方法。
但在目前的现有技术中，利用常用的准分子激光退火方法仅利用高能量的准分子激光照射非晶硅薄膜的表面，由于激光一般具有局部能量高的特性，将高能量的准分子激光照射在非晶硅薄膜的表面很难实现均匀、大尺寸晶粒的低温多晶硅薄膜的制备，进而严重影响低温多晶硅薄膜的使用效果。
发明内容
基于此，有必要针对上述现有低温多晶硅制备方法中很难实现均匀、大尺寸晶粒的低温多晶硅薄膜的制备问题，提供一种可制备均匀、大尺寸晶粒的低温多晶硅薄膜的制备方法及由该方法得到的多晶硅薄膜及显示装置。
一种低温多晶硅薄膜制备方法，包括以下步骤：
在透光基板的上面沉积保温层以及
在所述保温层的表面沉积非晶硅薄膜；
用红外光线以至少一个聚光形式照射于所述透光基板的下表面，以使所述保温层的温度周期性分布；
对所述非晶硅薄膜进行激光照射，使得所述非晶硅薄膜晶化。
在其中一个实施方式中，在透光基板的上面依次沉积保温层及非晶硅薄膜的步骤之前还包括：
在所述透光基板的上表面设置透明第一隔热层。
在其中一个实施方式中，所述透明第一隔热层的材质由硅的氮化物或硅的氧化物构成。
在其中一个实施方式中，所述透明第一隔热层的厚度为100～200nm。
所述透光基板的下面具有微透镜阵列。
在其中一个实施方式中，所述微透镜阵列包括凸透镜结构。
在其中一个实施方式中，所述凸透镜结构的焦点位置位于所述保温层内。
在其中一个实施方式中，在所述保温层的表面沉积非晶硅薄膜的步骤之前还包括：
在所述保温层的表面沉积界面层。
优选的，一种低温多晶硅薄膜，由以上所述的低温多晶硅薄膜制备方法制备而成。
优选的，一种显示装置，包括低温多晶硅薄膜，由以上所述的低温多晶硅薄膜制备方法制备而成。
上述一种低温多晶硅薄膜及其制备方法及显示装置，低温多晶硅薄膜的制作方法制备出的低温多晶硅薄膜晶粒尺寸大，分布均匀，具有优良的电学性能。此外，该方法充分利用了准分子激光能量，有利于降低生产成本，利于实现大规模低成本生产。
附图说明
图1为本发明一优选实施方式的低温多晶硅薄膜的制备方法的流程图；
图2为本发明一优选实施方式的低温多晶硅薄膜的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1及图2所示，本发明一优选实施方式公开了一种显示装置，该显示装置具有一种低温多晶硅薄膜，该低温多晶硅薄膜由下述低温多晶硅薄膜制备方法制备而成，该低温多晶硅制备方法具体包括以下步骤：S11:在透光基板110的上面沉积保温层130；
S12:在所述保温层130的表面沉积非晶硅薄膜140；
S13:用红外光线以至少一个聚光形式照射于所述透光基板110的下表面，以使所述保温层130的温度周期性分布；
S14:对所述非晶硅薄膜140进行激光照射，使得所述非晶硅薄膜晶化。
具体地：S11：在透光基板的上面沉积保温层。
本实施例中的透光基板110一般具有上表面111及与该上表面111相对的下表面112，在本步骤中，优选地，工作人员可以在透光基板110的上表面111上设置有透明第一隔热层120，一般地，该第一隔热层120由透光且绝热性较好的材质构成，例如该第一隔热层120的材质由硅的氮化物(SiN)或硅的氧化物(SiO)构成，厚度为100～200nm。该步骤中所设置的第一隔热层120主要是为了隔热、透光的作用，为后续步骤中沉积非晶硅薄膜做准备。接着，工作人员在上述第一隔热层120的表面依次沉积保温层130，该保温层130可有效地将后续步骤中的红外光进行高效地吸收并转化为热能，并且可较长时间地储存其热量。
S12：在所述保温层的表面沉积非晶硅薄膜。
最后，在上述保温层130的表面沉积非晶硅薄膜140。非晶硅薄膜140的沉积优选等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，简称PECVD)的方法，其他形成方式如低压化学气相沉积(Low Pressure Vapor Deposition，简称LPCVD)或溅镀的方式均可。优选地，在上述保温层130的表面可设置界面层150，该界面层150由氧化硅材质构成，其主要的作用是为后续的非晶硅薄膜提供良好的界面，使非晶硅薄膜更容易沉积在保温层130的表面，为增强保温层效果，该界面层150可尽可能的薄。
S13：用红外光线以至少一个聚光形式照射于所述透光基板的下表面，以使所述保温层的温度周期性分布。
用红外光线以至少一个聚光形式照射于所述透光基板的下表面，以使所述保温层的温度周期性分布的步骤包括：所述透光基板110的下面具有微透镜阵列。具体地，本实施方式中，在透光基板110的下面处放置光学增透薄膜160，所述光学增透薄膜160设有微透镜阵列，该微透镜阵列包括凸透镜结构161。该凸透镜结构161是上述红外光线向凸透镜结构161的焦点聚合，形成聚光形式的光线。作为光学增透薄膜160的材料要求对红外光线A具有很好的透射效果，吸收系数低，使红外光线A的能量有效的加载于保温层130上，因此，光学增透薄膜160优选为硅的氮化物或硅的氧化物。该光学增透薄膜160可以为单层薄膜，也可以为多层薄膜，厚度可根据实际情况设置。
上述光学增透薄膜160可内嵌在透明的支撑平台上，这样上述透明基板110容易固定，便于工作人员操作。
在本步骤中，将红外光线发射器设置于上述光学增透薄膜160与所述透光基板110下表面相对的另一侧，并正对该光学增透薄膜160发射红外光线A，红外光线A经过光学增透薄膜160的凸透镜结构161进入上述透光基板110、第一隔热层120及保温层130，且该凸透镜的焦点位置位于接近该保温层130，这样保温层130便可有效地吸收经过凸透镜的红外光线，并将其转化为热能。由于上述凸透镜结构161在上述光学增透薄膜160上呈阵列排布，其对应的凸透镜结构161的焦点也同样呈阵列排布，这样保温层温度呈周期性分布，对应的使得晶化过程中冷却阶段非晶硅薄膜各处散热速度不一样，冷却速率呈现与保温层对应的周期性分布，从而非晶硅薄膜内部形成温度梯度。
S14：对所述非晶硅薄膜进行激光照射，使得所述非晶硅薄膜晶化。
在非晶硅薄膜140的正面设置激光照射仪，该激光照射仪向非晶硅薄膜140照射激光B，使非晶硅薄膜140转变为多晶硅薄膜，该非晶硅薄膜140转变为多晶硅薄膜的过程大致为：激光B照射到非晶硅薄膜140的表面，激光B的能量均被非晶硅薄膜140所吸收。此外，由于光学增透薄膜160的凸透镜结构161对红外光线A具有聚合作用，使得非晶硅薄膜凸透镜结构161所对应的保温层130的区域的激光能量密度略高于没有凸透镜结构161所对应的保温层130的激光能量密度，具有相对较高的温度。由于凸透镜结构161在光学增透薄膜160上呈周期性排布，其对应的保温层130所对应聚光结构161区域的温度也呈周期性排布，因此非晶硅薄膜140向下导热特性也呈周期性均匀分布，进而使非晶硅薄膜转变过程中冷却速度呈周期性分布，凸透镜结构161所对应的非晶硅薄膜冷却速率慢而温度高，而非晶硅薄膜的其它区域则冷却速率快而温度较低，温度较低的区域易于结晶形成晶核。在温度梯度的引导下晶核向四周进行晶粒生长，最终生长出晶粒尺寸大，均匀的低温多晶硅薄膜。
进一步地，生长出的低温多晶硅薄膜的晶粒大小及均匀性与凸透镜结构161的尺寸大小及均匀性有直接的关系，凸透镜结构161尺寸越大，生长出的低温多晶硅薄膜的晶粒尺寸越小，通常低温多晶硅薄膜晶粒尺寸可以达到微米级别；凸透镜结构在非晶硅薄膜表面分布越均匀，所生长出的低温多晶硅薄膜的晶粒越均匀。
上述低温多晶硅薄膜的制作方法通过红外光线A对位于非晶硅薄膜140的下层的保温层进行照射，使非晶硅薄膜140内部出现周期性分布的温度梯度，另外使利用激光B将非晶硅薄膜转变为低温多晶硅薄膜。利用该方法制备出的低温多晶硅薄膜晶粒尺寸大，分布均匀，具有优良的电学性能。此外，该方法充分利用了准分子激光能量，有利于降低生产成本，利于实现大规模低成本生产。
上述低温多晶硅薄膜利用上述低温多晶硅薄膜的制作方法制备出的低温多晶硅薄膜晶粒尺寸大，分布均匀，具有优良的电学性能。
上述显示装置的低温多晶硅薄膜利用上述低温多晶硅薄膜的制作方法制备出的低温多晶硅薄膜晶粒尺寸大，分布均匀，具有优良的电学性能。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种低温多晶硅薄膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在透光基板的上面沉积保温层以及
在所述保温层的表面沉积非晶硅薄膜；
所述透光基板的下面具有微透镜阵列，所述微透镜阵列包括凸透镜结构，所述凸透镜结构的焦点位置位于所述保温层内；
用红外光线穿过所述凸透镜结构以至少一个聚光形式照射于所述透光基板的下表面，以使所述保温层的温度周期性分布；
对所述非晶硅薄膜进行激光照射，使得所述非晶硅薄膜晶化，晶化过程中冷却阶段所述非晶硅薄膜各处冷却速率呈现与所述保温层对应的周期性分布，从而所述非晶硅薄膜内部形成温度梯度。
2.根据权利要求1所述的低温多晶硅薄膜制备方法，其特征在于，在透光基板的上面依次沉积保温层及非晶硅薄膜的步骤之前还包括：
在所述透光基板的上表面设置透明第一隔热层。
3.根据权利要求2所述的低温多晶硅薄膜制备方法，其特征在于，所述透明第一隔热层的材质由硅的氮化物或硅的氧化物构成。
4.根据权利要求2所述的低温多晶硅薄膜制备方法，其特征在于，所述透明第一隔热层的厚度为100～200nm。
5.根据权利要求1所述的低温多晶硅薄膜制备方法，其特征在于，在所述保温层的表面沉积非晶硅薄膜的步骤之前还包括：
在所述保温层的表面沉积界面层。
6.一种低温多晶硅薄膜，其特征在于，所述低温多晶硅薄膜由权利要求1-5任一项所述的低温多晶硅薄膜制备方法制备而成。
7.一种显示装置，包括低温多晶硅薄膜，其特征在于，所述低温多晶硅薄膜由权利要求1-5任一项所述的低温多晶硅薄膜制备方法制备而成。
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