[实用新型]晶粒尺寸可控的多晶硅薄膜制备及检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及多晶硅，特别是一种晶粒尺寸可控的多晶硅薄膜的制备及检测装置，用以快捷、实时地检测多晶硅薄膜结晶晶粒的粒度，从而调整激光晶化所需的最佳能量密度。

背景技术

激光晶化作为低温多晶硅(LTPS)技术的核心工艺，在液晶显示(LCD)领域中有良好的应用前景。激光晶化的原理是用激光对低温沉积的非晶硅薄膜扫描使其熔融，重新结晶成为多晶硅薄膜。与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较为便宜，且具有更高的解析度，这是因为电子在多晶硅中的传输速度更快、品质更为优良，因而可以使薄膜电晶体的尺寸更小，增加显示器的亮度并减少功率消耗。

目前比较常用的是准分子激光晶化(excimer laser crystallization)技术，可实现较大规模多晶硅薄膜的制备。但是该技术也有着很大的缺点，如设备昂贵、工艺的重复性较差、晶化度对能量密度变化敏感等。有研究表明，晶粒增大会使晶界缺陷减少，多晶硅薄膜器件的导电性能也得到提高。为了获得更大晶粒、高质量的多晶硅薄膜，近来一些研究人员利用绿光激光器(主要是倍频的钕激光)制备多晶硅薄膜，制作的薄膜晶体管性能已远超出准分子激光晶化的水平。

如上所述，多晶硅薄膜的粒度对激光能量密度变化很敏感。而且由于准分子激光的输出功率不稳定，导致形成的多晶硅薄膜的粒度明显不均匀。这导致所制备的多晶硅薄膜不一定具有足够大的晶粒尺寸，达不到迁移率要求从而被抛弃。

生产中需要一种客观评估多晶硅薄膜的方法，用以测定多晶硅薄膜的粒度是否达到要求。传统上利用高倍率的光学显微镜观测薄膜表面粗糙度，但这种方法依赖于肉眼，不够客观精确。除此之外，扫描电子显微镜(SEM)图像虽然是一种比较直观的方法，由操作员对退火后的薄膜表面图像直接观测并进行评估。然而，由于这种检测方法对薄膜具有破坏性，而且成本较高费时，所以主要用于科研实验而不适用于产业。

发明内容

本实用新型的目的在于为了弥补上述现有技术的不足，提供一种晶粒尺寸可控的多晶硅薄膜的制备及检测装置，达到实时在线检测多晶硅薄膜晶粒的大小，并随之调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。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种晶粒尺寸可控的多晶硅薄膜制备及检测装置，其特点是由激光源、分光器、光束整形系统、多晶硅薄膜基片、光学聚焦系统、受激拉曼光谱接收系统、拉曼数据分析并反馈系统和移动工作台组成，各部件的位置关系如下：所述的多晶硅薄膜基片置于所述的移动工作台上，所述的激光源输出的激光束被分光器分成第一光束和第二光束，所述的第一光束经光束整形系统后扫描在移动工作台上的多晶硅薄膜基片进行激光退火，所述的第二光束经所述的光学聚焦系统照射在经过激光退火的多晶硅薄膜基片，激发已退火的多晶硅的拉曼光谱并被所述的受激拉曼光谱接收系统接收，然后由拉曼数据分析并反馈系统进行数据处理并反馈至激光源控制激光源输出激光的功率，以调整激光能量密度及其稳定性。

所述的光束整形系统把第一光束整形成为光强均匀分布的条状光束。

所述的光学聚焦系统将第二光束聚焦于已退火的多晶硅薄膜，光斑尺寸0.5～1.5μm。

所述的激光源为脉冲激光器或连续激光器，波长范围266～1064nm；

所述的第一光束与第二光束的分光比为95～80％∶5～20％。

所述的拉曼光谱接收系统对所述的激光源波长范围的光谱接收灵敏，有较好的荧光屏蔽效果。

所述的拉曼数据分析及反馈系统是一台计算机，对由拉曼光谱接收系统送入的数据进行数据处理，并根据处理的结果显示相应的TO峰峰位、半高宽和晶粒大小，向激光源输出相应的控制信号调整激光输出功率。

所述的基片是玻璃基底。

本实用新型的原理是利用多晶硅薄膜拉曼光谱的特征参量与退火激光能量密度的对应关系，经由量化而得到一判断指标，从而可以实时在线检测晶粒的大小，并随之调整多晶化所需的最佳能量密度。