СПОСОБ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОЧИСТКИ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОЙ ПЛЕНКИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛИКРЕМНИЯ, ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК H01L21/268 

ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к области технологий отображения жидкокристаллическими устройствами и, в частности, к способу изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликремния.

2. Описание уровня техники

[0002] С развитием технологии дисплейных панелей также увеличивается спрос на панели дисплеев с высоким разрешением и низким потреблением энергии, что также стимулирует спрос на материал для изготовления панелей дисплеев. Среди возможных материалов широко исследуется низкотемпературный поликристаллический кремний (поликремний). Этот материал может быть получен путем использования некремниевого материала при низкой температуре реакции, и он обеспечивает высокую скорость передачи электронов и, таким образом, применим для изготовления схем КМОП, чтобы получить панели дисплеев с высоким разрешением и пониженным потреблением энергии.

[0003] В настоящее время способы изготовления низкотемпературного поликремниевого материала включают кристаллизацию в твердой фазе (SPC), кристаллизацию, индуцируемую металлом (MIC) и отжиг эксимерным лазером (ELA), из которых наиболее широко применяется способ ELA.

[0004] Способ ELA, применяемый для изготовления низкотемпературного поликремния заключается в следующем: сначала выращивают буферный слой на стеклянной подложке, затем на буферном слое выращивают слой аморфного кремния и после этого используют эксимерный лазер для сканирования слоя аморфного кремния, при этом аморфный кремний плавится при высокой температуре и повторно кристаллизуется, формируя слой поликремния. Однако, поскольку толщина слоя пленки аморфного кремния неравномерная, это будет непосредственно влиять на формируемый слой поликремния. Равномерность низкотемпературного поликремния прямо влияет на электрические свойства. Желательно найти решение, которое позволит получить равномерную пленку поликремния низкой себестоимости.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в разработке способа предварительной очистки тонкой пленки низкотемпературного поликремния, который включает: нагрев слой аморфного кремния до температуры выше комнатной и выполнение предварительной очистки поверхности слоя аморфного кремния.

[0006] Согласно одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, нагрев слоя аморфного кремния должен довести температуру слоя аморфного кремния до 25°-40°.

[0007] Настоящее изобретение предлагает способ получения тонкой пленки низкотемпературного поликремния, который включает: этап 1: выращивание буферного слоя и затем слоя аморфного кремния на подложке; этап 2: нагрев слоя аморфного кремния до температуры выше комнатной и выполнение предварительной очистки поверхности слоя аморфного кремния; и этап 3: использование отжига эксимерным лазером (ELA) для облучения предварительно очищенного слоя аморфного кремния после этапа 2, чтобы преобразовать аморфный кремний в поликремний.

[0008] Согласно одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения температура слоя аморфного кремния на этапе 2 составляет 25°-40°.

[0009] Согласно одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, слой аморфного кремния на этапе 2 включает первую часть относительно большей толщины и вторую часть относительно меньшей толщины; и температура нагрева первой части выше температуры нагрева второй части.

[0010] Согласно одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, очиститель, применяемый для предварительной очистки, является водным раствором плавиковой кислоты в концентрации 1-3%.

[0011] Согласно одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, плавиковую кислоту применяют в течение 45-60 с при расходе 40-60 литров в минуту (л/мин) для предварительной очистки.

[0012] Настоящее изобретение предлагает систему для изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликремния, которая включает: рабочий стол, аппарат для эпитаксиального выращивания, расположенный над рабочим столом и приспособленный для обеспечения выращивания слоя аморфного кремния, эксимерный лазер, расположенный над рабочим столом и предназначенный для преобразования слоя аморфного кремния в слой поликремния, а также включает аппарат для предварительной очистки, расположенный над рабочим столом и предназначенный для выполнения предварительной очистки слоя аморфного кремния, и устройство для регулировки температуры, расположенное на рабочем столе и предназначенное для выполнения нагрева слоя аморфного кремния.

[0013] Согласно одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, аппарат для предварительной очистки включает несколько равномерно распределенных форсунок.

[0014] Согласно одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, устройство для регулировки температуры включает несколько равномерно распределенных средств нагрева, и каждое из средств нагрева включает независимые термостат и устройство для контроля температуры.

[0015] Согласно одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, средством нагрева является блок сопротивления или провод высокого сопротивления.

[0016] Эффективность настоящего изобретения заключается в его отличии от известного уровня техники. Посредством усовершенствования оборудования для изготовления низкотемпературной поликремниевой тонкой пленки и способа предварительной очистки настоящее изобретение повышает равномерность слоя аморфного кремния. Путем введения устройства для регулировки температуры в сочетании с аппаратом для предварительной очистки система для изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликремния можно регулировать температуру в соответствующих областях, исходя из толщины разных областей слоя аморфного кремния, чтобы управлять скоростью эрозии в разных областях и уменьшить разницу в толщине в этих областях. Как таковая, уменьшается неравномерность слоя аморфного кремния и слоя поликремния, получаемого на последующем этапе облучения способом ELA.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0017] Для осуществления технического решения вариантов осуществления настоящего изобретения ниже будут кратко описаны чертежи, которые необходимы для иллюстрации вариантов осуществления. Очевидно, что на описанных ниже чертежах показаны только примеры вариантов осуществления настоящего изобретения, и средние специалисты в данной области техники могут легко выполнить другие чертежи на основе этих, не прилагая творческих усилий. На чертежах показано следующее.

[0018] Фиг. 1 - схематически показана конструкция одного варианта осуществления системы для изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликремния согласно настоящему изобретению.

[0019] Фиг. 2 (а) (b) - схематически показаны средства нагрева устройства для регулировки температуры, расположенного на рабочем столе, согласно настоящему изобретению.

[0020] Фиг. 3 (а) (b) (с) - технологические схемы получения тонкой пленки низкотемпературного поликремния согласно настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0021] В нижеприведенном описании сделаны ссылки на чертежи и варианты осуществления, чтобы подробно описать настоящее изобретение.

[0022] Настоящее изобретение предлагает систему 100 для изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликремния. Как показано на Фиг. 1, система 100 для изготовления включает по меньшей мере рабочий стол 10, аппарат для эпитаксиального выращивания 20, эксимерный лазер 30, аппарат для предварительной очистки 40 и устройство для регулировки температуры 5.

[0023] Аппарат для эпитаксиального выращивания 20 расположен над рабочим столом 10 и приспособлен для обеспечения выращивания слоя аморфного кремния (не показан) на рабочем столе и выращивания слоев других материалов, которые необходимы для формирования поликремниевой тонкой пленки.

[0024] Аппарат для предварительной очистки 40 расположен над рабочим столом 10 и включает несколько равномерно распределенных форсунок 41. Форсунки 41 могут контролируемо распылять очиститель для предварительной очистки слоя аморфного кремния.

[0025] Устройство для регулировки температуры 50 расположено на рабочем столе 10 и предназначено для выполнения нагрева слоя аморфного кремния. Обычно слой аморфного кремния формируют на подложке (не показана). Поэтому устройство для регулировки температуры 50 предназначено для нагрева непосредственно подложки, и подложка распространяет теплоту в слой аморфного кремния. Устройство для регулировки температуры 50 включает несколько равномерно распределенных средств нагрева 51, и каждое из средств нагрева 51 включает термостат 53 и устройство для контроля температуры 52. Устройство для контроля температуры 52 отображает текущую температуру каждого средства нагрева 51, и термостат 53 может контролировать и регулировать температуру каждого средства нагрева 51 в реальном времени, выбирая отдельную область для повышения или снижения температуры, чтобы осуществить разную температурную обработку каждой области слоя аморфного кремния. Более конкретно, каждое средство нагрева 51 может быть, например, блоком сопротивления 51А или последовательно соединенными блоками сопротивления (не показаны), распределенными на рабочем столе 10 по точечной схеме, как показано на Фиг. 2(a). Альтернативно, средством нагрева 51 могут быть провода высокого сопротивления 51А, окружающие рабочий стол 10, как показано на Фиг. 2(b).

[0026] Эксимерный лазер 30 расположен над рабочим столом 10 и предназначен для преобразования слоя аморфного кремния на рабочем столе 10 в слой поликремния. Обычно аппарат для эпитаксиального выращивания 20, эксимерный лазер 30 и аппарат для предварительной очистки 40 располагают съемно, чтобы можно было регулировать их положение на рабочем столе 10 относительно друг друга, исходя из процесса изготовления.

[0027] В описанном ниже способе используется система 100 для изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликремния при следующих этапах.

[0028] Этап 1: как показано на Фиг. 3(a), размещают стеклянную подложку 60 на рабочем столе 10 и затем используют аппарат для эпитаксиального выращивания 20, чтобы вырастить буферный слой 70 из диоксида кремния на стеклянной подложке 60. Затем выращивают слой аморфного кремния 80 поверх буферного слоя 70. Поверхность слоя аморфного кремния неоднородная и негладкая и включает по меньшей мере первую часть относительно большей толщины и вторую часть относительно меньшей толщины. Обычно центральная область толще (первая часть) и периферическая область тоньше (вторая часть), как показано на Фиг. 3(a); или центральная область тоньше (вторая часть) и периферическая область толще (первая часть) (не показано), или же имеет место другое неравномерное распределение.

[0029] Этап 2: перенос слоя аморфного кремния 80, полученного на этапе 1, в помещение очистки для выполнения процесса высокотемпературной дегидрогенизации. После этого включают устройство для регулировки температуры 50, чтобы нагреть стеклянную подложку 60 и повысить температуру слоя аморфного кремния 80. Положение аппарата для предварительной очистки 40 регулируют так, чтобы направить его на поверхность слоя аморфного кремния 80 для предварительной очистки.

[0030] Обычно операцию предварительной очистки в данном варианте осуществления выполняют в среде с комнатной температурой 23±2°. Обрабатывая слой аморфного кремния 80 в более толстой центральной области и более тонкой периферической области, в реальном времени регулируют температуру каждого средства нагрева 51 устройства для регулировки температуры 50, чтобы температура средства нагрева 51 в центральной области была выше комнатной температуры (25-40°), а средство нагрева 51 в периферической области не нужно было нагревать и температура была ниже комнатной температуры. В это время включают форсунку 41 аппарата для предварительной очистки 40, чтобы распылять очиститель для очистки поверхности слоя аморфного кремния 80. В данном варианте осуществления в качестве очистителя используется водный раствор плавиковой кислоты при концентрации плавиковой кислоты 1-3%. Полный расход на форсунке 41 установлен на 40-60 л/мин на 45-60 с. Для слоя аморфного кремния с более тонкой центральной областью и более толстой периферической областью температуру нагрева в разных областях можно отрегулировать соответственно.

[0031] Действие плавиковой кислоты заключается в травлении тонкого поверхностного слоя на слое аморфного кремния, чтобы удалить загрязнения и повысить плоскостность поверхности. Скорость реакции травления плавиковой кислотой зависит от температуры; то есть, чем выше температура, тем выше скорость реакции травления и наоборот. Как таковое, устройство для регулировки температуры может регулировать температуру на разных областях слоя аморфного кремния, чтобы получить улучшенную плоскостность поверхности слоя аморфного кремния. Например, температуру нагрева средства нагрева устанавливают выше для более толстой области слоя аморфного кремния и ниже или же вообще прекращают нагрев для более тонкой второй области слоя аморфного кремния, при этом температуру можно регулировать в реальном времени, исходя из фактической формы слоя аморфного кремния. Другими словами, температура нагрева пропорциональна толщине каждой области слоя аморфного кремния. В результате, травление более толстой первой области слоя аморфного кремния происходит с большей скоростью, а более тонкой второй области с меньшей скоростью. Разница в толщине между этими областями непрерывно уменьшается, чтобы улучшить плоскостность и равномерность толщины слоя аморфного кремния в подготовке к следующему этапу получения гладкого и равномерного поликремниевого слоя.

[0032] Этап 3: использование эксимерного лазера 30 для облучения предварительно очищенного, равномерного и гладкого слоя аморфного кремния 81 с этапа 2, как показано на Фиг. 3(b), чтобы преобразовать его в поликремниевый слой и получить равномерную и гладкую поликремниевую тонкую пленку 90, как показано на Фиг. 3(c).

[0033] Система для изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликремния, предложенная настоящим изобретением, не представляет трудностей в ремонте и управлении. Использовать систему для получения поликремниевой тонкой пленки просто и удобно, и гладкость поликремниевой тонкой пленки можно улучшить, чтобы обеспечить качество и функциональность изготавливаемого впоследствии элемента.

[0034] Описанные выше варианты осуществления настоящего изобретения не предполагают введения любых ненужных ограничений прилагаемой формулы изобретения. Любая модификация эквивалентной конструкции или эквивалентного способа, выполненная согласно раскрытию и чертежам настоящего изобретения, или любое его применение, прямое или опосредованное, в других родственных областях техники, считаются включенными в объем охраны, определяемый формулой настоящего изобретения.

Настоящее изобретение относится к области технологий отображения жидкокристаллическими устройствами и, в частности, к способу изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликремния, включающему: выращивание буферного слоя и затем слоя аморфного кремния на подложке; нагрев слоя аморфного кремния до температуры выше комнатной и выполнение предварительной очистки поверхности слоя аморфного кремния; использование отжига эксимерным лазером (ELA) для облучения слоя аморфного кремния, предварительно очищенного на предыдущем этапе, чтобы преобразовать аморфный кремний в поликремний. Настоящее изобретение также предлагает систему для изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликремния. Путем совершенствования системы для изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликремния и способа предварительной очистки настоящее изобретение уменьшает неравномерность толщины слоя аморфного кремния и неравномерность слоя поликремния, получаемого на последующем этапе облучения эксимерным лазером. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ получения тонкой пленки низкотемпературного поликремния, который включает:

этап 1: выращивание буферного слоя и затем слоя аморфного кремния на подложке;

этап 2: нагрев слоя аморфного кремния до температуры выше комнатной и выполнение предварительной очистки поверхности слоя аморфного кремния, указанный слой включает первую часть относительно большей толщины и вторую часть относительно меньшей толщины, и температура нагрева первой части выше температуры нагрева второй части, причем температура слоя аморфного кремния составляет 25°-40°;

этап 3: использование отжига эксимерным лазером (ELA) для облучения предварительно очищенного слоя аморфного кремния на этапе 2, чтобы преобразовать аморфный кремний в поликремний.

2. Способ получения тонкой пленки низкотемпературного поликремния по п. 1, отличающийся тем, что очиститель, применяемый для предварительной очистки, является водным раствором плавиковой кислоты в концентрации 1-3%.

3. Способ получения тонкой пленки низкотемпературного поликремния по п. 1, отличающийся тем, что плавиковую кислоту применяют в течение 45-60 с при расходе 40-60 литров в минуту (л/мин) в ходе предварительной очистки.

4. Система для изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликремния, которая включает:

рабочий стол;

аппарат для эпитаксиального выращивания, расположенный над рабочим столом и приспособленный для обеспечения выращивания слоя аморфного кремния;

эксимерный лазер, расположенный над рабочим столом, предназначенный для преобразования слоя аморфного кремния в слой поликремния; а также включающая:

аппарат для предварительной очистки, расположенный над рабочим столом и предназначенный для выполнения предварительной очистки слоя аморфного кремния, и

устройство для регулировки температуры, расположенное на рабочем столе и предназначенное для выполнения нагрева слоя аморфного кремния, которое включает несколько равномерно распределенных средств нагрева, и каждое из средств нагрева включает независимые термостат и устройство для контроля температуры.

5. Система для изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликремния по п. 4, отличающаяся тем, что аппарат для предварительной очистки включает несколько равномерно распределенных форсунок.

6. Система для изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликремния по п. 4, отличающаяся тем, что средством нагрева является блок сопротивления или провод высокого сопротивления.