准分子激光相位掩模板法制备大晶粒尺寸多晶硅薄膜技术的研究

【作者】 林广平； 张健； 张睿； 崔国宇； 高志扬； 刘奎学； 曲世东； 李传南；

【机构】 集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区,吉林大学电子科学与工程学院；

【摘要】 多晶硅薄膜晶体管(p-Si TFTs)的迁移率远高于非晶硅TFT,并且组成电路时可以采用类似于CMOS的互补电路结构,因此p-Si TFTs常用于平板显示器如AMLCD、AMOLED的像素及外围驱动电路中。准分子激光退火可制备高性能多晶硅薄膜,可以在低于500℃的温度下制备出迁移率高于100cm~2/Vs的p-Si TFT,目前也是产业界的主要方法之一。但增大多晶硅晶粒尺寸,提高其薄膜均匀性与平整度,以至器件的迁移率等特性仍是大家关心的研究内容。本论文采用京东方公司提供的a-Si∶H薄膜样品(厚度为70nm),采用248nmKrF准分子激光退火结合相位掩模板的方法探索了多晶硅薄膜的制备。周期为1073nm的相位掩模板对入射激光脉冲进行调制,在a-Si∶H薄膜表面形成明暗相间的衍射条纹,以实现晶粒的侧向生长,达到增大多晶硅晶粒尺寸的目的,装置如图1所示。用相位光栅掩模板可使非晶硅侧向生长成多晶硅,其过程如下:激光光束通过相位光栅掩模板投影在非晶硅表面,使该区域完全熔化并结晶成多晶硅,然后精确移动样品,使下一脉冲辐照在上述区域相邻的非晶硅上,令其完全熔化,之前已经形成的多晶硅将向新的硅熔体中横向生长,即可获得横向大尺寸的多晶硅薄膜。采用扫描电子显微镜和原子力显微镜观测表明,准分子激光直接照射(无相位掩模板)所制备的多晶硅薄膜的平均晶粒大小为10nm-30nm,而采用准分子激光相位掩模板法制备的多晶硅的平均晶粒大小为200nm-250nm,如图2所示。实验测得非晶硅的电阻率为1.44×10~6Ω·cm,准分子激光直接照射非晶硅制备的多晶硅电阻率为1.04×10~4Ω·cm,用准分子激光相位掩模板法制备的多晶硅电阻率为1.89×10~3Ω·cm,用相位掩模板法制备的多晶硅的电阻率比非晶硅薄膜降低3个数量级。更多还原