《用于检查多晶硅层的方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《用于检查多晶硅层的方法.pdf（8页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 104215611 A (43)申请公布日 2014.12.17 CN 104215611 A (21)申请号 201410192878.X (22)申请日 2014.05.08 10-2013-0064165 2013.06.04 KR G01N 21/63(2006.01) (71)申请人 三星显示有限公司 地址 韩国京畿道 (72)发明人 亚历山大乌若诺夫 李奭浩 柳裁胜 许京会 韩圭完 (74)专利代理机构 北京英赛嘉华知识产权代理 有限责任公司 11204 代理人 余朦 王艳春 (54) 发明名称 用于检查多晶硅层的方法 (57) 摘要 一种用于检查多晶硅层。
2、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/cm 2的范围内的平均功率， 以及 100W/cm2至 1000W/cm 2的范围内的峰值功率。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104215611 A CN 104215611 A 1/1 页 2 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。
3、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 100W/cm2至 1000W/cm2 的范围内的峰值功率。 2. 如权利要求 1 所述的方法， 其中， 所述激发光具有 300W/cm2至 500W/cm2的范围内的 峰值功率。 3. 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。 4. 如权利要求 1 所述的方法， 其中， 所述多晶硅层具有 1nm 至 300nm 的范围内的厚度。 5. 如权利要求 1 所述的方法， 其中， 所述多晶。
4、硅层被设置在基底上， 所述基底包括介电 材料。 6. 如权利要求 5 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。 7. 如权利要求 6 所述的方法， 其中， 所述绝缘层包括氧化硅 (SiO2) 层、 氮化硅 (SiNx) 层、 或氧化硅 (SiO2) 层和氮化硅 (SiNx) 层。 8. 如权利要求 5 所述的方法， 其中所述基底包括玻璃。 权 利 要 求 书 CN 104215611 A 2 1/4 页 3 用于检查多晶硅层的方法 技术领域 0001 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。
5、。 背景技术 0002 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。 0003 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。 0004 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。 00。
6、05 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。 0006 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。 0007 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 0008 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。 0009 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，。
7、 或者可通过实践本发明而获悉。 0010 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。 0011 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 0012 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。 0013 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。 0014 图 2 示出了通过拍摄对由一个示例性实。
8、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。 0015 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 说 明 书 CN 104215611 A 3 2/4 页 4 行检查所获取的图像。 具体实施方式 0016 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。 0017 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。 0018 在。
9、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。 0019 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。 0020 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。 0021 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， 。
10、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。 0022 光源110将激发光L输出到多晶硅层21。
11、0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。 0023 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。。
12、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。 0024 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。 0025 为了将光致发光信号 PL 的效。
13、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 说 明 书 CN 104215611 A 4 3/4 页 5 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。
14、能会被热损坏或过热， 从而不能提供均匀的测量。 0026 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。 0027 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。 0028 用作激发光 L 的脉冲 UV 激光束具有 300 至 400nm 。
15、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。
16、致发光信号 PL 最小化。 0029 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。 0030 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。 0031 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 。
17、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。 0032 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。
18、秒。以此方式， 获得了良好定义的 光致发光信号 PL。 0033 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，。
19、 激发光 L 的平均 功率对应于 1W/cm2。 0034 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 说 明 书 CN 104215611 A 5 4/4 页 6 测光致发光信号 PL。 0035 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。
20、/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。 0036 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。
21、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。 0037 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。
22、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。 0038 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。
23、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。 0039 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。
24、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。 0040 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。 0041 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。 说 明 书 CN 104215611 A 6 1/2 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 104215611 A 7 2/2 页 8 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 104215611 A 8 。