阅读说明：本技术 一种电子束退火设备及多晶硅薄膜的制造方法 (Electron beam annealing equipment and manufacturing method of polycrystalline silicon thin film ) 是由 凌步军 朱鹏程 袁明峰 吕金鹏 赵有伟 滕宇 孙月飞 冷志斌 冯高俊 于 2020-07-31 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种电子束退火设备及多晶硅薄膜的制造方法,包括：电子束产生腔体；工艺腔体,所述电子束产生腔体位于所述工艺腔体上,所述电子束产生腔体和所述工艺腔体通过隔板分开,所述工艺腔体内设置一载台,所述载台用于放置基板；加热单元,设置在所述载台上,用于为所述基板加热；其中,所述电子束产生腔体包括：至少两个电子枪,所述电子枪用于发射电子束；至少两个加速管,所述加速管用于加速所述电子束；功率调节单元,连接所述至少两个电子枪,以使所述至少两个电子枪的功率相同或不同,以使所述至少两个电子枪发射的电子束的能量相同或不同。本发明提出一种电子束退火设备可以将基板上的非晶硅薄膜转化成多晶硅薄膜。(The invention provides electron beam annealing equipment and a manufacturing method of a polycrystalline silicon film, which comprise the following steps: an electron beam generating chamber; the electron beam generating cavity is positioned on the process cavity, the electron beam generating cavity and the process cavity are separated by a partition plate, a carrying platform is arranged in the process cavity, and the carrying platform is used for placing a substrate; the heating unit is arranged on the carrying platform and used for heating the substrate; wherein the electron beam generating chamber includes: at least two electron guns for emitting electron beams; at least two accelerating tubes for accelerating the electron beam; and the power adjusting unit is connected with the at least two electron guns so that the power of the at least two electron guns is the same or different, and the energy of the electron beams emitted by the at least two electron guns is the same or different. The invention provides an electron beam annealing device which can convert an amorphous silicon thin film on a substrate into a polycrystalline silicon thin film.)

一种电子束退火设备及多晶硅薄膜的制造方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种电子束退火设备及多晶硅薄膜的制造方法。

背景技术

有机电致发光显示器凭据高画质、移动图像响应时间短、低功耗、宽视角及超轻超薄等优点，成为了未来显示技术的最好选择。目前有机电致发光显示器中，背板技术中多晶硅层的制作可以采用准分子激光退火，固相晶化，金属诱导晶化等多种制作方法。而采用准分子激光退火工艺，制备背板中晶体管的有源层的多晶硅薄膜是唯一已经实现量产的方法。但是使用准分子激光退火工艺时，需要对退火设备具有非常高的精度要求，导致成本较高。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺陷，本发明提出一种电子束退火设备及其使用方法，以对基板进行退火，使得基板上的非晶硅薄膜转化成多晶硅薄膜。

为实现上述目的及其他目的，本发明提出一种电子束退火设备，包括：

电子束产生腔体；

工艺腔体，所述电子束产生腔***于所述工艺腔体上，所述电子束产生腔体和所述工艺腔体通过隔板分开，所述工艺腔体内设置一载台，所述载台用于放置基板；

加热单元，设置在所述载台上，用于为所述基板加热；

其中，所述电子束产生腔体包括：

至少两个电子枪，所述电子枪用于发射电子束；

至少两个加速管，所述加速管用于加速所述电子束；

功率调节单元，连接所述至少两个电子枪，以使所述至少两个电子枪的功率相同或不同，以使所述至少两个电子枪发射的电子束的能量相同或不同；

其中，所述隔板上设置至少两个通孔，所述电子束通过所述通孔进入所述工艺腔体内；

其中，所述电子枪包括：

第一电极板；

第二电极板，所述第一电极板和所述第二电极板相对设置；

至少两个凸起部，位于所述第一电极板上，所述至少两个凸起部的朝向所述第二电极板；

其中，所述至少两个凸起部的高度相同或不同，所述凸起部靠近所述第二电极板的一端具有尖端。

进一步地，所述加速管至少包括第一加速腔和第二加速腔，所述第一加速腔和所述第二加速腔的结构相同。

进一步地，所述第一加速腔和所述第二加速腔之间设置有耦合腔。

进一步地，所述耦合腔上设置致动件和驱动件，所述致动件与所述耦合腔的腔壁耦合，所述致动件和所述驱动件连接。

进一步地，所述驱动件带动所述致动件移动，以调整所述耦合腔的形状。

进一步地，所述加速管的真空度小于4*10^-8pa。

进一步地，所述加热单元的加热温度在700-800℃。

进一步地，所述第一加速腔和所述第二加速腔通过法兰连接。

进一步地，所述第一加速腔，所述第二加速腔的长度小于500mm。

进一步地，本发明还提出一种多晶硅薄膜的制造方法，包括：

提供一电子束退火设备；

将基板设置在工艺腔体内的载台上；

通过加热单元将所述基板加热至预设温度；

通过电子束产生腔体产生的电子束对所述基板进行加热；

其中，所述基板的表面上设置有非晶硅薄膜，当对所述非晶硅薄膜进行退火时，所述非晶硅薄膜转化成多晶硅薄膜。

综上所述，本发明提成一种电子束退火设备及多晶硅薄膜的制造方法，通过将基板设置在载台上，并通过加热单元对基板进行加热；当基板的温度达到预设温度时，通过电子束对基板进行退火，基板的表面上形成有非晶硅薄膜，当对所述非晶硅薄膜进行退火时，所述非晶硅薄膜转化成多晶硅薄膜。

附图说明

图1：本实施例提出的电子束退火设备的简要示意图。

图2：加速管的简要示意图。

图3：加速管的另一简要示意图。

图4：致动件和驱动件的简要示意图。

图5：加速单元的简要示意图。

图6：加速单元的另一简要示意图。

图7：本实施例提出的多晶硅薄膜的制造方法流程图。

图8：基板的简要示意图。

图9：多晶硅薄膜的简要示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本实施例提出一种电子束退火设备，该电子束退火设备包括电子束产生腔体100和工艺腔体200。电子束产生腔体100位于工艺腔体200上，电子束产生腔体100和工艺腔体200通过隔板201隔开。

如图1所示，在本实施例中，该电子束产生腔体100包括第一电极板101和第二电极板104。在第一电极板101上设置有第一凸起部102a和第二凸起部102b。第二凸起部102b位于第一凸起部102a的两侧。第一凸起部102a的高度大于第二凸起部102b的高度。当然，第一凸起部102a的高度也可以等于或小于第二凸起部102b的高度。从图1中可以看出，第一凸起部102a的两侧均设置有第二凸起部102b，两侧的第二凸起部102b的距离第一凸起部102a的距离相同，当然也可以不相同。在本实施例中，第一凸起部102a和第二凸起部102b靠近第二电极板104的一端上具有尖端103，当在第一电极板101和第二电极板104上施加电压时，在第一凸起部102a和第二凸起部102b的尖端103上会形成电子，并释放出电子，从而形成电子束。

如图1所示，在本实施例中，由于第二凸起部102b的高度小于第一凸起部102a的高度，因此，第一凸起部102a的尖端103与第二电极板102b的距离小于第二凸起部102b的尖端103的第二电极板102b的距离。由于产生的电子束的能量与施加在第一电极板101和第二电极板104上的电压成正比，与第一凸起部102a，第二凸起部102b距离第二电极板104的距离成反比，因此当施加在第一电极板101和第二电极板104上的电压一定时，第一凸起部102a产生的电子束的能量大于第二凸起部102b产生的电子束的能量。

如图1所示，在本实施例中，第一电极板101和第二电极板104可以为圆盘状或矩形状，在第二电极板104对应尖端103的位置上设置有开口105，第一凸起部102a和第二凸起部102b产生的电子束可以通过开口105射出。

如图1所示，在本实施例中，该第一凸起部102a和第二凸起部102b的形状相同，第一凸起部102a的上半部分可以为矩形状，第一凸起部102a的下板部分可以为尖端状。当然，在一些实施例中，第一凸起部102a和第二凸起部102b的形状还可以为圆锥状，圆柱状或金字塔状。在本实施例中，该第一凸起部102a和第二凸起部102b可以线性平行的设置在第一电极板101上。当然，还可以在第二凸起部102b的两侧设置第三凸起部。

如图1所示，在本实施例中，在第一电极板101上还连接一功率调节单元107，该功率调节单元107可以连接第一凸起部102a和第二凸起部102b。该功率调节单元107可以调节第一凸起部102a和第二凸起部102b上的电压，因此可以调整第一凸起部102a和第二凸起部102b的发射的电子束的能量。例如，通过功率调节单元107使得第二凸起部102b上的电压大于第一凸起部102a上的电压，因此可以使得第二凸起部102b产生的电子束的能量大于第一凸起部102b产生的电子束的能量。第一凸起部102a和第二凸起部102b产生的电子束通过第二电极板105上的开口105出射。在本实施例中，通过功率调节单元107可以向第一凸起部102a上施加电压，同时停止向第二凸起部102b上施加电压，因此第一凸起部102a可以发射相对大能量的电子束。当然，通过功率调节单元107也可以停止向第一凸起部102a上施加电压，同时向第二凸起部102b上施加电压，因此第二凸起部102b可以发射相对小能量的电子束。

如图1所示，在本实施例中，当第一凸起部102a和第二凸起部102b产生的电子束通过第二电极板104上的开口105出射，进入加速管106，以对电子束进行加速。在本实施例中，加速管106设置在第二电极板104远离第一电极板101的表面上，且加速管106均覆盖开口105。因此，电子束通过开口105即可进入加速管106内。

如图2所示，在本实施例中，该加速管106包括第一加速腔106a和第二加速腔106b，第一加速腔106a和第二加速腔106b的通过法兰106c连接。第一加速腔106a和第二加速腔106b内均具有电子束通道，电子束通过电子束通道进行加速。在本实施例中，法兰106c可以为CF刀口法兰，法兰106c的材料可以和第一加速腔106a和第二加速腔106b的材料不同。法兰106c的材料可以为不锈钢，第一加速腔106a和第二加速腔106b的材料可以为铜或无氧铜。在本实施例中，第一加速腔106a和第二加速腔106b的长度可以小于500mm，第一加速腔106a和第二加速腔106b的长度可以为300mm。第一加速腔106a的长度还可以小于或大于第二加速腔106b的长度。该加速管106可以为中能加速管或高能加速管。当然，在一些实施例中，该可以包括第三加速腔，第四加速腔。需要说明的是，该法兰106c可以焊接在第一加速腔106a上；当然，在一些实施例中，该法兰106c的内径还可以设置在第一加速腔106a的外径上，然后通过螺栓固定。

如图3所示，在本实施例中，该加速腔106可以包括第一加速腔106a第二加速腔106b，第一加速腔106a和第二加速腔106b之间设置有耦合腔300。第一加速腔106a，第二加速腔106b之间设置有漂移管106d，通过漂移管106d限定出电子束通道。在本实施例中，第一加速腔106a和第二加速腔106b可以具有相同的结构。

如图3所示，在本实施例中，该耦合腔300为一个封闭的结构，耦合腔300的侧壁与第一加速腔106a和第二加速腔106b接触。该耦合腔300可以为一个中间窄，两端宽的结构，在耦合腔300的中间部分还设置有调节组件301。通过该调节组件301可以改变耦合腔300的形状，从而调整第一加速腔106a和第二加速腔106b的能量。

如图3-图4所示，在本实施例中，该耦合腔300上设置有调节组件301，调节组件301位于第一加速腔106a和第二加速腔106b的外部。该调节组件300可以包括驱动件3011和致动件3012，该致动件3012与耦合腔300的腔壁耦合，并且该致动件3012可以由驱动件3011驱动。耦合腔300的腔壁在致动件3012的作用下弹性变形，从而改变该加速管106的输出能量。在本实施例中，所述耦合是指有作动的关联关系，包括直接或间接接触而引起的作动关系，也包括刚性或非刚性连接而引起的作动关系。例如，致动件3012可以抵靠到耦合腔300的腔壁上，并且在驱动件3011的驱动下朝向耦合腔300的基本垂直于第一加速腔300中心线的轴线方向运动，以使耦合腔300的腔壁向内形变。又例如，致动件3012可以螺纹连接到耦合腔300的腔壁固定的法兰盘上，从而可以向内推动或者向外拉动耦合腔300的腔壁，以使耦合腔300的腔壁向内变形或向外变形。在本实施例中，该耦合腔300的侧壁是由满足预定导电系数以及预定屈服强度的金属材料制成的，例如，铜材料，又例如，该铜材料为无氧铜材料。当然，也可以为金材料和银材料。因此，耦合腔300除了起到微波耦合传递作用之外，还可以在致动件的致动力的作用下在预定范围内能够弹性变形的以改变该加速管106的输出能量。

如图4所示，该调节组件300包括驱动件3011和致动件3012，致动件3012抵靠在耦合腔300的侧壁上，驱动件3011驱动致动件3012以使耦合腔300的侧壁弹性变形。在本实施例中，该驱动件3011可以为电机，例如为步进电机或伺服电机。该致动件3012可以为杆状件。需要说明的是，在驱动件3011和致动件3012之间还可以包括传动机构，例如减速机构或转动-平动转换机构。可以理解地，该调节组件300还可以包括控制器以及与控制器关联的存储器，存储器内预存储有加速管106的输出能量与调节组件300的驱动件3011的驱动控制信号的关系，或者预存储有加速管106的输出能量与调节组件300的致动件3012的伸出或缩回长度(可统称致动长度)的关系。当通过人机界面手动输入或切换加速管106的能量输出模式，或者当通过程序自动执行或切换加速管106的能量输出模式时，控制器会调取存储器存储的对应关系数据控制驱动件3011将致动件3012驱动到预定位置处。

如图3所示，在本实施例中，该加速管106的系统真空漏率可以达到小于等于1*10^-10mbar·L/s，同时，系统真空度可以达到小于等于5*10^-8Pa。因为本发明的加速管的系统真空度或系统真空漏率更高，所以可以保证加速管106运行的稳定性。

如图1所示，在本实施例中，在电子束产生腔体100的正下方还设置有工艺腔体200，工艺腔体200和电子束产生腔体100之间通过隔板201隔开，隔板201上设置有通孔202，电子束通过通孔202进入工艺腔体200内。

如图1所示，在本实施例中，在工艺腔体200内设置有一载台203，该载台203用于放置基板。在该载台203上设置有一加热单元204，该加热单元204用于为基板进行加热。

如图1所示，在本实施例中，载台203设置在生长腔体110内，载台203可设置在生长腔体110的底端，在载台203上允许放置多个基板，例如可放置四个或六个或更多或更少个基板，在本实施例中，载台203上设置一个基板。在一些实施例中，载台203的直径范围可例如在200mm-800mm，又例如在400-600mm。在一些实施例中，载台203的尺寸例如为2-12英寸，例如为4英寸，6英寸，8英寸，10英寸，12英寸或其他尺寸。载台203可由多种材料形成，包括碳化硅或涂有碳化硅的石墨。在一些实施例中，载台203包括碳化硅材料并具有2000平方厘米或以上的表面积，例如为5000平方厘米或以上，又例如为6000平方厘米或以上。在一些实施例中，该载台203还可以连接一驱动单元，该驱动单元可以带动载台203上升或下降，当然还可以带动载台203转动。

如图1所示，在本实施例中，该加热单元204可以为陶瓷加热基板，该陶瓷加热基板可以包括高温共烧多层陶瓷基板或低温共烧多层陶瓷基板。在本实施例中，该加热单元204可以将基板加热至700-800℃。

如图5所示，在一些实施例中，还可以对加热单元204进行特定的设计，例如该加热单元204包括第一部分及第二部分，第一部分及第二部分关于该加热单元204的中心对称连接，其中第一部分从外至内依次包括第一弧边204a，第二弧边204b及第三弧边204c，第一弧边204a，第二弧边204b及第三弧边204c可以为同心圆形状。第一弧边204a的一端连接第二弧边204b的一端，第二弧边204b的另一端连接第三弧边204c，第一部分通过第三弧边204c连接第二部分，形成圆形的加热单元204。第一弧边204a的另一端连接加热电极，多个加热电极连接外部电源后，该加热单元204开始对基板进行加热。

如图6所示，在一些实施例中，为进一步提高基板的加热均匀性，可对该加热单元204进行调整，例如该加热单元204通过一漆包线204d经过弯折形成的，该漆包线204d的横截面可为圆形或方形或扁平形。可根据实际情况，调整该漆包线204d的饶制圈数，或者将该加热单元204设置成非对称形状，或者将漆包线204d饶制成其他形状。

如图7所示，本实施例还提出一种多晶硅薄膜的制造方法，包括：

S1：提供一电子束退火设备；

S2：将基板设置在工艺腔体内的载台上；

S3：通过加热单元将所述基板加热至预设温度；

S4：通过电子束产生腔体产生的电子束对所述基板进行加热；

其中，所述基板的表面上设置有非晶硅薄膜，当对所述非晶硅薄膜进行退火时，所述非晶硅薄膜转化成多晶硅薄膜。

如图1和图8所示，在步骤S1-S2中，首先将基板205放置在工艺腔体200内的载台203上，需要说明的是，该工艺腔体200位于电子束退火设备中，该电子束退火设备可以参阅上述描述。在本实施例中，该基板205可包括蓝宝石，碳化硅，硅，氮化镓，金刚石，铝酸锂，氧化锌，钨，铜和/或铝氮化镓，该基板205还可例如为钠钙玻璃和/或高硅玻璃。一般而言，基板205可能由以下各种组成：具有兼容的晶格常数和热膨胀系数的材料，与生长其上的III-V族材料兼容的基板或在III-V生长温度下热稳定和化学温定的基板。基板205的尺寸在直径上可从50mm至100mm(或更大)的范围。在一些实施例中，基板205的尺寸例如为2-12英寸，例如为4英寸，6英寸，8英寸，10英寸，12英寸或其他尺寸。在本实施例中，该基板205例如为硅衬底，可例如在硅衬底上形成非晶硅保膜206。

如图8所示，在一实施例中，基板205的选择包括但不限于蓝宝石，SiC，Si，金刚石，LiAlO₂、ZnO，W，Cu，GaN，AlGaN，AlN、碱石灰/高硅玻璃、具有匹配的晶格常数与热膨胀系数的基板、与生长于基板上的氮化物材料相容的基板或根据生长于基板上的氮化物材料而被处理(engineered)的基板、在要求的氮化物生长温度下呈热与化学稳定的基板以及未图案化或图案化的基板。

如图1和图8所示，在步骤S3中，通过加热单元204为基板205进行加热，以使得基板205上的温度达到预设温度，例如通过加热单元204为基板205加热40-50min，使得基板205上的温度达到400-500℃，并对该基板205进行保温。

如图1和图8-图9所示，在步骤S4中，当基板205上的温度达到预设温度后，电子束产生腔体100内产生的电子束通过通孔202照射至基板205上非多晶硅薄膜206上，电子束照射并非多晶硅薄膜206上，将非晶硅薄膜熔化，并使其重新结晶形成多晶硅薄膜207。

在本实施例中，经过上述方法制备的多晶硅的晶粒直径例如为520nm；若不设置加热单元204，在相同条件下退火制备的就多晶硅的晶粒直径例如为350nm；可见，上述的加热单元204能够有效的延长退火时间，获得大晶粒的多晶硅薄膜薄膜，上述的大晶粒的多晶硅薄膜薄膜可以作为薄膜晶体管的有源层，从而得到迁移率较高的多晶硅薄膜晶体管。低温多晶硅薄膜晶体管，适用于有源矩阵有机发光二极管显示器及低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器等领域

如图1和图8所示，在本实施例中，由于该电子束产生腔体100内设置一功率调节单元107，因此可以第一凸起部102a，第二凸起部102b产生的电子束的能量，因此也可以根据非晶硅薄膜206的厚度变化，适当的调整第一凸起部102a，第二凸起部102b产生的电子束的能量。

综上所述，本发明提成一种电子束退火设备及多晶硅薄膜的制造方法，通过将基板设置在载台上，并通过加热单元对基板进行加热；当基板的温度达到预设温度时，通过电子束对基板进行退火，基板的表面上形成有非晶硅薄膜，当对所述非晶硅薄膜进行退火时，所述非晶硅薄膜转化成多晶硅薄膜。同时电子束退火设备还可以调整电子束的能量，适用范围广。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案，例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。