CN102839420A - 结晶装置、结晶方法以及热处理系统 - Google Patents

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Abstract

一种结晶装置，包括：接纳单元，支承待处理对象；第一加热单元，邻近于所述接纳单元，所述第一加热单元配置为在第一时间段中将所述待处理对象加热至第一温度；以及第二加热单元，邻近于所述第一加热单元，所述第二加热单元配置为在第二时间段中将所述待处理对象加热至比所述第一温度高的第二温度，所述第二时间段比所述第一时间段短。

Description

结晶装置、结晶方法以及热处理系统
技术领域
实施方式涉及结晶装置、结晶方法以及热处理系统。
背景技术
结晶装置是用于将非晶形的待处理对象（例如非晶硅）转换为结晶对象（例如多晶硅）的装置。常规的结晶装置利用激光或热使待处理对象结晶。
利用热的结晶装置包括利用电阻产生热量的热线（hot wire）。结晶装置通过利用热线将待处理对象加热到预定温度，以进行待处理对象的结晶。
如果结晶装置仅包括热线，那么热处理的温度曲线包括温度升高时间段、温度保持时间段以及温度降低时间段。因此，待处理对象的结晶效率不能显著地改善。
以上在背景技术部分中公开的信息仅用于加强对所描述技术的背景的理解，因此其可包含没有形成该国本领域技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
一个或多个实施方式可提供一种结晶装置，包括：接纳单元，支承待处理对象；第一加热单元，邻近于所述接纳单元，所述第一加热单元配置为在第一时间段中将所述待处理对象加热至第一温度；以及第二加热单元，邻近于所述第一加热单元，所述第二加热单元配置为在第二时间段中将所述待处理对象加热至比所述第一温度高的第二温度，所述第二时间段比所述第一时间段短。
所述第一加热单元可包括多个第一加热单元，所述第二加热单元可包括多个第二加热单元。所述多个第一加热单元和所述多个第二加热单元可交替地设置。
所述第一加热单元可以是加热线，所述加热线配置为利用电阻产生热量，以及所述第二加热单元可被配置为利用灯产生热量。所述灯可包括红外线灯、紫外线灯以及弧光灯中的一种。
所述接纳单元、所述第一加热单元以及所述第二加热单元可设置在腔室中。
所述第一温度可在100°C到750°C的范围内。
一个或多个实施方式可提供一种热处理系统，包括：装载单元，用于将支承待处理对象的接纳单元装载于其上；多个热处理装置，连接在一起并且排列为在与所述接纳单元被转移的方向对应的方向上延伸，以用于进行热处理；以及如上所述的结晶装置，所述结晶装置设置在所述多个热处理装置中的相邻的热处理装置之间。
一个或多个实施方式可提供一种结晶方法，包括：在第一时间段中，在第一温度处加热待处理对象；以及在第二时间段中，在比所述第一温度高的第二温度处加热所述待处理对象，所述第二时间段比所述第一时间段短，并且所述第二时间段包含在所述第一时间段中。
所述第一时间段可包括：温度升高时间段，在所述温度升高时间段中，所述待处理对象的温度升高至所述第一温度，温度保持时间段，在所述温度保持时间段中，所述待处理对象的温度被保持在所述第一温度，以及温度降低时间段，在所述温度降低时间段中，所述待处理对象的温度从所述第一温度降低，并且所述第二时间段可处于所述温度保持时间段和所述温度降低时间段中的至少一个时间段内。
根据本发明的上述示例性实施方式中的一个实施方式，提供了使待处理对象的结晶效率得到提高的结晶装置、结晶方法以及热处理系统。
附图说明
图1示出了根据第一示例性实施方式的结晶装置的示意图；
图2示出了图1中所示的热处理器的示意图；
图3示出了根据第二示例性实施方式的结晶方法的流程图；
图4示出了在根据第二示例性实施方式的结晶方法中的热处理的温度曲线的视图；
图5A示出了根据第三示例性实施方式的热处理系统的示意图；
图5B示出了在第三示例性实施方式的热处理系统所使用的结晶方法中的热处理的温度曲线的视图。
具体实施方式
将在下文中参照附图更全面地描述示例性实施方式。本领域技术人员应该理解，所描述的实施方式可以以各种不同的方式修改，所有的修改都不偏离本发明的精神或范围。
没有涉及实施方式的部分的描述被省略，并且在整个说明书中相同的参考标号指示相同的元件。
此外，对于第一实施方式之外的实施方式，将仅描述与第一实施方式中的那些元件不同的元件。
在附图中，为了更好地理解并易于描述，近似地示出了每个元件的尺寸和厚度。因此，尺寸和厚度不受附图的限制。
在附图中，为了清晰起见，层、膜、板、区等的厚度均被夸大。此外，在附图中，为了更好地理解并易于描述，一些层和区域的厚度被夸大。应该理解，当例如层、膜、区或衬底的元件被称为“在”另一元件“上”时，其能够直接在另一元件上或者还可存在插入的元件。
另外，除非清楚地相反描述，词语“包括（comprise）”及其变化，例如“包括（comprises）”或“包括（comprising）”被理解为简化包含所指的元件，但不排除任何其他元件。此外，在整个说明书中，“在…上（on）”是指设置在目标元件之上或之下，而不是指必须在基于重力方向的顶部。
接下来，参见图1和图2，将描述根据第一示例性实施方式的结晶装置。
图1示出了根据第一示例性实施方式的结晶装置的示意图。图2示出了图1中所示的热处理器的示意图。
如图1所示，根据第一示例性实施方式的结晶装置100可包括腔室110、接纳单元120以及热处理器130。
腔室110可保持真空状态，并且可将用于结晶的待处理对象5送入腔室110中或在腔室110中卸载。待处理对象5可以是衬底，例如，具有非晶硅层的衬底。
在腔室110内可设置接纳单元120，接纳单元120可提供用于接纳待处理对象5的支承。接纳单元120可包括转移机构（例如辊），或者与转移机构连接。接纳单元120可以与待处理对象5一起从腔室110卸载或者移出，并且接纳单元120可转移到相邻的热处理装置。接纳单元120可将待处理对象5置于热处理器附近，以加热待处理对象5。
热处理器130可面对置于接纳单元120上的待处理对象5。在热处理器130与接纳单元120之间可设有预定空间。热处理器130可用于加热待处理对象5。热处理器130可包括第一加热单元131和第二加热单元132。
待处理对象5可以在第一时间段中被加热至第一温度。以下将更详细地描述第一时间段。第一温度可以是能够使待处理对象5结晶的任何适当的温度。例如，当待处理对象5包括待利用金属催化剂结晶成多晶硅的非晶硅时，第一温度可以为100°C到750°C，例如，750°C。然而，第一温度不限于本文中具体列举的温度。第一加热单元131可以是通过利用电阻产生热量的加热线。第一加热单元131可以在第一温度处连续地加热待处理对象5。第一加热单元131可以连接到控制器140。控制器140可以调节第一加热单元131在第一时间段中、在第一温度处对待处理对象5进行的加热。如图所示，控制器140可以位于腔室内，或者热处理器130可以电连接到腔室110外部的控制器140。
第二加热单元132可以设置在第一加热单元131附近。待处理对象5可以在第二时间段中在第二温度处被加热。第二时间段可以比第一时间段短。第二时间段可以与第一时间段同时出现。以下将更详细地描述第二时间段。第二温度可以是高于第一温度的任何适当的温度。第二加热单元132可以利用灯进行加热，例如，红外线灯、紫外线（UV）灯或者弧光灯。第二加热单元132可以提供将待处理对象5加热至第二温度的瞬时热量。第二加热单元132可以连接到控制器。控制器140可以调节第二加热单元132在第二时间段中将待处理对象5加热至第二温度的加热。
热处理器130可包括可交替地设置的多个第一加热单元131和多个第二加热单元132。通过交替地设置多个第一加热单元131和多个第二加热单元132，待处理对象5可以在腔室110内的有限空间中被加热至第一温度和第二温度。因此，无需移动待处理对象5，就可在一个腔室110中为待处理对象5进行两次或更多次热处理。第一和第二加热单元131、132的配置可以分别提高对待处理对象5的热处理效率，例如，可以提高对待处理对象5的结晶效率。
参见图3和图4，将描述利用根据第一示例性实施方式的结晶装置100、根据第二示例性实施方式的结晶方法。
图3示出了根据第二示例性实施方式的结晶方法的流程图。图4示出反映了在根据第二示例性实施方式的结晶方法中待处理对象的热处理的温度曲线的视图。在图4所示的视图中，x轴表示对待处理对象进行热处理的时间，y轴表示对待处理对象进行热处理的温度。
如图3和图4所示，可以首先在第一时间段PE1中将待处理对象5加热至第一温度（S100）。
具体地，为了使待处理对象5结晶，可以利用第一加热单元131在第一时间段PE1中将待处理对象5加热至第一温度。参见待处理对象5的热处理的温度曲线，第一时间段PE1可包括温度升高时间段SP1、温度保持时间段SP2以及温度降低时间段SP3。这里，温度升高时间段SP1可以是由第一加热单元131将待处理对象5的温度升高至第一温度的时间段，温度保持时间段SP2可以是由第一加热单元131将待处理对象5的温度保持在第一温度的时间段，温度降低时间段SP3可以是由第一加热单元131将待处理对象5的温度从第一温度降低的时间段。温度可以是能够通过金属催化剂将非晶硅结晶成多晶硅的任何适当的温度。因此，第一温度不限于本文中所列举的温度。例如，第一温度可以是100°C到750°C的范围，包括650°C到750°C。
此外，可以在第二时间段PE2中将待处理对象5加热至第二温度（S200）。在一个实现方案中，为了使待处理对象5结晶，第二加热单元132可以在第二时间段PE2（比第一时间段PE1短并且包含在第一时间段PE1中）中，将待处理对象5加热至第二温度（高于第一加热单元131提供的第一温度）。参见待处理对象5的热处理的温度曲线，第二时间段PE2可以处于第一时间段PE1中的温度保持时间段SP2和温度降低时间段SP3中的至少一个时间段内。用于温度保持时间段SP2和温度降低时间段SP3的第二温度可以是不同的。第二温度可以是高于与每个时间段（即，第一加热单元131产生的）对应的温度的任何适当的温度。在图4所示的视图中，第二时间段PE2可以完全处于第一时间段PE1中的温度保持时间段SP2和温度降低时间段SP3中。
在一个实现方案中，基于使待处理对象5结晶的热处理的温度曲线，可以在温度保持时间段SP2和温度降低时间段SP3中的至少一个时间段中，通过利用第二加热单元132将待处理对象5瞬时加热至第二温度（高于与每个时间段对应的温度）。
如上所述，利用根据第一示例性实施方式的结晶装置100的、根据第二示例性实施方式的结晶方法可以使待处理对象5结晶，以使得待处理对象5的结晶加速，并且可以通过一个热处理过程进行待处理对象5的同时结晶固化。这样，可以提高待处理对象5的结晶效率，从而降低待处理对象5的结晶时间和结晶成本。
另外，当待处理对象5是薄膜晶体管的有源层时，利用根据第一示例性实施方式的结晶装置100的、根据第二示例性实施方式的结晶方法可以通过加速的结晶由待处理对象5形成有源层，从而改善薄膜晶体管的半导体特性。
根据一个实施方式，在根据第二示例性实施方式的结晶方法中，第二时间段PE2可以处于第一时间段PE1的温度保持时间段SP2和温度降低时间段SP3中。在根据另一示例性实施方式的结晶方法中，第二时间段PE2可以仅处于第一时间段PE1的温度保持时间段SP2中，或者可以仅处于温度降低时间段SP3中。第二时间段PE2的出现可根据待处理对象5所包含的材料以及对待处理对象进行热处理的环境而确定。
接下来，参见图5A和5B，将描述根据第三示例性实施方式的热处理系统。
图5A示出了根据第三示例性实施方式的热处理系统的示意图。图5B示出了在根据第三示例性实施方式的热处理系统中，使待处理对象结晶的热处理的温度曲线的视图。在图5B所示的视图中，x轴表示对待处理对象进行热处理的时间，y轴表示对待处理对象进行热处理的温度。
如图5A所示，根据第三示例性实施方式的热处理系统1000可包括装载单元200、多个热处理装置300以及根据第一示例性实施方式的上述结晶装置100。
装载单元200可以将接纳待处理对象5的接纳单元120承载和转移到多个热处理装置300和结晶装置100中，或者将接纳待处理对象5的接纳单元120承载和转移出多个热处理装置300和结晶装置100，多个热处理装置300与结晶装置100彼此成直线连接。
多个热处理装置300可以用于对待处理对象5的热处理。多个热处理装置300可以彼此连接，并且排列为在与接纳单元120被装载单元200转移的方向对应的方向上延伸。
根据第一示例性实施方式的结晶装置100可以设置在多个热处理装置300中相邻的（即邻近的）热处理装置300之间。
如图5B所示，在根据第三示例性实施方式的热处理系统1000中，当待处理对象5经过多个热处理装置300时，可以在第一时间段PE1的温度保持时间段SP2中在第一温度处对待处理对象5加热，当待处理对象5经过结晶装置100时，可以在第一时间段PE1的温度保持时间段SP2中在高于第一温度的第二温度处瞬时加热待处理对象5。
如上所述，根据第三示例性实施方式的热处理系统1000可以使待处理对象5结晶。由此，热处理系统1000可以加速待处理对象5的结晶，并且通过一个热处理过程同时进行待处理对象5的结晶固化。这样，可以提高待处理对象5的结晶效率，从而降低待处理对象5的结晶时间和成本。
虽然所描述的公开内容与目前被认为是实际的示例性实施方式有关，但是应该理解，实施方式不限于所公开的实施方式，相反，实施方式将覆盖所附的权利要求的精神和范围内所包含的各种修改和等同设置。

Claims (9)

1.一种结晶装置，包括：
接纳单元，支承待处理对象；
第一加热单元，邻近于所述接纳单元，所述第一加热单元配置为在第一时间段中将所述待处理对象加热至第一温度；以及
第二加热单元，邻近于所述第一加热单元，所述第二加热单元配置为在第二时间段中将所述待处理对象加热至比所述第一温度高的第二温度，所述第二时间段比所述第一时间段短。
2.如权利要求1所述的结晶装置，其中
所述第一加热单元包括多个第一加热单元，所述第二加热单元包括多个第二加热单元，并且
所述多个第一加热单元和所述多个第二加热单元交替地设置。
3.如权利要求1所述的结晶装置，其中
所述第一加热单元是加热线，所述加热线配置为利用电阻产生热量，并且
所述第二加热单元被配置为利用灯产生热量。
4.如权利要求3所述的结晶装置，其中所述灯包括红外线灯、紫外线灯以及弧光灯中的一种。
5.如权利要求1所述的结晶装置，其中
所述接纳单元、所述第一加热单元以及所述第二加热单元设置在腔室中。
6.如权利要求1所述的结晶装置，其中
所述第一温度在100°C到750°C的范围内。
7.一种热处理系统，包括：
装载单元，用于将支承待处理对象的接纳单元装载于其上；
多个热处理装置，连接在一起并且排列为在与所述接纳单元被转移的方向对应的方向上延伸，以用于进行热处理；以及
如权利要求1所述的结晶装置，所述结晶装置设置在所述多个热处理装置中的相邻的热处理装置之间。
8.一种结晶方法，包括：
在第一时间段中，在第一温度处加热待处理对象；以及
在第二时间段中，在比所述第一温度高的第二温度处加热所述待处理对象，所述第二时间段比所述第一时间段短，并且所述第二时间段包含在所述第一时间段中。
9.如权利要求8所述的结晶方法，其中
所述第一时间段包括：
温度升高时间段，在所述温度升高时间段中，所述待处理对
象的温度升高至所述第一温度，
温度保持时间段，在所述温度保持时间段中，所述待处理对
象的温度被保持在所述第一温度，以及
温度降低时间段，在所述温度降低时间段中，所述待处理对
象的温度从所述第一温度降低，并且
所述第二时间段处于所述温度保持时间段和所述温度降低时间段中的至少一个时间段内。
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