CN103236399A - 改善多晶硅结晶率的方法及装置 - Google Patents
改善多晶硅结晶率的方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103236399A CN103236399A CN2013101283234A CN201310128323A CN103236399A CN 103236399 A CN103236399 A CN 103236399A CN 2013101283234 A CN2013101283234 A CN 2013101283234A CN 201310128323 A CN201310128323 A CN 201310128323A CN 103236399 A CN103236399 A CN 103236399A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser beam
- pulse laser
- pulse
- laser
- polysilicon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 95
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 title abstract description 14
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 title abstract description 13
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims description 87
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 54
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 45
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 12
- 241000931526 Acer campestre Species 0.000 claims description 6
- 230000003760 hair shine Effects 0.000 claims description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 27
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 27
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 24
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 7
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004880 explosion Methods 0.000 abstract 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 abstract 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- JGRGMDZIEXDEQT-UHFFFAOYSA-N [Cl].[Xe] Chemical compound [Cl].[Xe] JGRGMDZIEXDEQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 2
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 2
- JWFFDNVGFHXGIB-UHFFFAOYSA-N [F].[Xe] Chemical compound [F].[Xe] JWFFDNVGFHXGIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
- B23K26/0608—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams in the same heat affected zone [HAZ]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
- B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02656—Special treatments
- H01L21/02664—Aftertreatments
- H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
- H01L21/02675—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams
- H01L21/02686—Pulsed laser beam
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02656—Special treatments
- H01L21/02664—Aftertreatments
- H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
- H01L21/02691—Scanning of a beam
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
本发明公开了一种改善多晶硅结晶率的方法，应用于非晶硅层转化为多晶硅层的工艺中，具体为叠加至少两脉冲激光束形成叠加脉冲激光束，且叠加脉冲激光束的脉冲宽度大于每个脉冲激光束的脉冲宽度，利用该叠加脉冲激光束照射非晶硅层，以使非晶硅层转化为多晶硅层；通过使用至少两个准分子激光源，调制激光的脉冲宽度，形成一具有较长脉冲宽度的叠加脉冲激光束照射于非晶硅层表面，在将非晶硅层转化为多晶硅层的同时，还降低了激光的峰值功率，减小了氢爆现象的发生几率，从而克服了由氢爆现象导致的多晶硅薄膜脱落而污染光镜组的问题，进而提高了多晶硅的结晶率。
Description
技术领域
本发明涉及多晶硅结晶技术，尤其涉及一种改善多晶硅结晶率的方法及装置。
背景技术
多晶硅因其优于非晶硅的电气特性，以及低于单晶硅的成本优势，而在薄膜晶体管制造上广受重视，尤其是在薄膜晶体管驱动液晶显示器的应用上。
目前在多晶硅薄膜的制作上，最为普遍使用的是准分子激光回火技术，如美国专利（公开号：US5529951）公开了一种使非晶硅转化为多晶硅的方法，具体为利用单一准分子激光照射于非晶硅表面，采用激光波长为308nm的激光，脉冲宽度为140ns～200ns，激光能量为280mJ/cm2～330mJ/cm2，使非晶硅转化为多晶硅，但是由于激光能量不能很快的达到融化温度，需要重复多次准分子激光照射才能将非晶硅转化为多晶硅，当使用较大峰值功率（峰值功率=激光能量/脉冲宽度）的激光时，极容易发生氢爆现象，而氢爆现象会导致多晶硅薄膜脱落，从而影响多晶硅的结晶率，且会污染光学镜组。
中国专利（公开号：CN1822334A）公开了一种多晶硅薄膜晶体管的制作方法，是在基板上形成非晶硅层之后，即对非晶硅层进行图案化，以形成硅岛图形，使提前定义出组件的主动区域。然后利用单发长脉冲激光束，采用脉冲宽度为100～200ns的激光束，以使非晶硅的加热时间大幅增加，进而延长非晶硅熔融结晶的时间，促使晶粒生长。
上述发明虽然给出了促使晶粒生长的方法，但是仍然未能克服由于采用峰值功率较大的激光导致的氢爆现象的问题，从而也未能解决由氢爆现象导致的多晶硅薄膜脱落而影响多晶硅的结晶率的问题。
美国专利（公开号：US7009140B2）公开了一种雷射薄膜多晶硅退火光学系统，使用4000Hz以上、中心波长约为351nm的脉冲XeF（氙氟）激光束作为光源，以扫描形式重复作用于非晶硅表面，使非晶硅转化成新晶体。
上述发明虽然采用的激光脉冲宽度相对较长，但是其激光能量也是较大的，采用上述发明提供的方法的激光的峰值功率仍然较大，所以，上述发明未能克服由于采用峰值功率较大的激光导致的氢爆现象的问题，从而也未能解决由氢爆现象导致的多晶硅薄膜脱落而影响多晶硅的结晶率的问题。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种改善多晶硅结晶率的方法，以克服现有技术中由于采用峰值功率较大的激光导致的氢爆现象的问题，从而解决由氢爆现象导致的多晶硅薄膜脱落而污染光学镜组的问题，进而提高多晶硅的结晶率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种改善多晶硅结晶率的方法，应用于将非晶硅层转化为多晶硅层的工艺中，所述非晶硅层覆盖于一硬质衬底的上表面，其中，所述方法包括：
将至少两脉冲激光束进行叠加，形成一叠加脉冲激光束；
利用所述叠加脉冲激光束照射所述非晶硅层，以使所述非晶硅层转化为多晶硅层；
所述叠加脉冲激光束的脉冲宽度大于每个所述脉冲激光束的脉冲宽度，且每个所述脉冲激光束的峰值功率均低于一预设值，所述预设值为采用现有技术中的单一激光束进行非晶硅转化为多晶硅的工艺中发生氢爆现象时，该单一激光束的峰值功率值。
上述的改善多晶硅结晶率的方法，其中，所述叠加脉冲激光束的激光强度的范围为250mJ/cm2（亳焦每平方厘米）～320mJ/cm2，如250mJ/cm2、270mJ/cm2、280mJ/cm2、300mJ/cm2、320mJ/cm2等。
上述的改善多晶硅结晶率的方法，其中，所述叠加脉冲激光束的脉冲宽度的范围为150ns～300ns，如150ns、200ns、230ns、260ns、300ns等。
上述的改善多晶硅结晶率的方法，其中，所述叠加脉冲激光束的脉冲宽度间隔为20ns～80ns，如20ns、40ns、55ns、60ns、80ns等。
上述的改善多晶硅结晶率的方法，其中，每个所述脉冲激光束由一台或多台准分子激光源发射。
上述的改善多晶硅结晶率的方法，其中，每个所述脉冲激光束的频率均相同。
上述的改善多晶硅结晶率的方法，其中，相邻的两个脉冲激光束之间的相位差小于所述脉冲激光束的脉冲宽度。
上述的改善多晶硅结晶率的方法，其中，每个所述脉冲激光束的激光波长均为308nm，如采用氙氯激光。
上述的改善多晶硅结晶率的方法，其中，相邻的两个所述脉冲激光束中，一个脉冲激光束中的激光由S偏振光组成，另一个脉冲激光束中的激光由P偏振光组成。
上述的改善多晶硅结晶率的方法，其中，所述硬质衬底为玻璃基板或塑料基板。
一种改善多晶硅结晶率的激光装置，应用于将非晶硅层转化为多晶硅层的工艺中，其中，所述激光装置包括：
一聚光透镜、至少两个激光源和与所述激光源一一对应的反射镜；
所述聚光透镜位于所述反射镜与所述非晶硅层之间；
每个所述激光源均发射一激光束至与该激光源对应的反射镜上，且该反射镜反射该激光束至所述聚光透镜上，所述聚光透镜汇聚所有照射至该聚光透镜的激光束形成一叠加脉冲激光束，所述叠加脉冲激光束照射于所述非晶硅层的上表面。
上述的改善多晶硅结晶率的激光装置，其中，每个所述激光源发射的激光的波长均为308nm，如采用氙氯激光。
上述的改善多晶硅结晶率的激光装置，其中，每个所述激光源的发射频率均相同。
上述的改善多晶硅结晶率的激光装置，其中，所述叠加脉冲激光束的脉冲宽度大于每个所述脉冲激光束的脉冲宽度。
上述的改善多晶硅结晶率的激光装置，其中，每个所述脉冲激光束的峰值功率均低于一预设值；
其中，所述预设值为采用一个激光束进行非晶硅转化为多晶硅的工艺中发生氢爆现象时，该激光束的峰值功率值。
上述的改善多晶硅结晶率的激光装置，其中，相邻的两个所述脉冲激光束中，一个脉冲激光束中的激光由S偏振光组成，另一个脉冲激光束中的激光由P偏振光组成。
上述技术方案具有如下优点或者有益效果：
本申请的技术方案中采用至少两个准分子激光源发射脉冲激光束，通过调制每个准分子激光源发射脉冲激光束的时间，将多个脉冲激光束进行叠加，以形成一叠加脉冲激光束，该叠加脉冲激光束的脉冲宽度大于任意一个脉冲激光束，且该叠加脉冲激光束的脉冲宽度还大于现有技术中的单一准分子激光束的脉冲宽度；继续将叠加形成的该叠加脉冲激光束照射于非晶硅层表面，在将非晶硅层转化为多晶硅层的同时，还降低了照射于非晶硅层的叠加脉冲激光束的峰值功率，以减小氢爆现象的发生机率，从而克服了由氢爆现象导致的多晶硅薄膜脱落而污染光镜组的问题，进而提高了多晶硅的结晶率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1是本发明实施例1提供的采用两个准分子激光源改善多晶硅结晶率的结构示意图；
图2是采用现有技术中的准分子激光技术产生的激光能量与时间的关系示意图；
图3是采用本发明实施例1提供的两个准分子激光源产生的第一脉冲激光束和第二脉冲激光束的激光能量与时间的关系示意图；
图4是采用本发明实施例1提供的采用两个准分子激光源产生的激光能量与时间的关系示意图；
图5是本发明实施例1提供的采用两个准分子激光源与现有技术中单一准分子激光源产生的激光能量与时间的关系比较示意图；
图6是本发明实施例2提供的采用三个准分子激光源改善多晶硅结晶率的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
本发明提供的改善多晶硅结晶率的方法，应用于将非晶硅层转化为多晶硅层的工艺中，具体包括：首先，将至少两脉冲激光束进行叠加，形成一叠加脉冲激光束，而后利用该叠加脉冲激光束照射非晶硅层，以使非晶硅层转化为多晶硅层，且相邻的两个所述脉冲激光束中，一个脉冲激光束中的激光由S偏振光组成，另一个脉冲激光束中的激光由P偏振光组成。
其中，该叠加脉冲激光束的脉冲宽度大于任意一个脉冲激光束的脉冲宽度，该叠加脉冲激光束的脉冲宽度的范围为150ns～300ns，且该叠加脉冲激光束的激光强度的范围为250mJ/cm2～320mJ/cm2，另外，该叠加脉冲激光束的脉冲宽度间隔的范围为20ns～80ns，每个脉冲激光束的激光波长均为308nm，每个脉冲激光束的激光强度均小于现有技术中的单一准分子激光源发射的激光束的激光强度，每个脉冲激光束的峰值功率均低于一预设值，该预设值为采用一个激光束进行非晶硅转化为多晶硅的工艺中发生氢爆现象时，该激光束的峰值功率值。
本发明提供的改善多晶硅结晶率的激光装置，应用于将非晶硅层转化为多晶硅层的工艺中，具体包括：一聚光透镜、至少两个激光源和与激光源一一对应的反射镜，并且聚光透镜位于反射镜和非晶硅层之间，每个激光源均发射一激光束至与该激光源对应的反射镜上，且该反射镜反射该激光束至聚光透镜上，而后聚光透镜汇聚所有照射至该聚光透镜的激光束形成一叠加脉冲激光束，最后叠加脉冲激光束照射于非晶硅层的上表面。
其中，每个激光源发射的激光束的频率均相同，且相邻的两个激光源发射的激光束的相位差小于每个激光源发射的激光束的脉冲宽度，同时相邻的两个所述脉冲激光束中，一个脉冲激光束中的激光由S偏振光组成，另一个脉冲激光束中的激光由P偏振光组成。另外，每个所述激光源发射的激光的波长均为308nm，每个脉冲激光束的激光强度均小于现有技术中的单一准分子激光源发射的激光束的激光强度，每个脉冲激光束的峰值功率均低于一预设值，该预设值为采用现有技术中的一个激光束进行非晶硅转化为多晶硅的工艺中发生氢爆现象时，该激光束的峰值功率值。
实施例1：
图1是本发明实施例1提供的采用两个准分子激光源改善多晶硅结晶率的结构示意图；如图1所示，硬质衬底101上表面覆盖有非晶硅层102，第一准分子激光源103发射第一脉冲激光束至第一反射镜105，第二准分子激光源104发射第二脉冲激光束至第二反射镜106，反射的第一脉冲激光束和反射的第二脉冲激光束经过聚光透镜107汇聚成一叠加脉冲激光束，叠加脉冲激光束照射在非晶硅层102上，从而使非晶硅层结晶成为多晶硅层。
其中，叠加脉冲激光束的脉冲宽度的范围为150ns～300ns，如150ns、200ns、230ns、260ns、300ns等，叠加脉冲激光束的激光强度的范围为250mJ/cm2～320mJ/cm2，如250mJ/cm2、270mJ/cm2、280mJ/cm2、300mJ/cm2、320mJ/cm2等，且叠加脉冲激光束的脉冲宽度间隔的范围为20ns～80ns，如20ns、40ns、55ns、60ns、80ns等，另外，第一脉冲激光束和第二脉冲激光束的激光波长均为308nm，如采用氙氯激光，第一脉冲激光束和第二脉冲激光束的激光强度均小于现有技术中的单一准分子激光源发射的脉冲激光束的激光强度，第一、第二脉冲激光束的峰值功率均低于一预设值，该预设值为采用一个激光束进行非晶硅转化为多晶硅的工艺中发生氢爆现象时，该激光束的峰值功率值，且硬质衬底可为但又不局限于玻璃基板。
其中，第一脉冲激光束和第二脉冲激光束中的激光由P偏振光组成或由S偏振光组成，且当第一脉冲激光束中的激光由P偏振光组成时，第二脉冲激光束中的激光由S偏振光组成，而当第一脉冲激光束中的激光由S偏振光组成时，第二脉冲激光束中的激光由P偏振光组成。
图2是采用现有技术中的准分子激光技术产生的激光能量与时间的关系示意图；如图2所示，现有技术中均采用单一准分子激光束进行非晶硅转化多晶硅工艺，激光能量与时间的关系如图2所示，图中横向轴为时间轴，即脉冲宽度轴，纵向轴为能量轴，即激光能量轴，由于单一准分子激光束的脉冲宽度较短，而峰值功率=能量/脉冲宽度，所以单一准分子激光束的峰值功率较大，从而容易发生氢爆现象，氢爆现象会导致硅膜脱落，造成多晶硅结晶率降低，并且污染光学镜组。
图3是采用本发明实施例1提供的两个准分子激光源产生的第一脉冲激光束和第二脉冲激光束的激光能量与时间的关系示意图；如图3所示，图中横向轴为时间轴，即脉冲宽度轴，纵向轴为能量轴，即激光能量轴；分别控制第一准分子激光源和第二准分子激光源发射脉冲激光束的时间，使它们叠加形成的叠加脉冲激光束，叠加脉冲激光束的脉冲宽度大于第一、第二脉冲激光束中任意一个脉冲激光束的脉冲宽度，且第一脉冲激光束中的激光由P偏振光组成，第二脉冲激光束中的激光由S偏振光组成。第一、第二脉冲激光束的峰值功率低于一预设值，该预设值为采用一个激光束进行非晶硅转化为多晶硅的工艺中发生氢爆现象时，该激光束的峰值功率值，从而避免氢爆现象的发生。
图4是采用本发明实施例1提供的采用两个准分子激光源产生的激光能量与时间的关系示意图；如图4所示，图中横向轴为时间轴（即脉冲宽度轴），纵向轴为能量轴（即激光能量轴），实线波形表示叠加脉冲激光束的能量波形，且一个实线波形中的两虚线波形分别表示第一脉冲激光束和第二脉冲激光束的能量波形；其中，叠加脉冲激光束的脉冲宽度T1的范围为150ns～300ns，如150ns、165ns、195ns、235ns、265ns、300ns等，且相邻两个叠加脉冲激光束的脉冲宽度间隔T2的范围为20ns～80ns，如20ns、35ns、55ns、65ns、75ns、80ns等。
具体的，采用实施例1提供的两个准分子激光源发射激光，第一脉冲激光束和第二脉冲激光束经过反射镜和聚光透镜后汇聚为一叠加脉冲激光束，由于光波的叠加性，第二脉冲激光束延后于第一脉冲激光束发射（具体延迟时间根据工艺需求计算决定），从而使得照射到非晶硅层表面的叠加脉冲激光束的脉冲宽度较长，叠加脉冲激光束的脉冲宽度大于每个脉冲激光束的脉冲宽度。
图5是本发明实施例1提供的采用两个准分子激光源与现有技术中单一准分子激光源产生的激光能量与时间的关系比较示意图；如图5所示，本发明实施例1中的叠加脉冲激光束的脉冲宽度大于现有技术中的单一准分子激光束的脉冲宽度，且叠加脉冲激光束的激光能量的波峰相对于现有技术中的激光束的激光能量的波峰比较平缓，如在T3～T4时间范围内，本发明实施例1中的叠加脉冲激光束的能量基本保持在E2（波峰处的能量为E2）水平，而现有技术中采用单一准分子激光源产生的单一准分子激光束的激光能量则在E1～E2范围变化，尤其是在时间T3、T4处，现有技术中的激光源所发射的激光能量均为E1，即其激光能量相对波峰处的激光能量值减少了E2-E1（E2＞E1），波形变化较大；由此可见，叠加脉冲激光束的激光能量的峰值相对于现有技术中的激光束的激光能量的峰值比较平缓。
另外，由于叠加脉冲激光束的激光能量与现有技术中的激光束的激光能量相当（达到使非晶硅层转化为多晶硅层的能量），而峰值功率=能量/脉冲宽度，所以采用实施例1提供的由两个准分子激光源发射的激光束汇聚的叠加脉冲激光束进行非晶硅转化为多晶硅工艺时，由于叠加脉冲激光束的脉冲宽度大于现有技术中的单一准分子激光束的脉冲宽度，所以叠加脉冲激光束的峰值功率较低，从而克服了现有技术中由于采用峰值功率较大的激光导致的氢爆现象的问题，解决了由氢爆现象导致的多晶硅薄膜脱落而污染光学镜组的问题，进而提高了多晶硅的结晶率。
实施例2：
图6是本发明实施例2提供的采用三个准分子激光源改善多晶硅结晶率的结构示意图；如图6所示，硬质衬底201上表面覆盖有非晶硅层202，第一准分子激光源203发射第一脉冲激光束至第一反射镜206，第二准分子激光源204发射第二脉冲激光束至第二反射镜207，第三准分子激光源205发射第三脉冲激光束至第三反射镜208，反射的第一脉冲激光束、反射的第二脉冲激光束和反射的第三脉冲激光束经过聚光透镜209汇聚成一叠加脉冲激光束，叠加脉冲激光束照射在非晶硅层202上，从而使非晶硅层结晶成为多晶硅层。
其中，经过聚光透镜209后汇聚的叠加脉冲激光束的脉冲宽度为150ns～300ns，如150ns、175ns、215ns、255ns、300ns等，叠加脉冲激光束的激光强度的范围为250mJ/cm2～320mJ/cm2，如250mJ/cm2、275mJ/cm2、285mJ/cm2、305mJ/cm2、320mJ/cm2等，且叠加脉冲激光束的脉冲宽度间隔的范围为20ns～80ns，如20ns、35ns、45ns、65ns、80ns等，第一脉冲激光束、第二脉冲激光束和第三脉冲激光束的激光波长均为308nm，如采用氙氯激光等，且硬质衬底可为但又不局限于玻璃基板。
由于光波的叠加性，第二脉冲激光束延后于第一脉冲激光束发射，而第三脉冲激光束延后于第二脉冲激光束发射（具体延迟时间根据工艺需求决定），从而使得第一脉冲激光束、第二脉冲激光束和第三脉冲激光束经过高反射镜和聚光透镜后汇聚成一叠加脉冲激光束，叠加脉冲激光束的脉冲宽度较长，叠加脉冲激光束的脉冲宽度大于每个脉冲激光束的脉冲宽度，并且本发明实施例2中的叠加脉冲激光束的脉冲宽度大于现有技术中的单一准分子激光束的脉冲宽度，另外，由于叠加脉冲激光束的激光能量与现有技术中的激光束的激光能量相当，而峰值功率=能量/脉冲宽度，所以采用实施例2提供的由三个准分子激光源发射的激光束汇聚的叠加脉冲激光束进行非晶硅转化为多晶硅的工艺时，且由于叠加脉冲激光束的脉冲宽度比现有技术中的单一准分子激光束的脉冲宽度大，所以叠加脉冲激光束的峰值功率较低，克服了现有技术中由于采用峰值功率较大的激光导致的氢爆现象的问题，从而解决由氢爆现象导致的多晶硅薄膜脱落而污染光学镜组的问题，进而提高多晶硅的结晶率。
其中，上述激光束中的激光由P偏振光组成或由S偏振光组成，且当第一脉冲激光束中的激光由P偏振光组成时，第二脉冲激光束中的激光由S偏振光组成，第三脉冲激光束中的激光由P偏振光组成；而当第一脉冲激光束中的激光由S偏振光组成时，第二脉冲激光束中的激光由P偏振光组成，第三脉冲激光束中的激光由S偏振光组成。
综上所述，本申请的技术方案中采用至少两个准分子激光源发射脉冲激光束，通过调制每个准分子激光源发射脉冲激光束的时间，将多个脉冲激光束进行叠加，以形成一叠加脉冲激光束，该叠加脉冲激光束的脉冲宽度大于任意一个脉冲激光束，且该叠加脉冲激光束的脉冲宽度还大于现有技术中的单一准分子激光束的脉冲宽度；继续将叠加形成的该叠加脉冲激光束照射于非晶硅层表面，在将非晶硅层转化为多晶硅层的同时，还降低了照射于非晶硅层的叠加脉冲激光束的峰值功率，以减小氢爆现象的发生机率，从而克服了由氢爆现象导致的多晶硅薄膜脱落而污染光镜组的问题，进而提高了多晶硅的结晶率。
本领域技术人员应该理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (16)
1.一种改善多晶硅结晶率的方法，应用于将非晶硅层转化为多晶硅层的工艺中，所述非晶硅层覆盖于一硬质衬底的上表面，其特征在于，所述方法包括：
将至少两脉冲激光束进行叠加，形成一叠加脉冲激光束；
利用所述叠加脉冲激光束照射所述非晶硅层，以使所述非晶硅层转化为多晶硅层；
所述叠加脉冲激光束的脉冲宽度大于每个所述脉冲激光束的脉冲宽度，且每个所述脉冲激光束的峰值功率均低于一预设值。
2.如权利要求1所述的改善多晶硅结晶率的方法，其特征在于，所述叠加脉冲激光束的激光强度的范围为250mJ/cm2～320mJ/cm2。
3.如权利要求1所述的改善多晶硅结晶率的方法，其特征在于，所述叠加脉冲激光束的脉冲宽度的范围为150ns～300ns。
4.如权利要求1所述的改善多晶硅结晶率的方法，其特征在于，所述叠加脉冲激光束的脉冲宽度间隔的范围为20ns～80ns。
5.如权利要求1所述的改善多晶硅结晶率的方法，其特征在于，每个所述脉冲激光束由一台或多台准分子激光源发射。
6.如权利要求1所述的改善多晶硅结晶率的方法，其特征在于，每个所述脉冲激光束的频率均相同。
7.如权利要求1所述的改善多晶硅结晶率的方法，其特征在于，相邻的两个脉冲激光束之间的相位差小于每个所述脉冲激光束的脉冲宽度。
8.如权利要求1所述的改善多晶硅结晶率的方法，其特征在于，每个所述脉冲激光束的激光波长均为308nm。
9.如权利要求1-8中任意一项所述的改善多晶硅结晶率的方法，其特征在于，相邻的两个所述脉冲激光束中，一个脉冲激光束中的激光由S偏振光组成，另一个脉冲激光束中的激光由P偏振光组成。
10.如权利要求9所述的改善多晶硅结晶率的方法，其特征在于，所述硬质衬底为玻璃基板或塑料基板。
11.一种改善多晶硅结晶率的激光装置，应用于将非晶硅层转化为多晶硅层的工艺中，其特征在于，所述激光装置包括：
一聚光透镜、至少两个激光源和与所述激光源一一对应的反射镜；
所述聚光透镜位于所述反射镜与所述非晶硅层之间；
每个所述激光源均发射一激光束至与该激光源对应的反射镜上，且该反射镜反射该激光束至所述聚光透镜上，所述聚光透镜汇聚所有照射至该聚光透镜的激光束形成一叠加脉冲激光束，所述叠加脉冲激光束照射于所述非晶硅层的上表面。
12.如权利要求11所述的改善多晶硅结晶率的激光装置，其特征在于，每个所述激光源发射的激光的波长均为308nm。
13.如权利要求11所述的改善多晶硅结晶率的激光装置，其特征在于，每个所述激光源的发射频率均相同。
14.如权利要求11所述的改善多晶硅结晶率的激光装置，其特征在于，所述叠加脉冲激光束的脉冲宽度大于每个所述脉冲激光束的脉冲宽度。
15.如权利要求11所述的改善多晶硅结晶率的激光装置，其特征在于，每个所述脉冲激光束的峰值功率均低于一预设值。
16.如权利要求11-15中任意一项所述的改善多晶硅结晶率的激光装置，其特征在于，相邻的两个所述脉冲激光束中，一个脉冲激光束中的激光由S偏振光组成，另一个脉冲激光束中的激光由P偏振光组成。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2013101283234A CN103236399A (zh) | 2013-04-12 | 2013-04-12 | 改善多晶硅结晶率的方法及装置 |
| US14/094,435 US9190278B2 (en) | 2013-04-12 | 2013-12-02 | Device and method for improving crystallization |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2013101283234A CN103236399A (zh) | 2013-04-12 | 2013-04-12 | 改善多晶硅结晶率的方法及装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103236399A true CN103236399A (zh) | 2013-08-07 |
Family
ID=48884432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2013101283234A Pending CN103236399A (zh) | 2013-04-12 | 2013-04-12 | 改善多晶硅结晶率的方法及装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9190278B2 (zh) |
| CN (1) | CN103236399A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106783529A (zh) * | 2015-11-25 | 2017-05-31 | 上海和辉光电有限公司 | 一种连续型非晶硅薄膜处理系统及方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3685954B1 (en) * | 2019-01-22 | 2024-01-24 | Synova S.A. | Method for cutting a workpiece with a complex fluid-jet-guided laser beam |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010052513A1 (en) * | 1999-12-24 | 2001-12-20 | Nec Corporation | Apparatus for transforming semiconducting thin layer |
| CN1362728A (zh) * | 2000-12-26 | 2002-08-07 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体器件的制造方法 |
| CN1476062A (zh) * | 2002-07-18 | 2004-02-18 | Necһ��������ʽ���� | 形成半导体薄膜的方法和该方法使用的激光设备 |
| CN1560907A (zh) * | 2004-03-08 | 2005-01-05 | 友达光电股份有限公司 | 激光退火装置及其激光退火方法 |
| CN102668039A (zh) * | 2009-11-30 | 2012-09-12 | 株式会社日本制钢所 | 激光退火装置及激光退火方法 |
| CN103165422A (zh) * | 2013-03-08 | 2013-06-19 | 上海和辉光电有限公司 | 以高能辐射源形成多晶硅的方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100299292B1 (ko) | 1993-11-02 | 2001-12-01 | 이데이 노부유끼 | 다결정실리콘박막형성방법및그표면처리장치 |
| US7009140B2 (en) | 2001-04-18 | 2006-03-07 | Cymer, Inc. | Laser thin film poly-silicon annealing optical system |
| CN100511606C (zh) | 2005-02-17 | 2009-07-08 | 财团法人工业技术研究院 | 多晶硅薄膜晶体管的制作方法 |
-
2013
- 2013-04-12 CN CN2013101283234A patent/CN103236399A/zh active Pending
- 2013-12-02 US US14/094,435 patent/US9190278B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010052513A1 (en) * | 1999-12-24 | 2001-12-20 | Nec Corporation | Apparatus for transforming semiconducting thin layer |
| CN1362728A (zh) * | 2000-12-26 | 2002-08-07 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体器件的制造方法 |
| CN1476062A (zh) * | 2002-07-18 | 2004-02-18 | Necһ��������ʽ���� | 形成半导体薄膜的方法和该方法使用的激光设备 |
| CN1560907A (zh) * | 2004-03-08 | 2005-01-05 | 友达光电股份有限公司 | 激光退火装置及其激光退火方法 |
| CN102668039A (zh) * | 2009-11-30 | 2012-09-12 | 株式会社日本制钢所 | 激光退火装置及激光退火方法 |
| CN103165422A (zh) * | 2013-03-08 | 2013-06-19 | 上海和辉光电有限公司 | 以高能辐射源形成多晶硅的方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106783529A (zh) * | 2015-11-25 | 2017-05-31 | 上海和辉光电有限公司 | 一种连续型非晶硅薄膜处理系统及方法 |
| CN106783529B (zh) * | 2015-11-25 | 2020-04-28 | 上海和辉光电有限公司 | 一种连续型非晶硅薄膜处理系统及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US9190278B2 (en) | 2015-11-17 |
| US20140308803A1 (en) | 2014-10-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI332682B (en) | Beam homogenizer and laser irradiation apparatus and method of manufacturing semiconductor device | |
| CN100394287C (zh) | 显示装置的制造方法 | |
| CN102596482B (zh) | 使用具有有益的脉冲波形的激光脉冲群在薄膜材料中划线的方法及装置 | |
| CN1179403C (zh) | 半导体器件及其制造方法 | |
| KR101037119B1 (ko) | 빔 호모게나이저, 레이저 조사장치 및 반도체장치의제조방법 | |
| CN101356624B (zh) | 激光退火方法以及激光退火装置 | |
| CN102672355A (zh) | Led 衬底的划片方法 | |
| JP6167358B2 (ja) | レーザアニール装置及びレーザアニール方法 | |
| TWI598930B (zh) | 經脈衝的線性射束 | |
| JP2002110544A (ja) | レーザアニールによる薄膜結晶成長 | |
| WO2019119784A1 (zh) | 一种除膜处理方法和设备 | |
| CN102689092A (zh) | 一种使用双激光光束的太阳能晶圆精密加工方法及装置 | |
| CN103236399A (zh) | 改善多晶硅结晶率的方法及装置 | |
| CN102615421A (zh) | 多层薄膜基板加工方法及装置 | |
| CN102728955B (zh) | 划线碲化镉太阳能电池薄膜层的方法与装置 | |
| CN104362115A (zh) | 一种准分子激光退火装置及该装置的使用方法 | |
| US20170207086A1 (en) | Preparation methods of low temperature poly-silicon thin film and transistor and laser crystallization apparatus | |
| CN102165562A (zh) | 半导体制造装置 | |
| US20190189831A1 (en) | Processing method for removing film and apparatus for removing film | |
| CN103848392A (zh) | 一种微结构周期可控的大面积黑硅的制造方法 | |
| CN202667917U (zh) | 一种使用双激光光束的太阳能晶圆精密加工装置 | |
| Baird et al. | P2 and P3 spatially shaped laser scribing of CdTe and a-Si thin film solar cells using a 532 nm picosecond MOFPA | |
| JP4619035B2 (ja) | ビームホモジナイザ及びレーザ照射装置、並びに半導体装置の作製方法 | |
| JP2004134785A (ja) | ビームホモジナイザおよびレーザ照射装置、並びに半導体装置の作製方法 | |
| CN202684325U (zh) | 一种激光褪火设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130807 |