CN104979247B - 激光退火装置和激光退火方法 - Google Patents
激光退火装置和激光退火方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104979247B CN104979247B CN201510348729.2A CN201510348729A CN104979247B CN 104979247 B CN104979247 B CN 104979247B CN 201510348729 A CN201510348729 A CN 201510348729A CN 104979247 B CN104979247 B CN 104979247B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- amorphous silicon
- area
- silicon layer
- laser
- temperature
- 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.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 53
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims abstract description 28
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 claims description 26
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 21
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 12
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract description 12
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 abstract description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 7
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 8
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000005224 laser annealing Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 2
- 229940037003 alum Drugs 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
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
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
-
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
本发明涉及一种激光退火装置和激光退火方法。该退火装置包括用于承载透明基板的载台，在透明基板上设置有非晶硅层，在载台内设置有控制非晶硅层的温度的温控构件，激光器，其能提供透射透明基板而照射到温控构件上的激光。温控构件在激光的照射下将非晶硅层划分成多个区域，并且多个区域中相邻的区域之间的温度彼此不同。通过使用这种激光退火装置，在将非晶硅熔融再结晶时，能够控制再结晶的方向。这样可以使所形成的多晶硅层的晶粒较大、晶界较少，多晶硅半导体层的电子迁移率也因此而提高。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示器制造领域，特别是涉及使用准分子激光来使非晶硅膜退火的装置。本发明还涉及使用这种装置进行退火的方法。
背景技术
在液晶显示器中，在基板上形成有多晶硅半导体层。该半导体层用于形成薄膜晶体管。因此，多晶硅半导体层的电子迁移率的大小会严重影响薄膜晶体管的性能，并由此而影响液晶显示器的显示效果。
在现有技术中，多晶硅半导体层通常通过下面方式来制备：在准分子激光退火制程中，使用准分子激光均匀照射处于基板上的非晶硅层，使得非晶硅层受高温熔融，然后重结晶形成多晶硅层。重结晶时会按照从低能量向高能量的方向(即，从低温到高温的方向)结晶。然而，由于采用准分子激光均匀照射非晶硅膜层的方式来加热，因此非晶硅膜层的各部分的温度大致相等。在这种情况下，非晶硅重结晶的起点和方向是凌乱的，这将导致所形成的多晶硅层的晶粒较小、晶界较多，而这会有害地影响多晶硅半导体层的电子迁移率。
发明内容
针对上述问题，提出了一种激光退火装置。通过使用这种激光退火装置，在将非晶硅熔融再结晶时，能够控制再结晶的方向。这样可以使所形成的多晶硅层的晶粒较大、晶界较少，多晶硅半导体层的电子迁移率也因此而提高。
根据第一方面，提出了一种激光退火装置，包括：用于承载透明基板的载台，在透明基板上设置有非晶硅层，在载台内设置有控制非晶硅层的温度的温控构件，激光器，其能提供透射透明基板而照射到温控构件上的激光。温控构件在激光的照射下将非晶硅层划分成多个区域，并且该多个区域中相邻的区域之间的温度彼此不同。
在使用这种激光退火装置时，可以根据需求将透明基板放置在载台上使得温控构件处于相对于透明基板而言适当的位置处。非晶硅层会吸收激光器产生的激光而被熔融。在温控构件的作用下，熔融的非晶硅层中预定区域形成高温区域和低温区域，这使得非晶硅会沿着从低温区域向高温区域的方向而重结晶。这样就使得非晶硅重结晶的起点和方向不再杂乱，所形成的多晶硅层的晶粒较大、晶界较少，多晶硅半导体层的电子迁移率也就会因此而较高。
在一个实施例中，温控构件包括多个交错布置的反光区和吸光区。反光区能够将照射到其上的激光反射到非晶硅上，而吸光区能够吸收照射到其上的激光而不是反射。这样，非晶硅的不同区域接收到的能量就彼此不同而导致温度不同。
在一个具体的实施例中，温控构件为设置在载台内的光罩，光罩包括深色区和镜面区，深色区形成吸光区，镜面区形成反光区。这样，在载台上放置和调整透明基板时，光罩以及其上的吸光区和反光区的位置不会受到影响。使用者就能够方便地根据预定要求来设置透明基板和光罩之间的相对位置。
在一个优选的实施例中，光罩以能更换的方式设置在载台内。由此，在给不同尺寸的透明基板进行退火操作时，仅需更换光罩而无需更换整个退火装置，由此极大地方便了使用者的使用，并且降低了退火成本。
在一个优选的实施例中，反光区和/或吸光区的形状为正方形、三角形、圆形以及多边形中的一种。这样，进一步方便了使用者的使用。
根据第二方面，提出了一种使用上文所述的激光退火装置对非晶硅层退火的方法，包括以下步骤，步骤一：将设置有非晶硅层的透明基板设置在所述载台上，步骤二：使用激光器产生的激光照射该透明基板和温控构件，步骤三：温控构件根据预定要求使非晶硅层形成具有多个不同温度的区域，以使非晶硅层根据预定要求而结晶形成多晶硅层。
根据这种退火方法，熔融的非晶硅层的结晶方向为多个不同温度的区域中的低温区域向高温区域。这样就使得非晶硅重结晶的起点和方向不再杂乱，所形成的多晶硅层的晶粒较大、晶界较少，多晶硅半导体层的电子迁移率也就会因此而较高。
在一个实施例中，温控构件包括多个交错布置的反光区和吸光区，非晶硅层的多个不同温度的区域中的高温区域对应于吸光区，低温区域对应于反光区。优选地，透明基板设置为使得非晶硅层背向载台。通过以这种方式设置基板，非晶硅层实际上与温控构件通过透明基板而隔开。这样，温控构件的吸光区产生的高温就不会对熔融的非晶硅的低温区域加热。由此，进一步加大了熔融的非晶硅的高温区域和低温区域之间的温度差，这非常有助于多晶硅晶粒的长大，并且减少多晶硅晶粒的数量。
在一个实施例中，温控构件为设置在载台内的光罩，光罩包括深色区和镜面区，深色区形成吸光区，镜面区形成反光区。
在一个实施例中，反光区和/或吸光区的形状为正方形、三角形、圆形以及多边形中的一种。
在本申请中，用语“高温区域”和“低温区域”并不意在限定该温度的绝对高低，而是指“高温区域”的温度比“低温区域”的温度高。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过使用这种退火装置可以使非晶硅重结晶的起点和方向不再杂乱，所形成的多晶硅层的晶粒较大、晶界较少，多晶硅半导体层的电子迁移率也就会因此而较高，液晶显示器的显示效果也因此而得以提高。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1是根据本发明的实施例的激光退火装置的结构示意图；
图2是根据本发明的实施例的光罩的结构示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1示意性地显示了激光退火装置10。在一个实施例中，激光可以为准分子激光。如图1所示，激光退火装置10包括载台1和设置在载台1上方的激光器9。载台1例如可以由透明石英制成。载台1用于承载透明基板3，在透明基板3上构造有待退火的非晶硅层5。在载台1内设置有控制非晶硅层5的温度的光罩2，实际上光罩2就形成了温控构件。此外，在透明基板3和非晶硅层5之间还具有缓冲层30。缓冲层30通常为厚度在50nm到600nm，优选为300nm的氧化硅，其用于隔离基板3上的杂质，以防止杂质进入到非晶硅层5内。
在对非晶硅层5进行退火时，将激光器9发射的激光照射或扫过非晶硅层5以使非晶硅层5熔融。在光罩2的控制下，熔融的非晶硅层5被划分成温度不同的多个区域，如图1中的高温区域6和低温区域7。在熔融的非晶硅层5冷却而结晶时，晶粒会从低温区域7朝向高温区域6生长，由此形成晶粒数量少但晶粒尺寸大的多晶硅层，这就完成了非晶硅层5的退火。这种晶粒数量少但晶粒尺寸大的多晶硅层的电子迁移率较高，有助于提高液晶显示器的显示品质。
下面来详细说明光罩2的结构和在载台1中的安装方式。
如图2所示，在光罩2大体为面状的平板，在光罩2上以阵列交错形式设置有吸光区21与反光区22。在一个实施例中，光罩2上的深色区例如黑色区为吸光区21，光罩2上的镜面区为反光区22。
在载台1的承载面11的下方构造有安装空间12，光罩2则安装在安装空间12内。透明基板3处于承载面11的上方。在对非晶硅层5进行退火时，照射到光罩2的反光区22处激光会被反射到非晶硅层5上，而照射到光罩2的吸光区21处激光会被光罩2吸收。这样，非晶硅层5上就会形成温度较高的高温区域6和低温区域7，而且高温区域6与反光区22正对，低温区域7与吸光区21正对。这样，就能通过控制透明基板3和光罩2之间的位置关系来控制非晶硅层5的重结晶的起点与方向，以获得大晶粒的多晶硅层。在一个实施例中，可将透明基板3相对于光罩2设置为反光区22正对多晶硅层的有源层(未示出)的位置。
优选地，能够将光罩2从安装空间12内取出，并且更换其他的光罩。这样，对于不同尺寸和/或不同要求的液晶面板或透明基板3而言，仅需要更换光罩2，而无需更换整个激光退火装置10，这极大地方便了使用者的使用并且降低了液晶显示器的生产成本。另外，吸光区21和/或反光区22的形状可为正方形、三角形、圆形和多边形的一种。当然，其他任意适当的形状也可使用。吸光区21与反光区22的大小及间距也可根据实际需求来调节。
使用激光退火装置10对非晶硅层5进行退火的方法如下。
步骤一，将设置有非晶硅层5的透明基板3设置在载台1上。
步骤二：使用激光器9产生的激光照射透明基板3和温控构件2。
步骤三：温控构件2根据预定要求使该非晶硅层5形成具有多个不同温度的区域，以使非晶硅层5根据预定要求而结晶成多晶硅层。
如上文所述，温控构件2可以为光罩2。在光罩2上以阵列交错形式设置有吸光区21与反光区22。在光罩2的吸光区21与反光区22的控制下，熔融的非晶硅层5被划分成温度不同的高温区域6和低温区域7。在熔融的非晶硅层5冷却而结晶时，晶粒会从低温区域7朝向高温区域6生长，由此形成晶粒数量少但晶粒尺寸大的多晶硅层。
在一个优选的实施例中，在步骤一中，透明基板3设置为使得非晶硅层5背向载台1，如图1所示。这样，非晶硅层5实际上与光罩2通过透明基板3而隔开。由此，光罩2的吸光区21处产生的高温就不会对熔融的非晶硅层5的低温区域7加热。熔融的非晶硅层5的高温区域6和低温区域7之间的温度差也就会更大，这非常有助于非晶硅层5从低温区域7向高温区域6重结晶，以形成晶粒尺寸较大晶粒数量较少的多晶硅层。
综上所述，根据这种激光退火装置10和激光退火方法能够控制非晶硅层5沿着特定的方向重结晶，并且形成晶粒尺寸较大晶粒数量较少的多晶硅层，由此可提高液晶显示器的显示效果。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (9)
1.一种激光退火装置，包括：
用于承载透明基板的载台，在所述透明基板上设置有非晶硅层，
在所述载台内设置有控制所述非晶硅层的温度的温控构件，
激光器，其能提供透射所述透明基板而照射到所述温控构件上的激光，
其中，所述温控构件在所述激光的照射下将所述非晶硅层划分成多个区域，并且所述多个区域中相邻的区域之间的温度彼此不同，
所述温控构件为设置在所述载台内的光罩，所述光罩以能更换的方式设置在所述载台内。
2.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于，所述温控构件包括多个交错布置的反光区和吸光区。
3.根据权利要求2所述的退火装置，其特征在于，所述光罩包括深色区和镜面区，所述深色区形成所述吸光区，所述镜面区形成所述反光区。
4.根据权利要求2或3所述的退火装置，其特征在于，所述反光区和/或所述吸光区的形状为正方形、三角形、圆形以及多边形中的一种。
5.一种使用根据权利要求1到4中任一项所述的激光退火装置对非晶硅层退火的方法，包括以下步骤，
步骤一：将设置有非晶硅层的透明基板设置在所述载台上，
步骤二：使用所述激光器产生的激光照射所述透明基板和温控构件，所述温控构件为设置在所述载台内的光罩，将所述光罩以能更换的方式设置在所述载台内，
步骤三：所述温控构件根据预定要求使所述非晶硅层形成具有多个不同温度的区域，以使所述非晶硅层根据所述预定要求而结晶成多晶硅层。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述温控构件包括多个交错布置的反光区和吸光区，
其中，所述非晶硅层的多个不同温度的区域中的高温区域对应于所述吸光区，低温区域对应于所述反光区。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述透明基板设置为使得所述非晶硅层背向所述载台。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述光罩包括深色区和镜面区，所述深色区形成所述吸光区，所述镜面区形成所述反光区。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述反光区和/或所述吸光区的形状为正方形、三角形、圆形以及多边形中的一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510348729.2A CN104979247B (zh) | 2015-06-23 | 2015-06-23 | 激光退火装置和激光退火方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510348729.2A CN104979247B (zh) | 2015-06-23 | 2015-06-23 | 激光退火装置和激光退火方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104979247A CN104979247A (zh) | 2015-10-14 |
| CN104979247B true CN104979247B (zh) | 2018-01-12 |
Family
ID=54275636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510348729.2A Active CN104979247B (zh) | 2015-06-23 | 2015-06-23 | 激光退火装置和激光退火方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104979247B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108428620B (zh) | 2018-03-27 | 2021-03-12 | 京东方科技集团股份有限公司 | 低温多晶硅及其产品、制备方法和制备装置、激光组件 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4735822A (en) * | 1985-12-28 | 1988-04-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for producing an electronic device having a multi-layer structure |
| CN1700429A (zh) * | 2004-05-17 | 2005-11-23 | 统宝光电股份有限公司 | 应用于高效能薄膜晶体管的多晶硅退火结构及其方法 |
| CN104362115A (zh) * | 2014-10-14 | 2015-02-18 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 一种准分子激光退火装置及该装置的使用方法 |
| CN104465401A (zh) * | 2014-12-15 | 2015-03-25 | 信利（惠州）智能显示有限公司 | 一种薄膜晶体管低温多晶硅薄膜制备方法 |
-
2015
- 2015-06-23 CN CN201510348729.2A patent/CN104979247B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4735822A (en) * | 1985-12-28 | 1988-04-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for producing an electronic device having a multi-layer structure |
| CN1700429A (zh) * | 2004-05-17 | 2005-11-23 | 统宝光电股份有限公司 | 应用于高效能薄膜晶体管的多晶硅退火结构及其方法 |
| CN104362115A (zh) * | 2014-10-14 | 2015-02-18 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 一种准分子激光退火装置及该装置的使用方法 |
| CN104465401A (zh) * | 2014-12-15 | 2015-03-25 | 信利（惠州）智能显示有限公司 | 一种薄膜晶体管低温多晶硅薄膜制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104979247A (zh) | 2015-10-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1614756B (zh) | 半导体器件及其制造方法 | |
| CN101000868B (zh) | 硅结晶化用的掩模、用其结晶化硅的方法及显示设备 | |
| US20160020096A1 (en) | Manufacture Method Of Low Temperature Poly Silicon, Manufacturing Method Of TFT Substrate Utilizing The Method, And TFT Substrate Structure | |
| KR101880835B1 (ko) | 저온 다결정실리콘 박막 및 그 제조방법, 트랜지스터 | |
| US4330363A (en) | Thermal gradient control for enhanced laser induced crystallization of predefined semiconductor areas | |
| WO2000002251A1 (fr) | Transistor a couches minces et affichage a cristaux liquides | |
| JP2000068520A (ja) | 半導体薄膜、その製造方法、および製造装置、ならびに半導体素子、およびその製造方法 | |
| CN101005017B (zh) | 形成半导体薄膜的方法 | |
| CN102844839A (zh) | 激光退火方法、装置以及微透镜阵列 | |
| US7563660B2 (en) | Silicon film, crystalline film and method for manufacturing the same | |
| JP2002261015A (ja) | 半導体薄膜、その製造方法、および製造装置、ならびに半導体素子、およびその製造方法 | |
| CN104979247B (zh) | 激光退火装置和激光退火方法 | |
| US20090134394A1 (en) | Crystal silicon array, and manufacturing method of thin film transistor | |
| CN1892420B (zh) | 用于连续横向固化技术的掩膜及用其形成多晶硅层的方法 | |
| US8168467B2 (en) | Solar cell method of fabrication via float glass process | |
| CN101202218A (zh) | 应用于连续性侧向长晶技术的掩膜以及激光结晶方法 | |
| US9461107B2 (en) | Excimer laser annealing apparatus and method of using the same | |
| US11107679B2 (en) | Method of processing a target material | |
| CN102099895A (zh) | 结晶膜的制造方法及结晶膜制造装置 | |
| JP2004281771A (ja) | 半導体薄膜の結晶成長方法および結晶成長装置ならびに薄膜トランジスタの製造方法 | |
| JP5213192B2 (ja) | 結晶質膜の製造方法および製造装置 | |
| CN105088336B (zh) | 一种多晶硅制备装置及方法 | |
| Yang et al. | 20.4: Activation of Doped Silicon Film Using Semiconductor Blue Light Diode Laser Annealing | |
| US8128714B2 (en) | Apparatus for manufacturing polycrystalline silicon thin film | |
| KR20090045057A (ko) | 레이저 어닐 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |