CN105118773B - 准分子激光退火装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种准分子激光退火装置，包括用于承载非晶硅薄膜的载台、准分子激光发生器、激光点阵发生器和扫描激光发生器，所述激光点阵发生器用于将所述准分子激光发生器发出的激光转换为照射到所述非晶硅薄膜的干涉激光点阵，扫描激光发生器用于将所述准分子激光发生器发出的激光转换为照射到所述非晶硅薄膜的扫描激光；本发明还提供了非晶硅薄膜的退火方法，在所述具有非晶硅薄膜的基板上的非晶硅薄膜层照射激光点阵，再在所述具有非晶硅薄膜的基板上的非晶硅薄膜层照射激光点阵，使得非晶硅转化为大晶粒尺寸的多晶硅。

Description

准分子激光退火装置和方法
技术领域
本发明涉及液晶显示领域，特别涉及一种准分子激光退火装置和退火方法。
背景技术
有机发光显示器件(OLED)是主动发光器件，相比现在的主流平板显示技术薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)，OLED具有高对比度、广视角、低功耗、体积更小等优点，故OLED有望成为继LCD之后的下一代平板显示技术，是目前平板显示技术中受到关注最多的技术之一。
目前，主要使用低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS-TFT)驱动OLED发光，其中，低温多晶硅薄膜用于LTPS-TFT，现有技术的制作方法如下：先在基板(玻璃衬底)上使用化学气相沉积的方法沉积缓冲层；然后在缓冲层上沉积非晶硅以形成非晶硅薄膜层；接着，使用固相结晶或者准分子激光退火(ELA)的方法将非晶硅薄膜层转化为多晶硅，形成多晶硅膜层。
现有技术制作方法中的退火方法存在如下缺点：转化成的多晶硅晶粒尺寸比较小，无法满足高品质显示器对多晶硅晶粒的大尺寸要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种准分子激光退火装置，以得到大尺寸的多晶硅晶粒，以提高显示器成像品质。
本发明的目的在于提供一种非晶硅薄膜的退火方法，通过所述退火方法可以得到以得到大尺寸的多晶硅晶粒，以提高显示器成像品质。
为了实现上述目的，本发明实施方式提供如下技术方案：
本发明提供了一种准分子激光退火装置，包括用于承载非晶硅薄膜的载台、准分子激光发生器，还包括：
激光点阵发生器，用于将所述准分子激光发生器发出的激光转换为照射到所述非晶硅薄膜的干涉激光点阵；
扫描激光发生器，用于将所述准分子激光发生器发出的激光转换为照射到所述非晶硅薄膜的扫描激光；
能量调节装置，用于调节所述干涉激光点阵和所述扫描激光的能量大小。
其中，所述能量调节装置为设置在所述激光点阵发生器出射口的第一滤光镜和设置在所述扫描激光发生器出射口的第二滤光镜。
其中，所述激光点阵发生器包括反射镜，通过调节所述反射镜的角度改变所述激光点阵的出射角度和点阵的数量。
其中，所述扫描激光发生器发出的扫描激光垂直于所述载台所在的平面。
其中，所述扫描激光发生器发出的扫描激光为线状光束。
其中，所述扫描激光发生器发出的扫描激光到所述非晶硅薄膜层后，移动一个扫描间距后继续扫描所述非晶硅薄膜层。
本发明还提供一种非晶硅薄膜的退火方法，所述退火方法用于使用上文所述的准分子激光退火装置进行准分子激光退火，所述退火方法包括以下步骤：
将具有非晶硅薄膜的基板放置在所述载台上；
使用所述激光点阵发生器在所述具有非晶硅薄膜的基板上的非晶硅薄膜层照射激光点阵，使得非晶硅薄膜层上的点阵照射区温度高于无点阵照射区的温度，形成温度梯度，有利于形成大尺寸晶粒；
使用所述扫描激光发生器在所述非晶硅薄膜层扫描照射扫描激光，使得被扫描激光扫描照射过的区域中的非晶硅转化为多晶硅。
其中，所述扫描激光的方向垂直于所述载台所在的平面。
其中，所述扫描激光扫描非晶硅薄膜层后，移动一个扫描间距，所述扫描激光再次扫描非晶硅薄膜层。
本发明实施例具有如下优点或有益效果：
本发明揭露了一种准分子激光退火装置和方法，通过在非晶硅薄膜上投射激光点阵，然后在非晶硅薄膜上投射扫描激光的方法，以在非晶硅薄膜上形成温度梯度，并使非晶硅薄膜上的非晶硅晶粒转化为晶硅晶粒的功能，达到获得大尺寸的多晶硅晶粒、提升显示器成像品质的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明激光点阵工作原理示意图；
图2是具有非晶硅薄膜的基板结构示意图；
图3是非晶硅薄膜的退火方法示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的准分子激光退火装置，包括用于承载具有非晶硅薄膜的基板的载台、准分子激光发生器、激光点阵发生器、扫描激光发生器和能量调节装置，所述激光点阵发生器用于将所述准分子激光发生器发出的激光转换为照射到所述非晶硅薄膜的干涉激光点阵；扫描激光发生器用于将所述准分子激光发生器发出的激光转换为照射到所述非晶硅薄膜的扫描激光；能量调节装置用于调节所述干涉激光点阵和所述扫描激光的能量大小。
请参阅图1，图1为激光点阵发生器30的工作原理图，图中箭头表示光线传播方向，入射激光经过分光镜31后分为两束激光，其中一束激光36经过衰减器35衰减后被反射镜32反射到空间滤波器38等光学器件后从激光点阵发生器30中射出，另外一束激光37经过普克尔盒33后也被反射镜32反射后进入空间滤波器38等光学器件后从激光点阵发生器30中射出，即激光36和激光37经过空间滤波器38等光学器件的作用后，投射到具有非晶硅薄膜的基板10上，并形成激光点阵。
进一步的，通过调节反射镜32的角度，可以调节激光的出射角度，即调节激光36和激光37出射光线之间的形成的夹角2θ，从而改变点阵之间的间距，并且控制照射在非晶硅薄膜的基板上点阵的数量。
进一步的，所述扫描激光发生器射出的扫描激光为线状光束。
进一步的，请参阅图2，具有非晶硅薄膜的基板10包括绝缘性的透明基板11，在基板11上依次形成缓冲层12，接着在所述缓冲层12上形成非晶硅薄膜层13。上述准分子激光退火装置的工作原理为：
将所述具有非晶硅薄膜的基板10放置于所述基板载台上；
使用所述准分子激光发生器产生激光，所述激光经过分离后，其中一束激光通过激光点阵发生器30转换后，形成激光点阵，另一束激光通过扫描激光发生器后形成扫描激光，先将激光点阵照射到非晶硅薄膜层13上，以使所述非晶硅薄膜层13上激光点阵照射区域温度高于未照射区域，由此形成温度梯度，有利于非晶硅向多晶硅转化时形成较大尺寸晶粒；然后再开启扫描激光发生器，使得扫描激光照射到非晶硅薄膜层13上，使得被扫描激光扫描照射过的区域中的非晶硅转化为大晶粒的多晶硅。
进一步的，本发明所述的能量调节装置可以包括设置在所述激光点阵发生器出射口的第一滤光镜(图未示出)和设置在所述扫描激光发生器出射口的第二滤光镜，经过滤光作用，过滤掉一部分激光的方法，控制出射激光的强度，从而调节激光能量的大小。
进一步的，本发明所使用的准分子激光发生器发出的激光的脉冲频率优选为300～800Hz，激光的能量密度为200～350mJ，优选能量密度为240～270mJ，优选采用固体激光器Nd:YAG激光的335纳米的三倍频激光，因其设备较便宜，且此波段的激光很容易被硅膜吸收。进一步的，本发明实施例的基板11可由玻璃、石英、透明树脂等材质制成。
本发明还提供了一种非晶硅薄膜的退火方法，请参阅图2，首先提供一基板11，接着于基板11上形成缓冲层12，此缓冲层12由一阻障层12a以及一多孔材料层12b所构成。其中，阻障层12a例如是以化学气相沉积的方式形成，且阻障层12a例如为一膜质较为致密的氮化硅层；而多孔材料层12b例如是以电子束沉积的方式形成，此多孔材料层12b的材质例如是氧化硅，或是氧化硅与氧化铝的混合物，本实施例采用的多孔材料层12b例如是氧化硅，或是氧化硅与氧化铝的混合物，这些材质的热传导系数皆低于0.014W/cm-K(摄氏20度)。以氧化硅材质的多孔材料层12b为例，氧化硅本身的热传导系数约为0.014W/cm-K(摄氏20度)，但由于多孔材料层12b中有许多的孔隙存在，故其热传导系数会低于0.014W/cm-K(摄氏20度)。同样地，由氧化硅与氧化铝的混合物所形成的多孔材料层12b也可达到热传导系数低于0.014W/cm-K(摄氏20度)的需求。在缓冲层12形成之后，接着形成一非晶硅薄膜层13于缓冲层12中的多孔材料层12b表面上，非晶硅薄膜层13例如以低压化学气相沉积的方式形成。而在形成非晶硅薄膜层13之后，请参阅图3，接着对非晶硅薄膜层13进行激光退火处理，将所述具有非晶硅薄膜的基板放置在所述载台(图未示出)上；再在所述具有非晶硅薄膜的基板10上的非晶硅薄膜层13照射激光点阵41，使得非晶硅薄膜层13上的点阵照射区41温度高于无点阵照射区(未编号)的温度，形成温度梯度，图中A箭头表示的是温度梯度方向，有利于形成大尺寸晶粒的多晶硅；然后向所述非晶硅薄膜层13照射扫描激光，图中B箭头表示扫描激光的扫描运动方向，非晶硅薄膜层13上的非晶硅经过扫描激光扫描过后，转化为多晶硅，并且由于温度梯度的存在，使得转化成的多晶硅具有较大的晶粒尺寸，所述扫描激光扫描非晶硅薄膜层13后，由于准分子激光的宽度受到限制，所以不能一次地进行大面积地照射。因此，本发明采用在非晶硅薄膜层13上用线状的扫描激光(线状光束)顺次扫描的方法，即扫描激光移动一个扫描间距后，再次扫描非晶硅薄膜层13。
进一步的，所述扫描激光的出射方向垂直于所述载台所在的平面，以减少扫描激光与激光点阵之间的干涉现象。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种准分子激光退火装置，包括用于承载非晶硅薄膜的载台、准分子激光发生器，其特征在于，还包括：
激光点阵发生器，用于将所述准分子激光发生器发出的激光转换为照射到所述非晶硅薄膜的干涉激光点阵，所述干涉激光点阵用于使所述非晶硅薄膜上被所述干涉激光点阵照射的区域的温度高于未被照射的区域的温度；
扫描激光发生器，用于将所述准分子激光发生器发出的激光转换为照射到所述非晶硅薄膜的扫描激光；
能量调节装置，用于调节所述干涉激光点阵和所述扫描激光的能量大小。
2.如权利要求1所述的准分子激光退火装置，其特征在于，所述能量调节装置为设置在所述激光点阵发生器出射口的第一滤光镜和设置在所述扫描激光发生器出射口的第二滤光镜。
3.如权利要求1所述的准分子激光退火装置，其特征在于，所述激光点阵发生器包括反射镜，通过调节所述反射镜的角度改变所述激光点阵的出射角度和点阵的数量。
4.如权利要求1所述的准分子激光退火装置，其特征在于，所述扫描激光发生器发出的扫描激光垂直于所述载台所在的平面。
5.如权利要求4所述的准分子激光退火装置，其特征在于，所述扫描激光发生器发出的扫描激光为线状光束。
6.如权利要求1所述的准分子激光退火装置，其特征在于，所述扫描激光发生器发出的扫描激光到所述非晶硅薄膜层后，移动一个扫描间距后继续扫描所述非晶硅薄膜层。
7.一种非晶硅薄膜的退火方法，其特征在于，所述退火方法用于使用权利要求1-6中任一项所述的准分子激光退火装置进行准分子激光退火，所述退火方法包括以下步骤：
将具有非晶硅薄膜的基板放置在所述载台上；
使用所述激光点阵发生器在所述具有非晶硅薄膜的基板上的非晶硅薄膜层照射激光点阵，使得非晶硅薄膜层上的点阵照射区温度高于无点阵照射区的温度，形成温度梯度，有利于形成大尺寸晶粒；
使用所述扫描激光发生器在所述非晶硅薄膜层扫描照射扫描激光，使得被所述扫描激光扫描照射过的区域中的非晶硅转化为多晶硅。
8.如权利要求7所述的非晶硅薄膜的退火方法，其特征在于，所述扫描激光的方向垂直于所述载台所在的平面。
9.如权利要求7所述的非晶硅薄膜的退火方法，其特征在于，所述扫描激光扫描所述非晶硅薄膜层后，移动一个扫描间距，所述扫描激光再次扫描所述非晶硅薄膜层。
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