CN203690350U - 一种激光退火设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及激光退火技术领域,公开了一种激光退火设备,所述激光退火设备包括:退火室、氧化室、湿法刻蚀室和传送装置,其中:所述退火室内设置有至少一个氧气分析计;具有非晶硅膜的基板经所述传送装置传送依次通过所述退火室、氧化室和湿法刻蚀室。在本实用新型技术方案中,由于具有非晶硅膜的基板经过退火室退火形成多晶硅膜后还需在氧化室内进行氧化以及在湿法刻蚀室内进行湿法刻蚀,因此,保证了即使氧气含量超标下生产的多晶硅膜的表面粗糙度也能符合标准,进而提高了产品的良率。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光退火技术领域,特别是涉及一种激光退火设备。
背景技术
在平板显示装置中,有源矩阵有机发光二极管(Active Matrix Organic LightEmitting Diode,简称AMOLED)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AMOLED中,背板技术中制作多晶硅层,包括有采用准分子激光退火(Excimer LaserAnnealing,简称ELA)、固相晶化或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,来得到的背板中晶体管有源层的多晶硅薄膜是唯一已经实现量产的方法。
准分子激光退火工艺,是一种相对比较复杂的退火过程。ELA设备是用准分子激光束对基板上的非晶硅膜进行短时间照射,使其再结晶变成多晶硅膜的设备。对于多晶硅薄膜中,薄膜表面平坦性,晶粒尺寸及晶粒均匀性的控制一直是该技术领域中的研究热点。ELA工艺过程中的环境气氛至关重要,尤其是氧气含量的控制。目前对于世界上ELA设备厂商来说,工艺腔室的氧气控制也一直是技术上的重点及难点。而如果出现氧气含量过高,则会造成多晶硅薄膜的表面粗糙度过大,引起一些比较严重的问题,例如低温多晶硅薄膜晶体管的漏电流较大,迁移率及阈值电压的不均匀性。同时生产过程中,如果陆续出现多晶硅薄膜的不良,最终造成生产过程中良率的下降。
因此,现有的ELA设备生产的多晶硅薄膜的表面粗糙度较大,导致产品的良率下降。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种激光退火设备,用以降低多晶硅薄膜的表面粗糙度,提高产品的良率。
本实用新型实施例提供了一种激光退火设备,其包括退火室、氧化室、湿法刻蚀室和传送装置,其中:
所述退火室内设置有至少一个氧气分析计;
具有非晶硅膜的基板经所述传送装置传送依次通过所述退火室、氧化室和湿法刻蚀室。
在本实用新型技术方案中,氧气分析计用于检测退火室内氧气的含量,具有非晶硅膜的基板经过退火后生成多晶硅膜,当在退火室内退火过程中氧气含量超过设定值时,具有非晶硅膜的基板经过退火室后还需在氧化室内进行氧化以及在湿法刻蚀室内进行湿法刻蚀,因此,保证了即使氧气含量超标下生产的多晶硅膜的表面粗糙度也能符合标准,提高了产品的良率。
在上述激光退火设备中,所述退火室包括:
设置于所述退火室顶部的准分子激光器;
设置于所述退火室底部用于承载基板的第一承载台。
即在退火室内采用准分子激光器照射实现对非晶硅膜进行退火得到多晶硅膜,准分子激光退火易于量产,提高了量产化。
其中,准分子激光器的类型有多种,所述准分子激光器为氯化氙准分子激光器、氟化氪准分子激光器或氟化氩准分子激光器。
氧气分析计的个数可以为一个、两个、三个甚至更多个,优选的,所述氧气分析计的数量为两个,两个氧气分析计分别位于所述准分子激光器的出光端以及所述第一承载台的下方。
在上述激光退火设备中,所述氧化室包括:
设置于所述氧化室顶部的等离子体发生装置;
设置于所述氧化室底部用于承载基板的第二承载台。
在氧化室内对多晶硅膜进行氧化处理形成二氧化硅膜,优选采用等离子体发生装置对多晶硅层进行氧化。
优选的,所述等离子体发生装置发射的等离子体为笑气等离子体,所述笑气等离子体温度高于400℃。
在温度大于400℃的笑气等离子体(N2O plasma)气氛处理,氧化的时间为2~7分钟,对多晶硅膜进行氧化,可以在多晶硅表面形成非常薄的二氧化硅层。
在上述激光退火设备中,所述湿法刻蚀室内具有盛有刻蚀液的刻蚀槽。
在湿法刻蚀室内对氧化处理后的多晶硅层进行湿法刻蚀,以形成表面平整的多晶硅薄膜,避免了因为多晶硅表面粗糙度过大,形成的晶界突起所引起的尖端放电现象,进而避免了漏电流的产生,提高了产品的良率。
对于上述任一种激光退火设备,所述传送装置为机械手。
传送装置的形式可以有多种,例如机械手、传送辊道等,优选采用机械手,方便基板的装卸。
附图说明
图1为本实用新型一实施例激光退火设备结构示意图;
图2为本实用新型一实施例的退火室结构示意图;
图3为本实用新型一实施例的激光退火设备的结构示意图;
图4为采用现有激光退火设备生产的多晶硅薄膜样品的AFM图谱;
图5为采用本实用新型激光退火设备生产的多晶硅薄膜样品的AFM图谱。
附图标记:
1-退火室 2-氧化室 3-湿法刻蚀室 4-装载室
5-第一搬送室 6-第二搬送室 7-卸载室 11-准分子激光器
12-第一承载台 13-氧气分析计 14-基板 21-等离子体发生装置
22-第二承载台 31-刻蚀槽
具体实施方式
为了降低多晶硅薄膜的表面粗糙度,本实用新型实施例提供了一种激光退火设备。在该技术方案中,具有非晶硅膜的基板经过退火室进行退火形成多晶硅膜后还需在氧化室内进行氧化以及在湿法刻蚀室内进行湿法刻蚀,因此,保证了这些氧气含量超标下生产的多晶硅样品的表面粗糙度符合标准,并且提高量产过程中的产品的良率。为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚,以下举实施例对本实用新型作进一步详细说明。
本实用新型实施例提供了一种激光退火设备,如图1所示,图1为本实用新型一实施例激光退火设备结构示意图,其包括退火室1、氧化室2、湿法刻蚀室3和传送装置,其中:
退火室1内设置有至少一个氧气分析计13;
具有非晶硅膜的基板14经传送装置传送依次通过退火室1、氧化室2和湿法刻蚀室3。
在本实施例的技术方案中,氧气分析计13用于检测退火室1内氧气的含量,具有非晶硅膜的基板14经过退火后生成多晶硅膜,当在退火室1内退火过程中氧气含量超过设定值时,例如设定值为50ppm,该值根据经验设定,具有非晶硅膜的基板14经过退火室1后还需在氧化室2内进行氧化以及在湿法刻蚀室3内进行湿法刻蚀,因此,即使退火室内氧气含量超标,也能保证生产的多晶硅膜的表面粗糙度符合标准,进而提高了量产过程中的产品的良率。
在上述激光退火设备中,请继续参照图1所示,所述退火室1包括:
设置于退火室1顶部的准分子激光器11;
设置于退火室1底部用于承载基板的第一承载台12。
退火室1采用的退火设备不限,只要实现在退火室1内进行退火将非晶硅膜转化为多晶硅膜即可,优选的,在退火室1内采用准分子激光器11照射实现对非晶硅膜进行退火得到多晶硅膜,准分子激光退火易于量产,提高了量产化。
其中,准分子激光器11的类型有多种,准分子激光器11可以为氯化氙准分子激光器、氟化氪准分子激光器或氟化氩准分子激光器。
如图2所示,图2为本实用新型一实施例的退火室结构示意图,氧气分析计13的个数可以为一个、两个、三个甚至更多个,图2所示的氧气分析计13的数量为四个,其中两个氧气分析计13设置于准分子激光器11的出光端,另外两个氧气分析计13位于第一承载台12的下方,氧气分析计13用来分析退火室内各个位置处的氧化含量,确保在退火过程中各个位置的氧气含量均不超标,为了简化设备结构和节省成本考虑,优选的,氧气分析计13的数量为两个,两个氧气分析计13分别位于准分子激光器11的出光端以及第一承载台12的下方。
在上述激光退火设备中,请继续参照图1所示,所述氧化室2包括:
设置于氧化室2顶部的等离子体发生装置21;
设置于氧化室2底部用于承载基板的第二承载台22。
在氧化室2内对多晶硅膜进行氧化处理形成二氧化硅膜,优选采用等离子体发生装置21对多晶硅层进行氧化。
优选的,所述等离子体发生装置21发射的等离子体为笑气等离子体,笑气等离子体温度高于400℃。
在温度大于400℃的笑气等离子体(N2O plasma)气氛对多晶硅膜进行氧化处理,氧化的时间为2~7分钟,可以在多晶硅膜表面形成非常薄的二氧化硅层。
在上述激光退火设备中,请继续参照图1所示,所述湿法刻蚀室3内具有盛有刻蚀液的刻蚀槽31。
在湿法刻蚀室3内对氧化处理后的多晶硅膜进行湿法刻蚀,以形成表面平整的多晶硅薄膜,避免了因为多晶硅表面粗糙度过大,形成的晶界突起所引起的尖端放电现象,进而避免了漏电流的产生,提高了产品的良率。
优选的,采用氢氟酸溶液对该氧化后的多晶硅膜进行湿法刻蚀,以形成多晶硅薄膜。更优选的,采用1%~10%氢氟酸溶液对氧化后的多晶硅膜进行刻蚀,氧化处理后的二氧化硅层可以与氢氟酸发生化学反应,化学方程式为:
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
因此,多晶硅膜上的二氧化硅层就会与多晶硅膜脱离,从而形成表面平整的多晶硅薄膜。
对于上述任一种激光退火设备,所述传送装置为机械手。
传送装置的形式可以有多种,例如机械手、传送辊道等,优选采用机械手,方便基板的装卸。
如图3所示,图3为本实用新型一实施例的激光退火设备的结构示意图,所述激光退火设备还包括装载室4,与装载室4相连的第一搬送室5,位于退火室1和氧化室2之间的第二搬送室6,以及与第二搬送室6相连的卸载室7,其中,第一搬送室5与退火室1相连。
具有非晶硅膜的基板首先在装载室4内进行装载,再进入第一搬送室5内进行搬送进入退火室1,当整个退火过程中氧气含量未超过设定值,则经过第二搬送室6后进入卸载室7完成多晶硅膜的制作,当整个退火过程中氧气含量超过设定值时,则经过第二搬送室6后进入氧化室2进行氧化处理,再进入湿法刻蚀室3内进行湿法刻蚀,以保证多晶硅膜表面的平整,提高产品的良率。
对于上述任一种激光退火设备,还可以包括与氧气分析计信号连接的控制器以及与控制器信号连接的报警器,当氧气含量超过设定值时,控制报警器进行报警。
以下列举一个具体的实施例来说明本实用新型的激光退火设备来制作多晶硅膜的工艺流程,但本实用新型并不限于下述实施例。
步骤一、在基板上依次沉积缓冲层和非晶硅层。
具体的,在清洗后的基板衬底上沉积缓冲层,该缓冲层是包括氮化硅(SiNx)层和二氧化硅(SiO2)层的双层结构,该缓冲层用于防止该基板衬底内杂质在后续工艺中向上扩散而影响之后形成的低温多晶硅薄膜的质量,及激光退火过程中的热量传导作用。其中,先沉积氮化硅层的厚度为50~150nm,之后沉积的二氧化硅层的厚度为100~350nm,然后再沉积30~100nm厚度的非晶硅层。该缓冲层和非晶硅层可以采用等离子体增强化学气相沉积(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition,简称PECVD)方法,还可以采用真空蒸镀和低压化学气相沉积等方法。
步骤二、对该非晶硅层进行脱氢处理,并对处理后的非晶硅层在退火室内进行准分子激光退火,形成多晶硅层。具体的,在400~500℃的温度下对该非晶硅层进行0.5~3小时的脱氢处理,并对高温加热后的非晶硅层进行准分子激光退火。该准分子激光退火具体是采用氯化氙(XeCl)准分子激光器(波长308nm),使非晶硅层结晶成多晶硅层,其中,激光脉冲频率为500Hz,重叠率为92%~98%,激光能量密度为300~500mJ/cm2。
步骤三、在多晶硅生产过程中,退火室内的氧气分析计将监控激光退火过程中的氧气含量。
具体为ELA设备中设置一套氧气分析计,对退火过程及整个工艺腔室都进行实时的氧气含量监控及分析。具体为激光退火区域,可以安装3~4个氧气测试点,并分别由1~3个氧气分析计进行分析。第一承载台下面安装4~6个氧气测试点,并由1~3个氧气分析计进行分析。
步骤四、如果氧气含量超标,基板在完成激光退火后,将被转移到氧化室及湿法刻蚀室,分别进行多晶硅表面氧化及溶液刻蚀处理,以形成多晶硅薄膜。
如果在多晶硅的生产过程中,氧气分析计发生氧气含量超标(例如大于50ppm)时(同时也可以设置氧气含量超标报警提示),制备完多晶硅的产品将自动被转移到氧化室及湿法刻蚀室,分别进行多晶硅表面氧化及溶液刻蚀处理。
其具体过程为:
在氧气含量超标情况下,激光照射完的多晶硅,转移到氧化室,进行温度大于400℃的笑气等离子体(N2O plasma)气氛处理,氧化的时间为2~7分钟,完成对多晶硅层进行氧化,在多晶硅表面形成非常薄的二氧化硅层。
接着,在湿法刻蚀室内采用氢氟酸溶液对该氧化后的多晶硅层进行刻蚀,以形成多晶硅薄膜。具体的,该方法是采用1%~10%氢氟酸溶液对氧化后的多晶硅层进行刻蚀,由于二氧化硅与氢氟酸发生化学反应,所以多晶硅层上的二氧化硅就会与多晶硅层脱离,从而形成表面平整的多晶硅薄膜,避免了因为表面粗糙度过大,形成的晶界突起所引起的尖端放电现象,进而避免了漏电流的产生,进而提高了产品的良率。
采用原子力显微镜(Atomic Force Microscope,简称AFM)对现有激光退火设备生产的多晶硅薄膜样品以及本实用新型激光退火设备生产的多晶硅薄膜样品进行检测。图4为采用现有激光退火设备生产的多晶硅薄膜样品的AFM图谱,其中,氧气含量超多50ppm,图5为采用本实用新型激光退火设备生产的多晶硅薄膜样品的AFM图谱。从图4中可以分析到,样品表面粗糙度已经超出16纳米。而从图5可以分析到该样品的表面粗糙度只有6纳米。说明采用本实用新型的激光退火设备可以大大降低多晶硅薄膜的表面粗糙度,避免造成后期薄膜晶体管的漏电流较大,迁移率及阈值电压不均匀性的问题。
本实用新型激光退火设备,将排查及处理多晶硅制作过程中的不良,及时地进行多晶硅表面氧化刻蚀处理,形成表面平坦并且符合要求的高品质多晶硅薄膜样品,大大增加后期产品的良率。
显然,本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样,倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内,则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种激光退火设备,其特征在于,包括退火室、氧化室、湿法刻蚀室和传送装置,其中:
所述退火室内设置有至少一个氧气分析计;
具有非晶硅膜的基板经所述传送装置传送依次通过所述退火室、氧化室和湿法刻蚀室。
2.如权利要求1所述的激光退火设备,其特征在于,所述退火室包括:
设置于所述退火室顶部的准分子激光器;
设置于所述退火室底部用于承载基板的第一承载台。
3.如权利要求2所述的激光退火设备,其特征在于,所述准分子激光器为氯化氙准分子激光器、氟化氪准分子激光器或氟化氩准分子激光器。
4.如权利要求2所述的激光退火设备,其特征在于,所述氧气分析计的数量为两个,两个氧气分析计分别位于所述准分子激光器的出光端以及所述第一承载台的下方。
5.如权利要求1所述的激光退火设备,其特征在于,所述氧化室包括:
设置于所述氧化室顶部的等离子体发生装置;
设置于所述氧化室底部用于承载基板的第二承载台。
6.如权利要求5所述的激光退火设备,其特征在于,所述等离子体发生装置发射的等离子体为笑气等离子体,所述笑气等离子体温度高于400℃。
7.如权利要求1所述的激光退火设备,其特征在于,所述湿法刻蚀室内具有盛有刻蚀液的刻蚀槽。
8.如权利要求1至7任一项所述的激光退火设备,其特征在于,所述传送装置为机械手。
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2014
- 2014-01-26 CN CN201420050789.7U patent/CN203690350U/zh not_active Expired - Lifetime
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