CN209515607U - 一种用于制作多晶硅薄膜的激光照射系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于制作多晶硅薄膜的激光照射系统，包括：激光光源，提供连续式固体激光；准分子激光光源，提供准分子激光；控制单元，控制激光光源提供连续式固体激光经过反射镜反射至聚焦透镜，经由聚焦透镜将连续式固体激光照射设置在基板上的非晶硅薄膜的表面，使得部份非晶硅薄膜的表面形成结晶以及在部份非晶硅薄膜形成结晶之后，控制单元再控制准分子激光光源提供准子激光照射非晶硅薄膜的其余表面，使得非晶硅薄膜完全形成多晶硅薄膜；以及退火反应腔，用以容置激光光源，准分子激光光源及光学组件，据此，采用分段式的激光照射非晶硅薄膜以形成多晶硅薄膜，可以有效增加多晶硅的结晶率。
Description
技术领域
本实用新型关于一种光电半导体技术领域，特别是有关于用于制作多晶硅薄膜的激光照射系统。
背景技术
现有技术的准分子激光退火系统最大的问题在于结晶率不稳定。为了要解决结晶率不稳定的缺陷，美国公告第US5529951号专利具体公开利用波长为308nm脉冲宽度(pulsewidth)及脉冲时间为140ns的准分子激光照射于非晶硅上，使得非晶硅达成退火形成多晶硅，由于激光能量不能马上达到融化温度，所以要使用多次的脉冲(pulse)能量才能转化成多晶硅。
另外，于美国专利说明书公开第US 2008026547A1号公开了一种形成多晶硅图案的方法，该方法包括在底层能形成非晶硅层，以及在基板层上形成覆盖该非晶硅层的保护层，采用准分子激光退火工艺，并最终移除该保护层。在此份美国公开专利中只提到采用准分子激光进行退火工艺，并没有具体涉及到公开采用二向色镜(dichroic mirror)及波长为532nm的连续高功率固态激光达到预定的预热效果，并提高多晶硅的结晶率，或是降低成本的技术效果。
实用新型内容
根据上述现有技术的缺陷，本实用新型主要的目的在于提供一种制作多晶硅薄膜的激光照射系统，先是利用高能量的连续式固体激光照射非晶硅薄膜的表面，以使得非晶硅薄膜的表面有部份形成结晶之后，再利用准分子激光照射，使得整个非晶硅薄膜的表面完全结晶，以形成多晶硅薄膜，采用分段式的激光照射形成多晶硅薄膜可以有效增加多晶硅的结晶率。
本实用新型的另一目的在于利用激光照射装置控制激光光源和准分子激光光源以分段式的方式来照射非晶硅薄膜的表面而形成多晶硅薄膜，据此，可以减少准分子激光的频率使用，以降低形成多晶硅薄膜的制程成本。
本实用新型的再一目的在于利用激光照射装置以二次激光扫描，以改善多晶硅薄膜的均匀性。
根据上述目的，本实用新型提供一种用于制作多晶硅薄膜的激光照射系统，包括：激光光源，用以提供连续式固体激光；准分子激光光源，用以提供准分子激光；控制单元，用以控制激光光源提供的连续式固体激光经过反射镜反射至聚焦透镜，并经由聚焦透镜将连续式固体激光照射在设置在基板上的非晶硅薄膜的表面，使得部份非晶硅薄膜形成多晶硅以及在部份非晶硅薄膜形成多晶硅之后，控制单元再控制准分子激光光源以提供准子激光照射其余非晶硅薄膜的表面，使得非晶硅薄膜完全形成多晶硅薄膜；以及退火反应腔，用以容置激光光源，准分子激光光源及光学组件。
于本实用新型的较优选的实施例，激光光源提供连续式固体激光的照射能量为300mJ/cm2－500mJ/cm2。
于本实用新型的较优选的实施例，激光光源提供连续式固体激光的照射次数为5发至15发。
于本实用新型的较优选的实施例，激光光源所提供连续式固体激光的波长为532nm。
于本实用新型的较优选的实施例，准分子激光光源提供准分子激光的照射能量为300mJ/cm2－500mJ/cm2。
于本实用新型的较优选的实施例，准分子激光光源提供准分子激光的照射次数为5发至15发。
于本实用新型的较优选的实施例，准分子激光光源提供的准分子激光的波长为308nm。
于本实用新型的较优选的实施例，基板由下而上依序为玻璃、氮化硅层以及氧化硅层。
于本实用新型的较优选的实施例，氮化硅的厚度为50nm－100nm以及氧化硅的厚度为200nm－300nm。
于本实用新型的较优选的实施例，非晶硅薄膜的厚度为40nm－60nm。
附图说明
图1是根据本实用新型所揭露的技术，表示用于形成多晶硅薄膜的激光照射系统的示意图。
图2A－图2D是根据本实用新型所揭露的技术，表示利用激光照射系统分别利用固体激光及准分子激光形成多晶硅的步骤流程示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术特征及优点，能更为相关技术领域人员所了解，并得以实施本实用新型，在此配合所附的图式、具体阐明本实用新型的技术特征与实施方式，并列举较佳实施例进一步说明。以下文中所对照的图式，为表达与本实用新型特征有关的示意，并未亦不需要依据实际情形完整绘制。而关于本案实施方式的说明中涉及本领域技术人员所熟知的技术内容，亦不再加以陈述。
请参考图1。图1是表示用于制作多晶硅薄膜的激光照射系统的示意图。在图1中，激光照射系统1容置于退火反应腔10内，其激光照射系统1包括控制单元20、激光光源30、准分子激光光源40以及光学组件50，其中激光光源30用以提供连续式固体激光302；准分子激光光源40用以提供准分子激光402；控制单元20用以控制激光光源30提供的连续式固体激光302经过光学组件50的反射镜502反射至聚焦透镜504，并经由聚焦透镜504将连续式固体激光302照射在设置在基板60上的非晶硅薄膜62的表面，使得部份非晶硅薄膜62的表面形成多晶硅622；以及在部份非晶硅薄膜62的表面形成多晶硅622之后，控制单元20再控制准分子激光光源40以提供准分子激光402照射其余非晶硅薄膜62的表面，使得非晶硅薄膜62完全形成多晶硅薄膜622。于本实用新型较优选的实施例中，基板60由下往上依序为玻璃602、氮化硅层604以及氧化硅层606，其中氮化硅层604的厚度为50nm－100nm、氧化硅的厚度为200nm－300nm以及非晶硅薄膜62的厚度为40nm－60nm。
在本实用新型中，激光照射系统1利用控制单元20可以分别控制激光光源30与准分子激光光源40提供照射在基板60上的非晶硅薄膜62的表面的先后顺序，照射能量及照射时间，以增加多晶硅622的结晶率，并可以减少准分子激光402的使用频率，以解决在现有技术中，将固体激光302与准分子激光402混合在一起使用，由于准分子激光402的照射时间要配合固体激光302，而造成准分子激光402照射浪费、增加制程成本的技术问题。
要说明的是，在图1中，激光光源30及准分子激光光源40是采用同一组光学组件50来进行光源的反射及聚焦，但不是同时提供固体激光302及准分子激光402经过反射镜502及聚焦透镜504，而是控制单元20先控制激光光源30提供固体激光302之后，再由控制单元20控制准分子激光光源40提供准分子激光402。
接着，请参考图2A至图2D。图2A至图2D是表示利用固体激光及准分子激光形成多晶硅的步骤流程示意图。另外在说明图2A至图2D的同时，也会使用到图1的部份组件，因此也一并参考图1。在图2A及图2B，控制单元20先控制激光光源30提供连续式固体激光302在波长532nm、照射能量为300mJ/cm2－500mJ/cm2的条件下，对在基板60上的非晶硅薄膜62进行照射，其照射次数为5发至15发，使得在基板60上有部份的非晶硅薄膜62的表面因连续式固体激光302的照射而产生结晶622，此结晶622即为多晶硅。
接着，如图2C所示，控制单元20再控制准分子激光光源40提供准分子激光402照射已经形成结晶622的部份非晶硅薄膜62的其余表面，其中准分子激光402是在波长为532nm，以照射能量为300mJ/cm2－500mJ/cm2的条件下，对于非晶硅薄膜62的其余表面(即未形成结晶622的表面)再进行照射，其照射次数为5发至15发，使得部份非晶硅薄膜62完全结晶以形成多晶硅薄膜622在基板60上，如图2D所示。又于本实用新型的另一实施例中，对于已经形成结晶622的非晶硅薄膜62的表面亦可以再由控制单元20控制准分子激光402再进行照射，以增加多晶硅薄膜622的均匀性。
因此，利用本实用新型所披露的激光照射系统1可以先控制固体激光302照射基板60上的非晶硅薄膜62的时间，当基板60上的非晶硅薄膜62部份形成结晶622之后，再利用准分子激光402对非晶硅薄膜62的其余表面(尚未形成结晶622的表面)进行照射，利用分段式以控制不同激光以不同的脉冲能量来制作多晶硅薄膜622可以有效的增加多晶硅薄膜622的结晶率，亦可以减少准分子激光402的使用频率，并且利用二次激光扫描，可以改善整体多晶硅薄膜622的均匀性，以利后续的其他半导体或是光电制程。
以上所述仅为本实用新型之较佳实施例，并非用以限定本实用新型之权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域之专门人士应可明了及实施，因此其他未脱离本实用新型所揭示之精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围中。
Claims (10)
1.一种用于制作多晶硅薄膜的激光照射系统，其特征在于，所述激光照射系统包含:
激光光源，用以提供连续式固体激光；
准分子激光光源，用以提供准分子激光；
光学组件，由反射镜和聚焦透镜所组成；
控制单元，用以控制由所述激光光源提供的所述连续式固体激光经过所述反射镜反射至所述聚焦透镜，并经由所述聚焦透镜将连续式固体激光照射在设置在基板上的非晶硅薄膜的表面，使得部份所述非晶硅薄膜的所述表面形成结晶以及在部份所述非晶硅薄膜形成所述结晶之后，所述控制单元再控制所述准分子激光光源以提供所述准分子激光照射所述非晶硅薄膜的其余所述表面，使得所述非晶硅薄膜完全形成多晶硅薄膜；以及
退火反应腔，用以容置所述激光光源，所述准分子激光光源及所述光学组件。
2.如权利要求1所述的用于制作多晶硅薄膜的激光照射系统，其特征在于，所述激光光源提供所述连续式固体激光的照射能量为300mJ/cm2－500mJ/cm2。
3.如权利要求1或2所述的用于制作多晶硅薄膜的激光照射系统，其特征在于，所述激光光源提供所述连续式固体激光的照射次数为5发至15发。
4.如权利要求1或2所述的用于制作多晶硅薄膜的激光照射系统，其特征在于，所述激光光源所提供所述连续式固体激光的波长为532nm。
5.如权利要求1所述的用于制作多晶硅薄膜的激光照射系统，其特征在于，所述准分子激光光源提供所述准分子激光的照射能量为300mJ/cm2－500mJ/cm2。
6.如权利要求1或5所述的用于制作多晶硅薄膜的激光照射系统，其特征在于，所述准分子激光光源提供所述准分子激光的照射次数为5发至15发。
7.如权利要求1或5所述的用于制作多晶硅薄膜的激光照射系统，其特征在于，所述准分子激光光源提供的所述准分子激光的波长为308nm。
8.如权利要求1所述的用于制作多晶硅薄膜的激光照射系统，其特征在于，所述基板由下而上依序为玻璃、氮化硅层以及氧化硅层。
9.如权利要求8所述的用于制作多晶硅薄膜的激光照射系统，其特征在于，所述氮化硅的厚度为50nm－100nm以及所述氧化硅的厚度为200nm－300nm。
10.如权利要求1所述的用于制作多晶硅薄膜的激光照射系统，其特征在于，所述非晶硅薄膜的厚度为40nm－60nm。
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