TW201503261A - 多晶矽的製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種多晶矽的製作方法，包括：(步驟S11)用固態雷射裝置發射雷射來照射非晶矽層的下表面，以對非晶矽層進行預熱；以及(步驟S12)用準分子雷射裝置發射雷射來照射非晶矽層的上表面，以將所述非晶矽層晶化成多晶矽，其中步驟S11先於步驟S12一預定時間執行或同時執行。本發明能夠縮短非晶矽熔化而晶化成多晶矽的時間，而有效提高多晶矽的產量。由於降低了非晶矽的熔化和晶化時的溫度梯度，而能夠有效增加多晶矽的結晶率並改善多晶矽的結晶品質，還可以減少昂貴的準分子雷射裝置的發射次數，而延長準分子雷射裝置的使用壽命，進一步降低成本。
Description
本發明涉及一種多晶矽製作方法，尤其涉及一種採用準分子雷射退火的多晶矽製作方法。
隨著半導體技術的廣泛應用，多晶矽的需求量越來越大。目前已經開始採用準分子雷射退火技術來生產多晶矽。
第1圖示例性繪示一種現有技術中採用準分子雷射退火的多晶矽製作方法的示意圖。如第1圖中所示，在現有技術中採用準分子雷射退火的多晶矽製作方法中，準分子雷射裝置120發射雷射130，照射非晶矽層110的上表面，使非晶矽層110的上表面熔化，而晶化成多晶矽。例如美國專利US5529951就採用了這種方法，其採用波長為308nm脈衝寬度為140ns到200ns的準分子(excimer)雷射照射非晶矽層的上表面，使非晶矽層的上表面熔化，從而晶化成多晶矽。
然而，在現有技術中採用準分子雷射退火的多晶矽製作方法中，雷射能量無法很快地使非晶矽層達到熔化溫
度，而需要使用多次脈衝的準分子雷射的能量，才能使非晶矽層熔化而晶化成多晶矽。而且，現有技術中採用準分子雷射退火的多晶矽製作方法中還存在的多晶矽結晶率不穩定的問題，而且需要很高的準分子雷射能量。
為了解决上述技術問題之一，本發明提供一種多晶矽製作方法，包括：(步驟S11)用固態雷射裝置發射雷射來照射非晶矽層的下表面，以對所述非晶矽層進行預熱；以及(步驟S12)用準分子雷射裝置發射雷射來照射所述非晶矽層的上表面，以將所述非晶矽層晶化成多晶矽，其中所述步驟S11先於所述步驟S12一預定時間執行。
其中，所述非晶矽層形成於由上到下依次由矽氧化層和透明基板重疊構成的多層之上並與所述矽氧化層具有一臨界面，並且其中，在所述步驟S11中，用所述固態雷射裝置發射雷射穿透所述透明基板和所述矽氧化層，最後到達所述非晶矽層與所述矽氧化層的所述臨界面來照射所述非晶矽層的下表面，以對所述非晶矽層進行預熱。
其中，所述非晶矽層形成於由上到下依次由矽氧化層、氮化矽層和透明基板重疊構成的多層之上並與所述矽氧化層具有一臨界面，並且其中，在所述步驟S11中，用所述固態雷射裝置發射雷射穿透所述透明基板、所述氮化矽層和所述矽氧化層，最後到達所述非晶矽層與所述矽氧化層的所述臨界面來照射所述非晶矽層的下表面，以對所
述非晶矽層進行預熱。
其中，所述固態雷射裝置發射的雷射的波長為532nm。
其中，所述固態雷射裝置發射的雷射的光束尺寸為所述準分子雷射裝置發射的雷射的光束尺寸的1.5倍。
其中，所述固態雷射裝置發射的雷射為雷射脈衝或連續雷射。
本發明還提供了一種多晶矽製作方法，包括：(步驟S11’)用固態雷射裝置發射雷射來照射非晶矽層的下表面，以對所述非晶矽層進行加熱；以及(步驟S12’)用準分子雷射裝置發射雷射來照射所述非晶矽層的上表面，以將所述非晶矽層晶化成多晶矽，其中所述步驟S11’與所述步驟S12’同時執行。
其中，所述非晶矽層形成於由上到下依次由矽氧化層和透明基板重疊構成的多層之上並與所述矽氧化層具有一臨界面，並且其中，在所述步驟S11’中，用所述固態雷射裝置發射雷射穿透所述透明基板和所述矽氧化層，最後到達所述非晶矽層與所述矽氧化層的所述臨界面來照射所述非晶矽層的下表面，以對所述非晶矽層進行加熱。
其中，所述非晶矽層形成於由上到下依次由矽氧化層、氮化矽層和透明基板重疊構成的多層之上並與所述矽氧化層具有一臨界面，並且其中，在所述步驟S11’中，用所述固態雷射裝置發射雷射穿透所述透明基板、所述氮化矽層和所述矽氧化層，最後到達所述非晶矽層與所述矽氧
化層的所述臨界面來照射所述非晶矽層的下表面，以對所述非晶矽層進行加熱。
其中，所述固態雷射裝置發射的雷射的波長為532nm。
其中，所述固態雷射裝置發射的雷射的光束尺寸為所述準分子雷射裝置發射的雷射的光束尺寸的1.5倍。
其中，所述固態雷射裝置發射的雷射為雷射脈衝或連續雷射。
本發明借助於固態雷射裝置發射雷射來照射非晶矽層的下表面，並用準分子雷射裝置發射雷射來照射非晶矽層的上表面，不但能夠縮短非晶矽熔化而晶化成多晶矽的時間，從而有效提高多晶矽的產量，而且，由於降低了非晶矽的熔化和晶化時的溫度梯度，從而能夠有效增加多晶矽的結晶率並改善多晶矽的結晶質量，另外，還可以減少昂貴的準分子雷射裝置的發射次數，從而延長準分子雷射裝置的使用壽命，進一步降低成本。
110、210、310、410‧‧‧非晶矽層
120、220、320、420‧‧‧準分子雷射裝置
130、230、250、330、350、430、450‧‧‧雷射
240、340、440‧‧‧固態雷射裝置
360、460‧‧‧矽氧化層
370、470‧‧‧透明基板
480‧‧‧氮化矽層
S11、S12、S11'、S12'‧‧‧步驟
下面將參照所附附圖來描述本發明的實施例，其中：第1圖示例性繪示了一種現有技術中採用準分子雷射退火的多晶矽製作方法的示意圖；第2圖示例性繪示了根據本發明的第一實施例的採用準分子雷射退火的多晶矽製作方法的示意圖；第3圖示例性繪示了根據本發明的第二實施例的採
用準分子雷射退火的多晶矽製作方法的示意圖；第4圖示例性繪示了根據本發明的第三實施例的採用準分子雷射退火的多晶矽製作方法的示意圖；第5圖示例性繪示了根據本發明的一個實施例的採用準分子雷射退火的多晶矽製作方法的流程圖；以及第6圖示例性繪示了根據本發明的另一個實施例的採用準分子雷射退火的多晶矽製作方法的流程圖。
下面將結合第2圖至第6圖詳細描述本發明，其中相同的附圖標記表示相同或相似的設備、物質或步驟。
第2圖示例性繪示了根據本發明的第一實施例的採用準分子雷射退火的多晶矽製作方法的示意圖。如第2圖中所示，與第1圖中所示的現有技術中的採用準分子雷射退火的多晶矽製作方法不同，本發明除了用準分子雷射裝置220發射雷射230來照射非晶矽層210的上表面之外，還用固態雷射裝置240發射雷射250來照射非晶矽層210的下表面，以對非晶矽層210進行預熱或輔助加熱，從而有利於將非晶矽層210的熔化而晶化成多晶矽。
其中，用固態雷射裝置240發射雷射250的發射功率和用準分子雷射裝置220發射雷射230的發射功率的選取可以根據非晶矽層210具體的如加工面積、厚度、材質等材料參數、以及所使用的準分子雷射裝置220和固態雷射裝置240具體的如功率、波長、脈衝參數等而定。
其中，用固態雷射裝置240發射雷射250來照射非
晶矽層210的下表面可以先於用準分子雷射裝置220發射雷射230來照射非晶矽層210的上表面一預定時間。該預定時間的選取可以根據非晶矽層210具體的如加工面積、厚度、材質等材料參數、以及所使用的準分子雷射裝置220和固態雷射裝置240具體的如功率、波長、脈衝參數等而定。
其中，用固態雷射裝置240發射雷射250來照射非晶矽210層的下表面可以與用準分子雷射裝置220發射雷射230來照射非晶矽層210的上表面同時進行。
其中，固態雷射裝置240是比較廉價的固態雷射裝置，例如能夠發射的雷射250的波長為532nm。
其中，為了進一步改善非晶矽層210的受熱效果，例如，固態雷射裝置240發射的雷射250的光束尺寸可以為準分子雷射裝置220發射的雷射230的光束尺寸的1.5倍。例如，如果光束截面是圓形或橢圓形，則光束尺寸是半徑或半軸的尺寸，如果光束截面是矩形，則光束尺寸是長度和寬度。
其中，固態雷射裝置240發射的雷射250可以為雷射脈衝或連續雷射。
本發明借助於固態雷射裝置發射雷射來照射非晶矽層的下表面，並用準分子雷射裝置發射雷射來照射非晶矽層的上表面，不但能夠縮短非晶矽熔化而晶化成多晶矽的時間，從而有效提高多晶矽的產量，而且，由於降低了非晶矽的熔化和晶化時的溫度梯度，從而能夠有效增加多
晶矽的結晶率並改善多晶矽的結晶質量，另外，還可以減少昂貴的準分子雷射裝置的發射次數，從而延長準分子雷射裝置的使用壽命，進一步降低成本。
第3圖示例性繪示了根據本發明的第二實施例的採用準分子雷射退火的多晶矽製作方法的示意圖。如第3圖中所示，與第2圖的不同之處在於，第3圖中的非晶矽層310可以是形成於由上到下依次由矽氧化層(SiOx)360和透明基板370重疊構成的多層之上，並與矽氧化層360具有一臨界面。其中，用固態雷射裝置340發射雷射350穿透透明基板370和矽氧化層360，最後到達非晶矽層310與矽氧化層360的臨界面來照射非晶矽層310的下表面，以對非晶矽層310進行預熱或輔助加熱。由於用固態雷射裝置340發射的雷射350可以透過透明基板370和矽氧化層360，因此，不影響本發明的實施效果。
第4圖示例性繪示了根據本發明的第三實施例的採用準分子雷射退火的多晶矽製作方法的示意圖。如第4圖中所示，與第2圖的不同之處在於，第4圖中的非晶矽層410可以是形成於由上到下依次由矽氧化層(SiOx)460、氮化矽層(SiN)480和透明基板470重疊構成的多層之上，並與矽氧化層460具有一臨界面。其中，用固態雷射裝置440發射雷射450穿透透明基板470、氮化矽層480和矽氧化層460，最後到達非晶矽層410與矽氧化層460的臨界面來照射非晶矽層410的下表面，以對非晶矽層進行410預熱。由於用固態雷射裝置440發射的雷射450可以透過透
明基板470、氮化矽層480和矽氧化層460，因此，不影響本發明的實施效果。
結合第2圖至第4圖，第5圖示例性繪示了根據本發明的一個實施例的採用準分子雷射退火的多晶矽製作方法的流程圖。如第5圖中所示，本實施例的多晶矽製作方法包括：首先，執行步驟S11，用固態雷射裝置發射雷射來照射非晶矽層的下表面，以對非晶矽層進行預熱。
在一預定時間之後，執行步驟S12，用準分子雷射裝置發射雷射來照射非晶矽層的上表面，以將非晶矽層晶化成多晶矽。
其中，用固態雷射裝置發射雷射的發射功率和用準分子雷射裝置發射雷射的發射功率的選取可以根據非晶矽層具體的如加工面積、厚度、材質等材料參數、以及所使用的準分子雷射裝置和固態雷射裝置具體的如功率、波長、脈衝參數等而定。
其中，預定時間的選取可以根據非晶矽層具體的如加工面積、厚度、材質等材料參數、以及所使用的準分子雷射裝置和固態雷射裝置具體的如功率、波長、脈衝參數等而定。
其中，固態雷射裝置是比較廉價的固態雷射裝置，例如能夠發射的雷射的波長為532nm。
其中，為了進一步改善非晶矽層的受熱效果，例如，固態雷射裝置發射的雷射的光束尺寸可以為準分子雷
射裝置發射的雷射的光束尺寸的1.5倍。例如，如果光束截面是圓形或橢圓形，則光束尺寸是半徑或半軸的尺寸，如果光束截面是矩形，則光束尺寸是長度和寬度。
其中，固態雷射裝置發射的雷射可以為雷射脈衝或連續雷射。
第6圖示例性繪示了根據本發明的另一個實施例的採用準分子雷射退火的多晶矽製作方法的流程圖。如第6圖中所示，本實施例的多晶矽製作方法包括：執行步驟S11’，用固態雷射裝置發射雷射來照射非晶矽層的下表面，以對非晶矽層進行加熱，同時，執行步驟S12’，用準分子雷射裝置發射雷射來照射非晶矽層的上表面，以將非晶矽層晶化成多晶矽。
其中，用固態雷射裝置發射雷射的發射功率和用準分子雷射裝置發射雷射的發射功率的選取可以根據非晶矽層具體的如加工面積、厚度、材質等材料參數、以及所使用的準分子雷射裝置和固態雷射裝置具體的如功率、波長、脈衝參數等而定。
其中，固態雷射裝置是比較廉價的固態雷射裝置，例如能夠發射的雷射的波長為532nm。
其中，為了進一步改善非晶矽層的受熱效果，例如，固態雷射裝置發射的雷射的光束尺寸可以為準分子雷射裝置發射的雷射的光束尺寸的1.5倍。例如，如果光束截面是圓形或橢圓形，則光束尺寸是半徑或半軸的尺寸，如果光束截面是矩形，則光束尺寸是長度和寬度。
其中，固態雷射裝置發射的雷射為雷射脈衝或連續雷射。
本發明借助於固態雷射裝置發射雷射來照射非晶矽層的下表面，並用準分子雷射裝置發射雷射來照射非晶矽層的上表面，不但能夠縮短非晶矽熔化而晶化成多晶矽的時間，從而有效提高多晶矽的產量，而且，由於降低了非晶矽的熔化和晶化時的溫度梯度，從而能夠有效增加多晶矽的結晶率並改善多晶矽的結晶質量，另外，還可以減少昂貴的準分子雷射裝置的發射次數，從而延長準分子雷射裝置的使用壽命，進一步降低成本。
雖然已參照典型實施例描述了本發明，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由於本發明能夠以多種形式具體實施，所以應當理解，上述實施例不限於任何前述的細節，而應在隨附申請專利範圍所限定的範圍內廣泛地解釋，因此落入申請專利範圍或其等同範圍內的全部變化和改型都應為隨附申請專利範圍所涵蓋。
S11、S12‧‧‧步驟
Claims (12)
- 一種多晶矽的製造方法，包括：(步驟S11)用固態雷射裝置發射雷射來照射非晶矽層的下表面，以對該非晶矽層進行預熱；以及(步驟S12)用準分子雷射裝置發射雷射來照射該非晶矽層的上表面，以將該非晶矽層晶化成多晶矽，其中該步驟S11先於該步驟S12一預定時間執行。
- 如請求項1所述的多晶矽製造方法，其中該非晶矽層形成於由上到下依次由矽氧化層和透明基板重疊構成的多層之上並與該矽氧化層具有一臨界面，並且其中，在該步驟S11中，用該固態雷射裝置發射雷射穿透該透明基板和該矽氧化層，最後到達該非晶矽層與該矽氧化層的該臨界面來照射該非晶矽層的下表面，以對該非晶矽層進行預熱。
- 如請求項1所述的多晶矽製造方法，其中該非晶矽層形成於由上到下依次由矽氧化層、氮化矽層和透明基板重疊構成的多層之上並與該矽氧化層具有一臨界面，並且其中，在該步驟S11中，用該固態雷射裝置發射雷射穿透該透明基板、該氮化矽層和該矽氧化層，最後到達該非晶矽層與該矽氧化層的該臨界面來照射該非晶矽層的下表面，以對該非晶矽層進行預熱。
- 如請求項1至3中任何一項所述的多晶矽製造方法，其中，該固態雷射裝置發射的雷射的波長為523、532nm。
- 如請求項4所述的多晶矽製造方法，其中該固態雷射裝置發射的雷射的光束尺寸為該準分子雷射裝置發射的雷射的光束尺寸的1倍到1.5倍。
- 如請求項4所述的多晶矽製造方法，其中該固態雷射裝置發射的雷射為雷射脈衝或連續雷射。
- 一種多晶矽的製造方法，包括：(步驟S11’)用固態雷射裝置發射雷射來照射非晶矽層的下表面，以對該非晶矽層進行加熱；以及(步驟S12’)用準分子雷射裝置發射雷射來照射該非晶矽層的上表面，以將該非晶矽層晶化成多晶矽，其中該步驟S11’與該步驟S12’同時執行。
- 如請求項7所述的多晶矽製造方法，其中該非晶矽層形成於由上到下依次由矽氧化層和透明基板重疊構成的多層之上並與該矽氧化層具有一臨界面，並且其中，在該步驟S11’中，用該固態雷射裝置發射雷射穿透該透明基板和該矽氧化層，最後到達該非晶矽層與該矽氧化層的該臨界面來照射該非晶矽層的下表面，以對該非晶矽層進行加熱。
- 如請求項7所述的多晶矽製造方法，其中，該非晶矽層形成於由上到下依次由矽氧化層、氮化矽層和透明基板重疊構成的多層之上並與該矽氧化層具有一臨界面，並且其中，在該步驟S11’中，用該固態雷射裝置發射雷射穿透該透明基板、該氮化矽層和該矽氧化層，最後到達該非晶矽層與該矽氧化層的 該臨界面來照射該非晶矽層的下表面，以對該非晶矽層進行加熱。
- 如請求項7至9中任何一項所述的多晶矽製造方法，其中該固態雷射裝置發射的雷射的波長為523nm、532nm。
- 如請求項10所述的製造方法，其中該固態雷射裝置發射的雷射的光束尺寸為該準分子雷射裝置發射的雷射的光束尺寸的1倍到1.5倍。
- 如請求項11中任何一項所述的多晶矽製造方法，其中該固態雷射裝置發射的雷射為雷射脈衝或連續雷射。
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