激光退火设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及薄膜制备【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激光源和基板承载装置，所述基板承载装置包括呈平面结构、用于放置基板的固定面，所述激光源发出的激光照射到固定面上的入射角α小于90度。在将非晶硅薄膜层转变为多晶硅薄膜层的退火工艺中，通过设置激光源发出的激光不垂直照射到基板上，使得基板上的非晶硅薄膜层转变为多晶硅薄膜层后，因为基板有倾斜角度，受重力分量的影响晶粒结晶取向固定，多晶硅薄膜的晶粒的尺寸较大，且形状和尺寸分布均一，提高了LTPS薄膜晶体管的性能。本技术方案由于仅需改变激光照射到固定面上的入射角，方便简洁，制作成本低。
【专利说明】激光退火设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及薄膜制备【技术领域】，特别是涉及一种激光退火设备。
【背景技术】
[0002]薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)可分为多晶娃(p-Si)TFT与非晶娃(a-Si)TFT，两者的差异在于电晶体特性不同。由于非晶硅a-Si本身自有的缺陷问题，如缺陷态多导致的开态电流低、迀移率低、稳定性差，使得它在很多领域受到限制。P-Si的分子结构在一颗晶粒(Grain)中的排列状态是整齐而有方向性的，因此电子移动率比排列杂乱的非晶硅快了 200-300倍。P-Si产品主要包含高温多晶硅(HTPS)与低温多晶硅(LowTemperature Poly-Silicon, LTPS)两种产品。
[0003]LTPS技术是新一代的TFT显示器制造流程，主要是通过准分子激光退火(ELA)、金属优化晶化(MIC)或固相晶化法(SPC)工艺将a-Si薄膜层转变为p-Si薄膜层。LTPS TFT显示器具有更快的响应时间，更高的分辨率，因此具有更佳的画面显示品质。在形成显示装置外围的电路时使用LTPS技术，能够减少集成电路(1C)，简化显示装置的外围，进而实现窄边框技术。
[0004]准分子激光退火(ELA)工艺，是一种相对比较复杂的退火过程。对于多晶硅薄膜中，晶粒尺寸及晶粒均匀性的控制一直是该【技术领域】中的研宄热点。因为低温多晶硅薄膜晶体管的沟道区所覆盖的多晶硅晶粒尺寸及分布情况(均匀性问题)，将直接影响到低温多晶硅薄膜晶体管的电学性能(如:迀移率大小，迀移率及阈值电压的均匀性等)。因此，如何控制非晶硅转变为理想的多晶硅(多晶硅薄膜晶粒尺寸较大，并且分布均匀)技术，是一个重要的研宄课题。
[0005]图1所示为现有技术中准分子激光退火设备制备多晶硅薄膜的过程示意图。如图1所示，现有技术中准分子激光退火设备包括激光源(图中未示出)、承载基板103的基台101，以及设置在基台101上、用于固定基板103的卡盘102。制备多晶硅薄膜的过程具体为:将表面沉积有非晶硅薄膜的基板103通过卡盘102固定在基台101上，然后打开激光源，发出的激光104垂直照射到基板103的表面，然后基台101带动基板103进行X与Y轴方向的移动，完成激光104对基板103整个表面的扫描，将非晶硅转变为多晶硅。
[0006]图2所示为通过上述过程制备的多晶硅薄膜的扫描电镜照片。如图2所示，可见，制得的多晶硅薄膜的晶粒大小不一，形状不固定(多边形)，分布不均匀，没有固定取向，多晶硅晶粒的边长从0.2?0.5微米不等。当采用通过上述过程制备的多晶硅薄膜来形成薄膜晶体管，会直接影响低温多晶硅薄膜晶体管的性能，如:阈值电压不均匀。
实用新型内容
[0007]本实用新型提供一种激光退火设备，用以解决通过现有技术中的准分子激光退火设备形成的多晶硅薄膜的晶粒，尺寸较小且不一，形状不固定，没有固定取向的问题。
[0008]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种激光退火设备，包括激光源和基板承载装置，所述基板承载装置包括呈平面结构、用于放置基板的固定面，其中，所述激光源发出的激光照射到所述固定面上的入射角α小于90°，所述固定面不平行于水平面。
[0009]进一步地，81。彡α 彡 85。。
[0010]进一步地，所述基板承载装置还包括基台和设置在所述基台上、用于固定基板的固定元件，所述固定元件为卡盘，所述固定面位于所述卡盘上。
[0011]进一步地，所述基板承载装置还包括用于隔离保护所述固定面的防护元件，设置在所述固定面的周边。
[0012]进一步地，所述防护元件为板状的防护板。
[0013]进一步地，所述防护板垂直于所述固定面设置，并凸出于所述固定面的上方。
[0014]进一步地，所述防护板设置在所述固定元件上；
[0015]所述基板承载装置还包括直线驱动装置，所述直线驱动装置的驱动轴与所述防护板的下端固定连接，用于驱动所述防护板的上端凸出于所述固定面的上方，或位于所述固定面的下方。
[0016]进一步地，所述激光源为准分子激光器。
[0017]进一步地，所述激光退火设备还包括:
[0018]用于驱动所述基台相对所述激光源移动，并保持所述激光源发出的激光照射到固定面上的入射角不变的基台驱动装置。
[0019]本实用新型的上述技术方案的有益效果如下:
[0020]上述技术方案中，激光退火设备包括激光源和基板承载装置，所述基板承载装置包括呈平面结构、用于放置基板的固定面，所述激光源发出的激光照射到固定面上的入射角α小于90度。在将非晶硅薄膜层转变为多晶硅薄膜层的退火工艺中，通过设置激光源发出的激光不垂直照射到基板上，使得基板上的非晶硅薄膜层转变为多晶硅薄膜层后，因为基板有倾斜角度，受重力分量的影响晶粒结晶取向固定，多晶硅薄膜的晶粒的尺寸较大，且形状和尺寸分布均一，提高了 LTPS薄膜晶体管的性能。本技术方案由于仅需改变激光照射到固定面上的入射角，方便简洁，制作成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1表示现有技术中激光退火设备的结构示意图；
[0023]图2表示现有技术中激光退火设备制备的多晶硅薄膜层的扫描电镜照片；
[0024]图3表示本实用新型实施例中激光退火设备的结构示意图；
[0025]图4表示本实用新型实施例中激光退火设备制备的多晶硅薄膜层的扫描电镜照片。
【具体实施方式】
[0026]下面将结合附图和实施例，对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
[0027]需要说明的是，以下内容中关于位置关系的术语，如:“上方”、“下方”，为参照图3所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0028]本实用新型实施例中提供一种激光退火设备，用于通过激光退火工艺将非晶硅薄膜层转变为多晶硅薄膜层，且形成的多晶硅薄膜的晶粒尺寸较大，并且形状和尺寸分布均匀，取向固定，为理想的多晶硅薄膜，采用这样的多晶硅薄膜可以形成性能较好的薄膜晶体管。
[0029]所述激光退火设备包括设置在工艺腔室内的激光源(具体为准分子激光器，如:氯化氙激光器)和基板承载装置，如图3所示，所述基板承载装置包括基台101和设置在基台101上、用于固定基板103的固定元件102。所述基板承载装置还包括呈平面结构、用于放置基板103的固定面A，所述激光源发出的激光104照射到固定面A上的入射角α小于90度，固定面A不平行于水平面。在将非晶硅薄膜层转变为多晶硅薄膜层的退火工艺中，表面形成有非晶硅薄膜层的基板103放置在固定面A上，并通过固定元件102固定，所述激光源发出的激光104以入射角α照射基板103上的非晶硅薄膜层，将非晶硅薄膜层转变为多晶硅薄膜层。通过设置激光源发出的激光104不垂直照射固定面Α，进而激光104不垂直照射放置在固定面A上的基板103表面上的非晶硅薄膜层，使得非晶硅薄膜层转变为多晶硅薄膜层后，因为基板103有倾斜角度，受重力分量的影响晶粒结晶取向固定，多晶硅薄膜的晶粒形状(多为四边形)和尺寸分布均一，且尺寸较大，边长可以达到0.4微米，如图4所示。当采用该多晶硅薄膜制作薄膜晶体管时，可以提高薄膜晶体管的性能，如:阈值电压均
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[0030]优选地，激光104照射到固定面A上的入射角81° < α < 85°，在保证基板103具有一定倾斜角度的同时，还可以保证激光104照射到基板103上的能量密度满足工艺要求。
[0031]其中，在非晶硅薄膜层转变为多晶硅薄膜层的退火工艺中，激光脉冲的重叠率为92%?98%，激光的扫描速率为:4mm/s?16mm/s，激光的能量密度为300?500mJ/cm2。
[0032]在一个具体的实施方式中，固定元件102为卡盘，固定面A位于卡盘102上，如图3所示。相应地，只需改变卡盘102的结构，使得所述激光源发出的激光照射到所述固定面上的入射角α小于90°，即可实现本实用新型的技术方案。
[0033]进一步地，所述基板承载装置还包括防护元件105，设置在固定面A的周边，用于隔离保护固定面Α，防止多晶硅形成过程中工艺腔室底部的排气流，从基台101回流上来，污染多晶娃。
[0034]具体的，防护元件105可以为板状的防护板。
[0035]进一步地，设置防护板105垂直于固定面Α，其下端位于固定面A的下方，上端位于固定面A的上方，使得固定面A位于防护板105围成的空间内，与防护板105的外侧隔离，从而保护放置在固定面A上的基板103不会被防护板105外侧的气流污染。
[0036]进一步地，当防护板105设置在固定元件102上，尤其当固定面A位于固定元件102上时，为了配合固定元件102固定基板103的功能，所述基板承载装置还包括直线驱动装置(图中未示出)，所述直线驱动装置的驱动轴与防护板105的下端(位于下方的一端)固定连接，用于驱动防护板105的上端(位于上方的一端)位于固定面A的上方，或位于固定面A的下方。具体的，在固定元件102的固定面A上放置基板103之前，所述直线驱动装置驱动防护板105的上端位于固定面A的下方。当基板103放置在卡盘102的固定面A上之后，通过固定元件102固定基板103，然后所述直线驱动装置驱动防护板105的上端位于固定面A的上方，围成一个隔离空间，隔离基板103与防护板105的外侧。
[0037]为了实现激光104对基板103上非晶硅薄膜层的扫描，需要实现激光104和基板103的相对运动。具体可以通过固定所述激光源，移动基板103的方式来实现两者的相对移动。则所述激光退火设备还包括基台驱动装置，用于驱动基台101相对所述激光源移动，并保持所述激光源发出的激光104照射到固定面A上的入射角α不变。
[0038]结合图3所示，本实用新型实施例中激光退火设备具体工作过程为:
[0039]其中，采用氯化氙(XeCl)准分子激光器(波长308nm)对非晶硅薄膜层进行退火，来得到多晶硅薄膜层。
[0040]I)对基板103进行预清洗，基板103为玻璃基板或石英基板。
[0041]2)在基板103的表面上制作非晶硅薄膜层。具体的，首先采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法在基板103的表面上沉积缓冲薄膜层(缓冲薄膜层为SiNx薄膜层和3;102薄膜层的复合层)，具体的先沉积50?150nm的氮化娃层，再沉积100?350nm的二氧化硅层；然后在缓冲薄膜层之上沉积30?60nm的非晶硅薄膜层。
[0042]3)于400?500°C的温度下，对非晶硅薄膜层进行0.5?3小时的高温处理。
[0043]4)初始状态，防护板105的上端位于固定面A的下方，将经过1)_3)步骤的基板103放置在激光退火设备的固定面A上，并通过卡盘102固定基板103。其中，固定面A位于卡盘102上，固定面A具有5°?9°的倾斜。
[0044]5)打开直线驱动装置，驱动防护板105移动，使其上端位于固定面A的上方，然后打开位置固定的激光源，倾斜的固定面A将使得激光104以81°?85°的入射角照射基板103表面的非晶硅薄膜层。
[0045]6)打开基台驱动装置，驱动基台101携带基板103进行X与Y轴方向的移动，完成激光104对非晶硅薄膜层的扫描。其中，激光脉冲频率为500Hz，重叠率为92%?98%，激光扫描速率为:4mm/s?16mm/s，激光能量密度为300?500mJ/cm2。
[0046]本实用新型激光退火设备制得的低温多晶硅薄膜可以作为低温多晶硅薄膜晶体管的有源层，适用于低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器(LTPS TFT-1XD)及有源矩阵有机发光二极管显示器(AMOLED)等。
[0047]本实用新型的技术方案中，激光退火设备包括激光源和基板承载装置，所述基板承载装置包括呈平面结构、用于放置基板的固定面，所述激光源发出的激光照射到固定面上的入射角α小于90度。在将非晶硅薄膜层转变为多晶硅薄膜层的退火工艺中，通过设置激光源发出的激光不垂直照射到基板上，使得基板上的非晶硅薄膜层转变为多晶硅薄膜层后，因为基板有倾斜角度，受重力分量的影响晶粒结晶取向固定，多晶硅薄膜的晶粒的尺寸较大，且形状和尺寸分布均一，提高了 LTPS薄膜晶体管的性能。本技术方案由于仅需改变激光照射到固定面上的入射角，方便简洁，制作成本低。
[0048]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种激光退火设备，包括激光源和基板承载装置，所述基板承载装置包括呈平面结构、用于放置基板的固定面，其特征在于，所述激光源发出的激光照射到所述固定面上的入射角α小于90°，所述固定面不平行于水平面。
2.根据权利要求1所述的激光退火设备，其特征在于，81°< α <85°。
3.根据权利要求1所述的激光退火设备，其特征在于，所述基板承载装置还包括基台和设置在所述基台上、用于固定基板的固定元件，所述固定元件为卡盘，所述固定面位于所述卡盘上。
4.根据权利要求1所述的激光退火设备，其特征在于，所述基板承载装置还包括用于隔离保护所述固定面的防护元件，设置在所述固定面的周边。
5.根据权利要求4所述的激光退火设备，其特征在于，所述防护元件为板状的防护板。
6.根据权利要求5所述的激光退火设备，其特征在于，所述防护板垂直于所述固定面设置，所述防护板的下端位于所述固定面的下方，上端位于所述固定面的上方。
7.根据权利要求6所述的激光退火设备，其特征在于，所述防护板设置在所述固定元件上； 所述基板承载装置还包括直线驱动装置，所述直线驱动装置的驱动轴与所述防护板的下端固定连接，用于驱动所述防护板的上端位于所述固定面的上方，或位于所述固定面的下方。
8.根据权利要求1-7任一项所述的激光退火设备，其特征在于，所述激光源为准分子激光器。
9.根据权利要求1-7任一项所述的激光退火设备，其特征在于，所述激光退火设备还包括: 用于驱动所述基台相对所述激光源移动，并保持所述激光源发出的激光照射到固定面上的入射角不变的基台驱动装置。
【文档编号】B23K26/00GK204189771SQ201420147680
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】田雪雁 申请人:京东方科技集团股份有限公司