CN102738079A - 多晶硅激光退火装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多晶硅退火装置和多晶硅退火方法，其中的多晶硅退火装置在脉冲激光束发生器和非晶硅基板之间与非晶硅基板平行的方向上设置一遮挡板，该遮挡板具有不小于激光束宽度的宽度，并且遮挡板沿激光束的宽度方向上设置有若干使得激光不通过的遮蔽区和允许激光通过的通过区，遮蔽区和通过区在激光束的长度方向上成列设置，同一列的所有遮蔽区在激光束的宽度方向上的长度和相等，使得每一次激发出的激光束不再照射在非晶硅基板上同一条线的位置上，通过遮挡化线不均匀为肉眼无法分辨的点不均，解决现有技术中由于每次激光束能量不同带来的照射造成的显示不均的技术问题。

Description

多晶硅激光退火装置及其方法

技术领域

本发明涉及驱动电路技术有机发光显示器阵列基板制造领域,具体是一种多晶硅激光退火装置及其方法。

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，体积更薄等优点，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。

在一般组件中,都需配置开关以驱动组件的运作,就显示组件来说,这些开关的配置可分为主动矩阵式与被动矩阵式两大类型，由于主动矩阵式的配置方式具有可连续发光以及低电压驱动等优点，所以近年来此种配置方式大幅地被应用于显示组件中。在主动矩阵式的显示组件中，其开关可以是薄膜晶体管(thin film transistor，简称TFT)或薄膜二极管等，其中，薄膜晶体管依沟道区的材质分为非晶硅(amorphous si1icon，简称a-Si)薄膜晶体管以及多晶硅(poly-si1ocon)薄膜晶体管，由于多晶硅薄膜晶体管相对于非晶硅薄膜晶体管其消耗功率小且电子迁移率大，因此逐渐受到市场的重视。

早期的多晶硅薄膜晶体管的制程温度高达摄氏1000度，因此基板材质的选择受到限制；不过，近来由于激光的发展，制程温度可降至摄氏600度以下，利用此种制程方式所得的多晶硅薄膜晶体管又被称为低温多晶硅(lowtemperature poly-si1icon,简称为LTPS)薄膜晶体管。目前大多采用准分子激光退火（excimer laser annealing，简称ELA）的方法进行结晶化。

激光晶化是由准分子激光器激发出脉冲激光束，激光束经过调节到达非晶硅基板上，非晶硅膜吸收激光能量，瞬间达到1700℃的高温熔化，然后在冷却过程中重新进行结晶称为多晶硅。激光晶化时，激光束宽度大约为400μm，激光束固定不动，基板匀速移动。激光能量越大，激光晶化后获得的多晶硅的晶体的粒径越大，由于每次被激发出的激光能量有所不同且激光束本身的能量分布不均，因此形成的晶粒大小也有所不同，及其形成的多晶硅存在不均匀问题。即使使用重叠照射，也无法将这种不均匀消除。这样的不均匀分别被称为照射造成的不均和扫描造成的不均。

中国专利文献CN100495204C公开了一种利用连续式侧向固化法进行低温多晶硅工艺的工艺光罩，此工艺光罩包括一完全透光区、一完全遮光区和一部分透光区，其中完全透光区被完全遮光区所包围，且部分透光区是分布于完全透光区之中，用以改变完全透光区的激光能量密度分布，而将非晶系材质转为多晶系材质，利用激光退火形成多晶系膜层的方法，以形成具有非连续直线的晶粒边界的多晶系膜层。上述专利文献通过使用光罩弯曲晶界，以使每个TFT沟道内都有晶界，避免晶界整齐排列成一行落在TFT沟道内的数量可能不同造成的电学性能差异。上述专利文献中的工艺光罩只限于连续式侧向固化法时使用，此连续式侧向固化法中晶粒位置固定，没有照射造成的不均的问题。上述专利文献中的工艺光罩的透光区域较小，两个透光区域之间形成一个15微米的晶粒，晶粒本身尺寸较大。因此，上述专利文献中工艺光罩的设计只能适用于微观上单排晶粒边界的弯曲，进而通过控制晶界位置控制TFT电学性能均匀性。而无法在宏观上（40微米以上级别）调节区域晶粒大小。即如果将上述专利中的光罩用于传统ELA工艺，则其光罩的单个透光区域无法覆盖一个TFT区域，或者说一个TFT区域内有多个上述专利中光罩的透光区。这样宏观上仍然会形成成行的照射造成的不均，无法达到消除照射造成的不均的目的。

发明内容

为此，本发明所要解决的是现有工艺光罩只限于在连续式侧向固化法时使用以弯曲单排晶粒边界而无法用在ELA技术中在宏观上调节区域晶粒大小带来的照射造成的不均的技术问题，提供一种多晶硅激光退火装置及其方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种多晶硅激光退火装置，包括：

脉冲激光束发生器，发出脉冲激光束；

非晶硅基板，接收所述脉冲激光束发生器发出的脉冲激光束，非晶硅瞬间融化然后在冷却过程中重新进行结晶形成多晶硅；

在所述脉冲激光束发生器和所述非晶硅基板之间与所述非晶硅基板平行设置的遮挡板，所述遮挡板的长度、宽度分别大于或者等于所述激光束的长度、宽度，并且所述遮挡板沿所述激光束的宽度方向上设置有若干使得激光不通过的遮蔽区和允许激光通过的通过区，不同的遮蔽区和通过区在所述激光束的长度方向上成列设置，同一列的所有遮蔽区在所述激光束的宽度方向上的长度和相等。

所述遮蔽区和所述通过区均至少覆盖制备一个TFT需要的面积。

所述激光束的长度方向上的不同所述遮蔽区在所述激光束的宽度方向上的长度和大于或者等于60μm，并且小于或者等于180μm。

还包括一个震动装置，其与所述遮挡板相连，驱动所述遮挡板在所述激光束的长度方向上水平震动。

所述震动装置的频率范围在5Hz-50Hz之间，所述震动装置的幅值范围为1mm-3mm；且所述震动装置的频率或者幅值在几个激光脉冲周期后随机变化一次。

提示，提供一种多晶硅激光退火方法，包括如下步骤：

①在脉冲激光束发生器和非晶硅基板之间与所述非晶硅基板平行的方向上设置遮挡板，所述遮挡板长度、宽度分别大于或者等于所述激光束的长度、宽度，并且所述遮挡板沿所述激光束的宽度方向上设置有若干使得激光不通过的遮蔽区和允许激光通过的通过区，不同的遮蔽区和通过区在所述激光束的长度方向上成列设置，同一列的所有遮蔽区在所述激光束的宽度方向上的长度和相等；

②发射脉冲激光束，控制所述非晶硅基板在垂直于所述激光束长轴的方向上匀速运动；

③所述非晶硅完成结晶化生成多晶硅。

所述步骤①中所述遮蔽区和所述通过区均至少覆盖制备一个TFT需要的面积。

所述激光束的长度方向上的不同所述遮蔽区在所述激光束的宽度方向上的长度和大于或者等于60μm，并且小于或者等于180μm。

在所述步骤②中在发射脉冲激光束之前还包括控制所述遮挡板以一定频率和幅值沿着所述激光束的长度方向震动的步骤。

所述遮挡板震动频率范围5Hz-50Hz，所述震动装置的幅值范围为1mm-3mm；且所述震动装置的频率或者幅值在几个激光脉冲周期后随机变化一次。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明的多晶硅激光退火装置，通过在脉冲激光束发生器和非晶硅基板之间与非晶硅基板平行的方向上设置一遮挡板，该遮挡板的长度、宽度分别大于或者等于激光束的长度、宽度，并且遮挡板沿激光束的宽度方向上设置有若干使得激光不通过的遮蔽区和允许激光通过的通过区，不同的遮蔽区和通过区在激光束的长度方向上成列设置，同一列的所有遮蔽区在激光束的宽度方向上的长度和相等，保证各个区域在相同的扫描间距下具有相同的照射次数，保证结晶的均匀性；使得每一次激发出的激光束不再照射在非晶硅基板上同一条线的位置上，使得照射造成的不均形成在不同的TFT行上，通过遮挡化线不均匀为肉眼无法分辨的点不均，解决现有技术中由于每次激光束能量不同带来的照射造成的不均的技术问题。

所述遮蔽区和所述通过区均至少覆盖制备一个TFT需要的面积，这样能保证此TFT区域和同一行相邻的其他TFT区域接受到的是不同次激光脉冲，制备出的TFT电学特性区别在允许范围内稍大，化线不均为点不均的效果明显，可更好地消除照射造成的不均。

限制激光束的长度方向上的不同遮蔽区在激光束的宽度方向上的长度和在60微米和180微米之间，即能有效消除照射造成的不均，又尽可能减少激光损失的能量。

通过遮挡板在激光束长度方向上的水平微震动，可更好的消除照射造成的不均。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明一个实施例的多晶硅退火装置结构示意图；

图2为本发明一个实施例的遮挡板的结构示意图；

图3为本发明另一个实施例的遮挡板的结构示意图；

其中，附图标记为：1-非晶硅基板，2-脉冲激光束，3-遮挡板。

具体实施方式

参见图1所示，作为本发明一个实施例的多晶硅退火装置，包括准分子激光器，发出脉冲激光束2；在与所述激光束发射方向垂直的方向上设置有非晶硅基板1，所述非晶硅基板1包括顺次设置的非晶硅层、二氧化硅缓冲层和玻璃基板；用于接收所述准分子激光器发出的脉冲激光束2，所述非晶硅基板1上的非晶硅吸收激光能量瞬间融化，然后在冷却过程中重新进行结晶形成多晶硅；在所述准分子激光器的激光出口处固定连接有遮挡板3，所述遮挡板3与所述非晶硅基板1平行设置，作为本发明一个实施例的遮挡板3，其具体结构参见图2所示，为保证所述遮挡板3能遮挡整个所述激光束，所述挡板3的长度、宽度分别大于或者等于所述激光束的长度、宽度；本实施例中，所述遮挡板3具有与所述激光束相同的长度和宽度，其中宽度方向见图中箭头方向所示，长度方向与宽度方向垂直，本实施例中所述激光束长度为280mm、宽度为0.4mm；相应地所述遮挡板3的长度以280mm为例、宽度以0.4mm为例；并且所述遮挡板3沿所述激光束的宽度方向上均匀设置有若干使得激光不通过的矩形遮蔽区和允许激光通过的通过区，遮蔽区和通过区在激光束的长度方向上成列设置，其中，所述遮蔽区参见图2中阴影部分所示，完整所述遮蔽区在所述激光束宽度方向上的长度和宽度均为60μm，进而同一列的所有遮蔽区在所述激光束的宽度方向上的长度和均为60μm，这样所述遮挡板3使得每一次激发出的激光束不再照射在非晶硅基板1上同一条线的位置上，通过遮挡化线不均匀为肉眼无法分辨的点不均，解决现有技术中由于每次激光束能量不同带来的照射造成的不均的技术问题。

其中，所述遮挡板3的设置位置可根据需要任意选定，只要将遮挡板3设置在激光束的通道上，即设置在所述准分子激光器和所述非晶硅基板1之间，能实现遮挡的目的即可。

作为本发明另一个实施例的遮挡板3，其结构参见图3所示，所述遮挡板3具有与所述激光束相同的长度和宽度，长度以280mm、宽度以0.4mm为例；并且所述遮挡板3沿所述激光束的宽度方向上随机设置有若干使得激光不通过的矩形遮蔽区和允许激光通过的通过区，不同的遮蔽区和通过区在所述激光束的长度方向上成列设置，完整的所述遮蔽区在所述激光束宽度方向上（即图中箭头所示方向上）的长度在60μm到180μm不等，但是同一列的所有遮蔽区在所述激光束的宽度方向上的长度和均为180μm，同样能实现本发明的保护范围。所述遮蔽区越随机设置，化线不均为点不均的效果越好！所谓随机：指在激光束长轴（即长度）方向不出现连续1mm以上遮蔽区的前提下，遮蔽区的分布尽量不呈现规律性。

作为本发明的其他实施例，不同遮挡板上的遮蔽区在所述激光束宽度方向上的长度和可以不同，主要根据激光束宽度和TFT设计需求确定。遮蔽区不宜过大，如果过大则将损失大量激光能量，影响产量；过小则无法有效消除照射造成的不均。

作为本发明其他实施例的遮挡板3，遮蔽区可均匀分布也可不均匀分布，只要所述激光束的长度方向上的不同遮蔽区在所述激光束的宽度方向上的长度和相等，既能保证各个区域在相同的扫描间距下有相同的照射次数，保证结晶的均匀性，都能实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。

作为本发明其他实施例的遮挡板3，其包括的遮蔽区和通过区均至少覆盖制备一个TFT的面积，这样能保证此TFT区域和同一行相邻的其他TFT区域接受到的是不同次激光脉冲，制备出的TFT电学特性区别在允许范围内稍大，化线不均为点不均的效果明显，可更好地消除照射造成的不均。

作为本发明上述实施例的多晶硅退火装置的其他实施例，包括准分子激光器，发出脉冲激光束2；在与所述激光束发射方向垂直的方向上设置有非晶硅基板1，用于接收所述准分子激光器发出的脉冲激光束2，所述非晶硅基板1上的非晶硅吸收激光能量瞬间融化，然后在冷却过程中重新进行结晶形成多晶硅；在所述准分子激光器的激光出口处固定连接有遮挡板3，所述遮挡板3与所述非晶硅基板1平行设置，与所述遮挡板3相连还设置有一个震动装置，以激光脉冲频率为300Hz时为例，所述震动装置驱动所述遮挡板3在所述激光束的长度方向上在10Hz-20Hz频率范围内随机水平震动，并且其震动频率在若干个脉冲周期后变化一次，保证一个震动周期内有几个脉冲激光照射，其幅值范围为1.5mm-2.5mm，作为本发明一个实施例的遮挡板3，所述遮挡板3具有与所述激光束相同的长度和宽度，长度以280mm、宽度以0.4mm为例；并且所述遮挡板3沿所述激光束的宽度方向上均匀设置有若干使得激光不通过的矩形遮蔽区和允许激光通过的通过区，完整的所述遮蔽区在所述激光束宽度方向上的长度和宽度均为180微米，进而所述激光束的长度方向上的不同所述遮蔽区在所述激光束的宽度方向上的长度和均为180微米，这样遮挡板3使得每一次激发出的激光束不再照射在非晶硅基板1上同一条线的位置上，通过遮挡化线不均匀为肉眼无法分辨的点不均，解决现有技术中由于每次激光束能量不同带来的照射造成的不均的技术问题。本实施例中，当遮挡板3水平微震动时，遮蔽区域的移动导致非晶硅受到照射的次数发生微小改变，受照射次数的微小波动可与激光能量的波动相抵消，具体抵消原理如下：在正常工艺范围内，受照射次数越多，晶粒越大，到一定次数以后晶粒大小基本不变；受照射能量越高，晶粒越大。例如当某次照射能量较高，该透过区域形成了较大的晶粒，但由于受照射次数比其他区域小，最终形成的晶粒大小会和其他区域基本相同。

当然作为实现本发明震动的其他形式，所述震动频率范围为5Hz-50Hz，所述震动的幅值范围为1mm-3mm，均能实现本发明的目的，属于本发明的保护范围；当然，作为一种实现震动的替换形式，本领域技术人员可通过激光束的抖动实现。

作为本发明上述实施例的多晶硅退火装置的一种变形，所述准分子激光器可由现有技术中的脉冲激光束发生器代替，比如固体激光器代替，均能实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。

作为本发明一个实施例的多晶硅退火方法，包括如下步骤：

S01在准分子激光器和非晶硅基板1之间与所述非晶硅基板1平行的方向上设置遮挡板3，所述遮挡板3具有不小于所述激光束宽度的宽度，并且所述遮挡板3沿所述激光束的宽度方向上设置有若干使得激光不通过的遮蔽区和允许激光通过的通过区，所述激光束的长度方向上的不同所述遮蔽区在所述激光束的宽度方向上的长度和相等;

S02发射激光束，控制所述非晶硅基板1在垂直于所述激光束的方向上匀速运动;

S03所述非晶硅完成结晶化生成多晶硅;

完成结晶化后，所述非晶硅基板变成多晶硅基板，即可在多晶硅基板上按照正常的LTPS工艺制成TFT。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种多晶硅激光退火装置，包括：

脉冲激光束发生器，发出脉冲激光束；

非晶硅基板，接收所述脉冲激光束发生器发出的脉冲激光束，非晶硅瞬间融化然后在冷却过程中重新进行结晶形成多晶硅；

其特征在于，还包括：

在所述脉冲激光束发生器和所述非晶硅基板之间与所述非晶硅基板平行设置的遮挡板，所述遮挡板的长度、宽度分别大于或者等于所述激光束的长度、宽度，并且所述遮挡板沿所述激光束的宽度方向上设置有若干使得激光不通过的遮蔽区和允许激光通过的通过区，不同的遮蔽区和通过区在所述激光束的长度方向上成列设置，同一列的所有遮蔽区在所述激光束的宽度方向上的长度和相等。

2.根据权利要求1所述的多晶硅激光退火装置，其特征在于：所述遮蔽区和所述通过区均至少覆盖制备一个TFT需要的面积。

3.根据权利要求2所述的多晶硅激光退火装置，其特征在于：所述激光束的长度方向上的不同所述遮蔽区在所述激光束的宽度方向上的长度和大于或者等于60μm，并且小于或者等于180μm。

4.根据权利要求1-3任一所述的多晶硅激光退火装置，其特征在于：还包括一个震动装置，其与所述遮挡板相连，驱动所述遮挡板在所述激光束的长度方向上水平震动。

5.根据权利要求4所述的多晶硅激光退火装置，其特征在于：所述震动装置的频率范围在5Hz-50Hz之间，所述震动装置的幅值范围为1mm-3mm；且所述震动装置的频率或者幅值在几个激光脉冲周期后随机变化一次。

6.一种使用如权利要求1-5任一所述多晶硅激光退火装置实现的多晶硅激光退火方法，其特征在于，包括如下步骤：

①在脉冲激光束发生器和非晶硅基板之间与所述非晶硅基板平行的方向上设置遮挡板，所述遮挡板长度、宽度分别大于或者等于所述激光束的长度、宽度，并且所述遮挡板沿所述激光束的宽度方向上设置有若干使得激光不通过的遮蔽区和允许激光通过的通过区，不同的遮蔽区和通过区在所述激光束的长度方向上成列设置，同一列的所有遮蔽区在所述激光束的宽度方向上的长度和相等；

②发射脉冲激光束，控制所述非晶硅基板在垂直于所述激光束长轴的方向上匀速运动；

③所述非晶硅完成结晶化生成多晶硅。

7.根据权利要求6所述的多晶硅激光退火方法，其特征在于：所述步骤①中所述遮蔽区和所述通过区均至少覆盖制备一个TFT需要的面积。

8.根据权利要求7所述的多晶硅激光退火方法，其特征在于：所述激光束的长度方向上的不同所述遮蔽区在所述激光束的宽度方向上的长度和大于或者等于60μm，并且小于或者等于180μm。

9.根据权利要求6-8任一所述的多晶硅激光退火方法，其特征在于：在所述步骤②中在发射脉冲激光束之前还包括控制所述遮挡板以一定频率和幅值沿着所述激光束的长度方向震动的步骤。

10.根据权利要求9所述的多晶硅激光退火方法，其特征在于：所述遮挡板震动频率范围5Hz-50Hz，所述震动装置的幅值范围为1mm-3mm；且所述震动装置的频率或者幅值在几个激光脉冲周期后随机变化一次。

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