激光结晶方法与流程

本发明涉及激光结晶方法。

背景技术：

总地来说，用于将非晶硅层结晶成多晶硅层的方法包括固相结晶(SPC)、金属诱导结晶(MIC)、金属诱导横向结晶(MILC)、准分子激光退火(ELA)等等。在有机发光二极管(OLED)显示器或液晶显示器(LCD)的制造工艺中，ELA被用来通过使用激光束将非晶硅层结晶成多晶硅层。

然而，当使用ELA工艺在多晶硅层中形成晶粒时，晶粒可能不是均匀隔开的。

技术实现要素：

根据本发明的一个示例性实施例，一种激光结晶方法包括：在非晶硅层的表面上形成多个第一突起和凹陷，其中多个第一突起和凹陷中的第一突起和邻接的第一凹陷一起具有第一节距；以及利用激光束照射非晶硅层，以形成多晶硅层。

在本发明的一个示例性实施例中，形成多个第一突起和凹陷包括：在非晶硅层的表面上形成绝缘层；在绝缘层上形成具有第一宽度的多个开口；以及使用绝缘层作为蚀刻掩模蚀刻非晶硅层的表面。

在本发明的一个示例性实施例中，形成多个开口包括：利用具有多个第二突起和凹陷的纳米压印机按压绝缘层，以在绝缘层上形成多个槽，其中多个第二突起和凹陷中的第二突起和邻接的第二凹陷一起具有第一节距；以及对绝缘层执行灰化工艺，以将多个槽改变成多个开口。

在本发明的一个示例性实施例中，当激光束的波长被称为λ时，第一节距在从λ-5nm到λ+5nm的范围内。

在本发明的一个示例性实施例中，第一突起和凹陷包括凸部以及邻接凸部设置的凹部，其中第一节距是凸部的宽度与邻接的凹部的宽度的总和。

在本发明的一个示例性实施例中，多晶硅层的晶粒边界形成在第一突起和凹陷的凸部处。

在本发明的一个示例性实施例中，第一节距在约302nm至约312nm的范围内。

在本发明的一个示例性实施例中，激光束具有其中长度大于宽度的线性形状，多个第一突起和凹陷中的第一突起和邻接的第一凹陷具有其中长度大于第一节距的线性形状，并且测量激光束的宽度所沿的方向平行于测量第一节距所沿的方向。

根据本发明的一个示例性实施例，一种激光结晶方法包括：在非晶硅层的第一表面上形成第一凸部、第一凹部和第二凸部，其中第一凸部与第一凹部邻接，第一凹部与第二凸部邻接；以及利用激光束照射非晶硅层，以形成多晶硅层。

在本发明的一个示例性实施例中，当激光束照射非晶硅层时，第一种子生成在第一凹部中。

在本发明的一个示例性实施例中，当激光束照射非晶硅层时，第一种子生长为第一晶粒，并且第一凸部与第一晶粒的第一边界相对应。

在本发明的一个示例性实施例中，第二凸部与第一晶粒的第二边界相对应。

在本发明的一个示例性实施例中，第一节距包括第一凸部的宽度和第一凹部的宽度，并且激光束的波长等于第一节距。

在本发明的一个示例性实施例中，当第一节距包括第一凸部的宽度和第一凹部的宽度，并且激光束的波长为307nm时，并且第一节距范围从302nm至312nm。

在本发明的一个示例性实施例中，激光结晶方法进一步包括在非晶硅层的第一表面上形成与第二凸部邻接的第二凹部以及形成与第二凹部邻接的第三凸部，其中，当激光束照射非晶硅层时，第二种子生成在第二凹部中，其中第一节距包括第一凸部的宽度和第一凹部的宽度，并且等于第一节距的第二节距包括第二凸部的宽度和第二凹部的宽度。

在本发明的一个示例性实施例中，第一凹部和第二凹部相比第一凸部、第二凸部和第三凸部更靠近非晶硅层的第二表面，其中非晶硅层的第一表面和第二表面彼此相对。

在本发明的一个示例性实施例中，当利用激光束照射非晶硅层时，非晶硅层的与第一凹部相对应的一部分的第一温度低于非晶硅层的与第一凸部相对应的一部分的第二温度。

根据本发明的一个示例性实施例，一种激光结晶方法包括：在基底上形成非晶硅层；在非晶硅层上形成绝缘层；通过在绝缘层上按压纳米压印机在绝缘层上形成多个第一凸部和多个第一凹部，其中纳米压印机具有等于多个第一凸部和多个第一凹部的多个第二凸部和多个第二凹部；使用绝缘层作为蚀刻掩模蚀刻非晶硅层，其中在蚀刻非晶硅层之后多个第三凹部和多个第三凸部保留在非晶硅层上；以及利用激光束照射非晶硅层，以形成多晶硅层。

在本发明的一个示例性实施例中，当第一节距包括多个第三凹部中的一个第三凹部的宽度和多个第三凸部中的一个第三凸部的宽度时，第一节距在比激光束的波长小5nm到比激光束的波长大5nm的范围内。

附图说明

在下文中将参考附图详细描述本发明，其中：

图1至图7是顺序地示出了根据本发明的一个示例性实施例的激光结晶方法的剖视图；

图8是示出了根据本发明的一个示例性实施例的激光束与第一突起和凹陷之间的关系的透视图；

图9是示出了根据本发明的一个示例性实施例的当第一突起和凹陷的节距与激光束的波长相同时多晶硅层的结晶状态的图；

图10是示出了根据本发明的一个示例性实施例的当第一突起和凹陷的节距是302nm时多晶硅层的结晶状态的图；

图11是示出了根据本发明的一个示例性实施例的当第一突起和凹陷的节距是312nm时多晶硅层的结晶状态的图；

图12是示出了根据本发明的一个示例性实施例的当第一突起和凹陷的节距是301nm时多晶硅层的结晶状态的图；和

图13是示出了根据本发明的一个示例性实施例的当第一突起和凹陷的节距是313nm时多晶硅层的结晶状态的图。

具体实施方式

在下文中将参考其中示出了本发明示例性实施例的附图更充分地描述本发明。如本领域技术人员将认识到的那样，所公开的实施例可以以各种不同的方式修改，而不脱离本发明的精神和范围。

在整个说明书中，相同的附图标记可以指代相同的元件。

另外，为了更好理解和易于描述，图中所示的每个元件的尺寸和厚度可能被夸大，但本发明不限于此。

将参考附图描述根据本发明的一个示例性实施例的激光结晶方法。

图1至图7是顺序地示出了根据本发明的一个示例性实施例的激光结晶方法的剖视图。

如图1所示，根据本发明的一个示例性实施例的激光结晶方法包括在基底10上形成非晶硅层20。非晶硅层20可以通过诸如低压化学气相沉积(LPCVD)、常压化学气相沉积(APCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、溅射、真空蒸发等方法来形成。此外，绝缘层30形成在非晶硅层20上。绝缘层30可以是光敏膜。

如图2所示，纳米压印机40被置于绝缘层30上。具有纳米尺寸的节距P的第二突起和凹陷41形成在纳米压印机40中。第二突起和凹陷41包括凸部41a以及与凸部41a邻接设置的凹部41b。根据本发明的一个示例性实施例，纳米尺寸是指几百纳米的尺寸。根据本发明的一个示例性实施例，节距P可为约302nm至约312nm。

如图3所示，纳米压印机40被按压在绝缘层30上，以在绝缘层30上形成具有纳米尺寸的第二宽度w2的多个槽30a。根据本发明的一个示例性实施例，槽30a的第二宽度w2可以为约150nm至约160nm。在按压绝缘层30之后，纳米压印机40被升高，以与绝缘层30分离。因此，在绝缘层30上，凹部31形成在与槽30a相对应的位置处，并且凸部32形成在绝缘层30上比凹部31高的位置处。

如图3和图4所示，在绝缘层30上执行灰化工艺，以完全蚀刻绝缘层30。根据本发明的一个示例性实施例，当在绝缘层30上执行灰化工艺时，与槽30a相对应的凹部31被完全蚀刻，而凸部32以减小的高度保留在绝缘层30上。因此，凸部32的一部分保留，而与槽30a相对应的凹部31被去除，以形成开口4。多个开口4中的每一个具有纳米尺寸的第一宽度w1。另外，非晶硅层20的表面通过使用绝缘层30作为蚀刻掩模由干法蚀刻设备100蚀刻。因此，凹部21b形成在非晶硅层20上。

如图5所示，绝缘层30的凸部32被去除，以暴露非晶硅层20的表面。因此，具有纳米尺寸的节距P的多个第一突起和凹陷21形成在非晶硅层20的表面上。

第一突起和凹陷21中的每一个包括凸部21a以及在高度上低于凸部21a的凹部21b。在第一突起和凹陷21中，凸部21a可以被设置为与凹部21b邻接。第一突起和凹陷21中的一个的节距P为凸部21a的宽度P1与凹部21b的宽度P2的总和。第一突起和凹陷21在非晶硅层20的表面上以相同的节距P重复多次。

如图6所示，包括多个第一突起和凹陷21的非晶硅层20被激光束1照射，以在非晶硅层20内部生成温度梯度偏差。例如，非晶硅层20的与凹部21b相对应的一部分的温度低于非晶硅层20的与凸部21a相对应的一部分的温度。因此，在非晶硅层20的与凹部21b相对应的每个部分生成种子2。因而，由于凹部21b以彼此相等的距离被设置，因此种子2以彼此相等的距离生成(例如，种子2以恒定间隔或均匀间距生成)。

如上所述，由于种子2以恒定间隔生成，因此由种子2生成的晶粒3可以在多晶硅层20'(参考图7)中均匀地隔开。

根据本发明的一个示例性实施例，激光束1可以由准分子激光器200生成。

如图7所示，种子2生长，以形成其中晶粒3以均匀间隔形成的多晶硅层20'。例如，晶粒3可以彼此相等地隔开。在这种情况下，晶粒边界5形成在邻接的晶粒3之间。晶粒边界5形成在多晶硅层20'的与第一突起和凹陷21的凸部21a相对应的位置处。如上所述，晶粒边界5以恒定的间隔形成，使得多晶硅层20'可以具有均匀隔开的晶粒3。

如上所述，通过在非晶硅层20中形成纳米尺寸的第一突起和凹陷21以增加非晶硅层20中的温度梯度偏差，可以增加多晶硅层20'的均匀性。

此外，由于即使非晶硅层20的照射次数减少也可以形成具有高晶粒均匀性的多晶硅层，因此可以降低多晶硅层20'的制造成本并缩短其制造时间。因而，可以增加激光结晶设备的生产能力。

图8是示出了根据本发明的一个示例性实施例的激光束与第一突起和凹陷之间的关系的透视图。

如图8所示，激光束1可以具有线性形状，其中激光束1的长度方向Y比激光束1的宽度方向X长。形成在非晶硅层20中的第一突起和凹陷21可具有线性形状，其中第一突起和凹陷21的长度方向Y比第一突起和凹陷21的节距P方向X长。此外，激光束1的宽度方向X可平行于第一突起和凹陷21的节距P方向X。换句话说，激光束1与第一突起和凹陷21二者的长度沿方向Y测量，而激光束1与第一突起和凹陷21二者的宽度沿方向X测量。

当激光束1的波长被称为λ时，第一突起和凹陷21的节距P可以具有λ-5nm和λ+5nm之间的值。因此，当激光束1的波长为307nm时，第一突起和凹陷21的节距P可以是从约302nm至约312nm。

图9是示出了根据本发明的一个示例性实施例的当第一突起和凹陷的节距与激光束的波长相同时多晶硅层的结晶状态的图。图10是示出了根据本发明的一个示例性实施例的当第一突起和凹陷的节距是302nm时多晶硅层的结晶状态的图。图11是示出了根据本发明的一个示例性实施例的当第一突起和凹陷的节距是312nm时多晶硅层的结晶状态的图。图12是示出了根据本发明的一个示例性实施例的当第一突起和凹陷的节距是301nm时多晶硅层的结晶状态的图。图13是示出了根据本发明的一个示例性实施例的当第一突起和凹陷的节距是313nm时多晶硅层的结晶状态的图。

图9、图10、图11、图12和图13示出了依据15ns、37ns、75ns、97ns和120ns的时间推移在非晶硅层20的宽度方向X和厚度方向Z上的结晶状态。测量非晶硅层20的厚度所沿的方向Z与方向X和Y正交。

如图9所示，当激光束1的波长为307nm并且第一突起和凹陷21的节距P为307nm时，种子2生成在非晶硅层20内的恒定位置。例如，非晶硅层20内的恒定位置可包括非晶硅层20中的与第一突起和凹陷21的凹部21b相对应的多个位置。换句话说，种子2生成为在非晶硅层20内均匀地隔开。晶粒3由种子2逐渐生长，然后晶粒3被定位在第一突起和凹陷21的凸部21a处。例如，晶粒3从位于非晶硅层20的与凹部21b相对应的区域中的种子2生长到两个邻接的凸部21a中。

此外，如图10所示，当激光束1的波长为307nm并且第一突起和凹陷21的节距P为302nm时，种子2生成在非晶硅层20内的恒定位置处。换句话说，种子2生成为在非晶硅层20内均匀地隔开。此外，如图11所示，当激光束1的波长为307nm并且第一突起和凹陷21的节距P为312nm时，种子2生成在非晶硅层20内的恒定位置处。换句话说，种子2生成为在非晶硅层20内均匀地隔开。

然而，如图12所示，当激光束1的波长为307nm并且第一突起和凹陷21的节距P为301nm时，种子2随机生成在非晶硅层20中的不与凹部21b相对应的若干部分处。此外，如图13所示，当激光束1的波长为307nm并且第一突起和凹陷21的节距P为313nm时，种子2随机生成在非晶硅层20中的不与凹部21b相对应的若干部分处。

如上所述，当激光束1的波长被称为λ并且第一突起和凹陷21的节距P具有从λ-5nm到λ+5nm的值时，种子2可以生成在非晶硅层20的与第一突起和凹陷21的凹部21b相对应的部分中。

因此，第一突起和凹陷21的节距P被选择为具有增加了形成在多晶硅层20'中的晶粒3的均匀性的尺寸，并且激光束1的波长可以考虑节距P来选择，以增加形成在多晶硅层20'中的晶粒3的均匀性。例如，当激光束1的波长被选择为第一突起和凹陷21的节距P的整数倍时，种子2可以生成在非晶硅层20的与第一突起和凹陷21的凹部21b相对应的位置处。根据本发明的一个示例性实施例，节距P的整数倍是1。例如，第一突起和凹陷21的节距P与激光束1的波长λ可以相等。

尽管已经参考本发明示例性实施例具体示出并描述了本发明，但对本领域普通技术人员来说显而易见的是，可以在不脱离由上面权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下在本文中进行形式和细节上的各种修改。