專利名稱：高生產(chǎn)率的薄膜結(jié)晶過程的制作方法
高生產(chǎn)率的薄膜結(jié)晶過程 交叉參考相關(guān)申請 SLS是脈沖激光結(jié)晶過程的處理過程，它能在襯底上產(chǎn)生 有大的和均勻晶粒的高質(zhì)量多晶膜，這些襯底包括不耐熱的襯底，諸 如玻璃和塑料。示例性的SLS處理過程和系統(tǒng)，在共同擁有的美國專 利U.S. Patent Nos.6，322，625、 6,368,945、 6，555，449、和6,573,531中 說明，這里引用這些專利的全部內(nèi)容，供參考。在線光束SLS中，高的長寬比光束的長度，最好至少約 單個顯示器的大小，例如，液晶或OLED顯示器、或其大批，或者最 好約為生產(chǎn)多個顯示器的襯底大小。這是有好處的，因?yàn)樗档突蛳?除膜被輻照區(qū)之間任何邊界的出現(xiàn)。當(dāng)需要在膜上多次掃描時，可能 引起的任何綴合現(xiàn)象， 一般在給定的液晶或OLED顯示器內(nèi)，將是看 不見的。光束長度可以適合用于蜂窩電話顯示器的襯底，如用于蜂窩 電話的 2英寸對角線，并直到用于膝上型電腦的10-16英寸對角線 (有2:3、 3:4長寬比或其他常用的比值)。 —種替代的輻照約定，本文稱之為"均勻晶粒順序橫向凝 固"或"均勻SLS"，可以用于制備均勻的結(jié)晶膜，該均勻結(jié)晶膜以橫 向伸長的晶體的重復(fù)列為特征。該結(jié)晶過程約定，涉及以大于橫向生 長長度的量，例如S>LGL，但小于橫向生長長度的兩倍，如5<2 LGL把膜推進(jìn)，這里S是脈沖之間的平移距離。均勻晶體的生長參 照圖7A-7D說明。這樣，在均勻的SLS中，以少數(shù)量的脈沖，如兩個脈沖 輻照膜并使之熔融，該兩個脈沖的橫向重疊一個比"定向"膜更大的受 限制的范圍。熔融區(qū)內(nèi)形成的晶體，最好橫向生長并有類似取向，然 后在膜的特定輻照區(qū)內(nèi)的邊界上彼此相遇。最好選擇輻照圖形的寬 度，以使晶體在無成核作用條件下生長。在這樣例子中，晶粒不顯著 伸長；但是，它們有均勻尺寸和取向。更多的細(xì)節(jié)，見美國專利U.S. Patent No. 6,573,531，這里全文引用該專利內(nèi)容，供參考。繼續(xù)這些步驟，使定義區(qū)920和921的剩余部分結(jié)晶， 如圖9E所示。雖然畫出的只是兩個定義區(qū)，但不用說，跨越膜910 表面的多個區(qū)能夠按此方式結(jié)晶。其他的實(shí)施例包括在下面的權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
1. 一種處理膜的方法，該方法包括(a)定義要在膜內(nèi)結(jié)晶的多個分隔的區(qū)，所述膜置于襯底上并能用激光熔融；(b)產(chǎn)生一系列激光脈沖，具有流量，足以使被輻照區(qū)中的膜在其整個厚度中熔融，每一脈沖形成有長度和寬度的線光束；(c)在第一次掃描中，以一系列激光脈沖按選擇的速度連續(xù)地掃描該膜，使每一脈沖輻照并熔融對應(yīng)的分隔區(qū)的第一部分，其中該第一部分冷卻后，形成一個或多個橫向生長的晶體；和(d)在第二次掃描中，以一系列激光脈沖按選擇的速度連續(xù)地掃描該膜，使每一脈沖輻照并熔融對應(yīng)的分隔區(qū)的第二部分，其中，在每一分隔區(qū)中，該第一和第二部分部分地重疊，且其中該第二部分冷卻后，形成一個或多個橫向生長的晶體，這些晶體相對于第一部分的一個或多個橫向生長的晶體伸延。
2. 按照權(quán)利要求1的方法，還包括使掃描方向在第一次掃描和 第二次掃描之間反向。
3. 按照權(quán)利要求1的方法，還包括連續(xù)地多次相對于激光脈沖 系列掃描該膜并且每一掃描輻照部分地重疊于先前已輻照部分的那 個區(qū)的每一分隔區(qū)的一部分。
4. 按照權(quán)利要求3的方法，還包括使掃描方向在每一掃描之間反向。
5. 按照權(quán)利要求l的方法，還包括在至少一個分隔區(qū)中，制作 至少一個薄膜晶體管。
6. 按照權(quán)利要求l的方法，還包括在多個分隔區(qū)中，制作多個 薄膜晶體管。
7. 按照權(quán)利要求l的方法，其中，多個分隔區(qū)的定義包括對 每一分隔區(qū)，定義至少如同較后要在該區(qū)中制作的裝置一樣大的寬 度。
8. 按照權(quán)利要求l的方法，其中，多個分隔區(qū)的定義包括對 每一分隔區(qū)，定義至少如同較后要在該區(qū)中制作的薄膜晶體管寬度一 樣大的寬度。
9. 按照權(quán)利要求1的方法，包括使每一分隔區(qū)的第一和第二部 分，以一定量重疊，該重疊量小于該第一部分的一個或多個橫向生長 晶體的橫向生長長度。
10. 按照權(quán)利要求l的方法，包括使每一分隔區(qū)的第一和第二部 分，以一定量重疊，該重疊量不大于該第一部分的一個或多個橫向生 長晶體的橫向生長長度的90%。
11. 按照權(quán)利要求l的方法，包括使每一分隔區(qū)的第一和第二部 分，以一定量重疊，該重疊量大于該第一部分的一個或多個橫向生長 晶體的橫向生長長度，但小于該橫向生長長度的約兩倍。
12. 按照權(quán)利要求l的方法，包括使每一分隔區(qū)的第一和第二部 分，以一定量重疊，該重疊量大于該第一部分的一個或多個橫向生長 晶體的橫向生長長度的110%，但小于該橫向生長長度的約1卯％。
13. 按照權(quán)利要求l的方法，包括使每一分隔區(qū)的第一和第二部 分，以一定量重疊，該重疊量的選擇，是要向該分隔區(qū)提供一組預(yù)定 的結(jié)晶性質(zhì)。
14. 按照權(quán)利要求13的方法，其中該組預(yù)定結(jié)晶性質(zhì)，適合用 于像素TFT的通道區(qū)。
15. 按照權(quán)利要求1的方法，其中的分隔區(qū)是被無定形膜分開的。
16. 按照權(quán)利要求l的方法，其中的分隔區(qū)是被多晶膜分開的。
17. 按照權(quán)利要求l的方法，其中線光束具有的長度對寬度的長 寬比，至少為50。
18. 按照權(quán)利要求l的方法，其中線光束具有的長度對寬度的長 寬比，可高達(dá)2xl05。
19. 按照權(quán)利要求l的方法，其中線光束的長度，至少有襯底長 度的一半那樣長。
20. 按照權(quán)利要求l的方法，其中線光束的長度，至少有襯底長度一樣長。
21. 按照權(quán)利要求l的方法，其中線光束的長度，在約10cm到 100 cm之間。
22. 按照權(quán)利要求l的方法，包括用掩模、狹縫、和直邊之一， 使脈沖系列的每一脈沖整形為線光束。
23. 按照權(quán)利要求l的方法，包括用聚焦光學(xué)裝置，使脈沖系列 的每一脈沖整形為線光束。
24. 按照權(quán)利要求1的方法，其中線光束的流量沿它長度的變化， 約小于5%。
25. 按照權(quán)利要求l的方法，其中的膜包括硅。
26. —種處理膜的方法，該方法包括(a) 定義要在膜內(nèi)結(jié)晶的至少第一和第二區(qū)；(b) 產(chǎn)生一系列激光脈沖，這些激光脈沖具有的流量，足以使 被輻照區(qū)中的膜在其整個厚度中熔融，每一脈沖形成具有長度和寬度 的線光束；(c )以該系列脈沖的第一激光脈沖輻照并熔融該第一區(qū)的第一 部分，所述第一區(qū)的第一部分冷卻后，形成一個或多個橫向生長的晶體；(d) 以該系列脈沖的第二激光脈沖輻照并熔融該第二區(qū)的第一 部分，所述第二區(qū)的第一部分冷卻后，形成一個或多個橫向生長的晶 體；(e) 以該系列脈沖的第三激光脈沖，輻照并熔融該多個區(qū)的第 二區(qū)的第二部分，所述第二區(qū)的第二部分與第二區(qū)的第一部分重疊， 并在冷卻后，形成一個或多個橫向生長的晶體；和(f) 以該系列脈沖的第四激光脈沖，輻照并熔融該多個區(qū)的第 一區(qū)的第二部分，所述笫一區(qū)的第二部分與第一區(qū)的第一部分重疊， 并在冷卻后，形成一個或多個橫向生長的晶體。
27. 按照權(quán)利要求26的方法，其中第一定義區(qū)的第二部分中的 一個或多個橫向生長的晶體，是第一定義區(qū)的第一部分中的一個或多個橫向生長晶體的伸長。
28. 按照權(quán)利要求26的方法，還包括至少在第一和第二區(qū)之一 中，制作至少一個薄膜晶體管。
29. 按照權(quán)利要求26的方法，還包括對第一和第二區(qū)的每一區(qū)， 定義至少如同較后要在該區(qū)中制作的裝置一樣大的寬度。
30. 按照權(quán)利要求26的方法，還包括對第一和第二區(qū)的每一區(qū)， 定義至少如同較后要在該區(qū)中制作的薄膜晶體管寬度一樣大的寬度。
31. 按照權(quán)利要求26的方法，包括使第一和第二區(qū)的每一區(qū)的 第一和第二部分，以一定量重疊，該重疊量小于該第一部分的一個或多個晶體的橫向生長長度。
32. 按照權(quán)利要求26的方法，包括使第一和第二區(qū)的每一區(qū)的 第一和第二部分，以一定量重疊，該重疊量不大于該第一部分的一個 或多個晶體的橫向生長長度的90%。
33. 按照權(quán)利要求26的方法，包括使第一和第二區(qū)的每一區(qū)的 第一和第二部分，以一定量重疊，該重疊量大于該第一部分的一個或 多個晶體的橫向生長長度，但小于該橫向生長長度的約兩倍。
34. 按照權(quán)利要求26的方法，包括使第一和第二區(qū)的每一區(qū)的 第一和第二部分，以一定量重疊，該重疊量大于該第一部分的一個或 多個晶體的橫向生長長度的約110%,但小于該橫向生長長度的約 190%。
35. 按照權(quán)利要求26的方法，包括使第一和第二區(qū)的每一區(qū)的 第一和第二部分，以一定量重疊，該重疊量的選擇，是要向第一和第 二區(qū)的每一區(qū)提供一組預(yù)定的結(jié)晶性質(zhì)。
36. 按照權(quán)利要求35的方法，其中該組預(yù)定結(jié)晶性質(zhì)，適合用 于像素TFT的通道區(qū)。
37. 按照權(quán)利要求26的方法，包括按順序執(zhí)行步驟(a) - (f)。
38. 按照權(quán)利要求26的方法，其中的第一和第二區(qū)是被非結(jié)晶 膜分開的。
39. 按照權(quán)利要求26的方法，其中的第一和第二區(qū)是被多晶膜分開的。
40. 按照權(quán)利要求26的方法，還包括使膜相對于線光束移動。
41. 按照權(quán)利要求26的方法，還包括沿相對于線光束的一個方 向掃描該膜，同時輻照第一和第二區(qū)的該第一部分，又沿相對于線光 束的相反方向掃描該膜，同時輻照第一和第二區(qū)的該第二部分。
42. 按照權(quán)利要求26的方法，其中線光束具有的長度對寬度的 長寬比，至少為50。
43. 按照權(quán)利要求26的方法，其中線光束具有的長度對寬度的 長寬比，可高達(dá)2xl05。
44. 按照權(quán)利要求26的方法，其中線光束的長度，至少有襯底 長度一半那樣長。
45. 按照權(quán)利要求26的方法，其中線光束的長度，至少有襯底長度一樣長。
46. 按照權(quán)利要求26的方法，其中線光束的長度，在約10 cm 到100 cm之間。
47. 按照權(quán)利要求26的方法，包括用掩模、狹縫、和直邊之一， 使脈沖系列的每一脈沖整形為線光束。
48. 按照權(quán)利要求26的方法，包括用聚焦光學(xué)裝置，使脈沖系 列的每一脈沖整形為線光束。
49. 按照權(quán)利要求26的方法，其中線光束具有的流量沿它長度 的變化，約小于5%。
50. 按照權(quán)利要求26的方法，其中的膜包括硅。
51. —種處理膜的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 提供一 系列激光脈沖的激光源；激光光學(xué)裝置，它使激光束整形為線光束，該線光束具有的流量， 足以使被輻照區(qū)中的膜在其整個厚度中熔融，該線光束還具有長度和寬度；支承該膜并至少能沿一個方向平移的臺； 用于儲存一組指令的儲存器，這些指令包括(a) 定義要在膜內(nèi)結(jié)晶的多個分隔的區(qū)；(b) 笫一次按選擇的速度相對于激光脈沖系列連續(xù)平移臺上的 膜，該選擇的速度使每一脈沖輻照并熔融對應(yīng)分隔區(qū)的第一部分，其 中該第一部分冷卻后，形成一個或多個橫向生長的晶體；和(c) 第二次按選擇的速度相對于激光脈沖系列連續(xù)平移臺上的 膜，該選擇的速度使每一脈沖輻照并熔融對應(yīng)分隔區(qū)的第二部分，其 中每一分隔區(qū)中的第一和第二部分部分地重疊，且其中該第二部分冷 卻后，形成一個或多個橫向生長的晶體。
52. 按照權(quán)利要求51的系統(tǒng)，其中該儲存器還包括使掃描方向 在第一和第二次掃描之間反向的指令。
53. 按照權(quán)利要求51的系統(tǒng)，其中該儲存器還包括指令，使臺 多次連續(xù)地相對于激光脈沖系列平移、并且每一掃描輻照部分地重疊 于先前已輻照部分的那個區(qū)的每一分隔區(qū)的一部分。
54. 按照權(quán)利要求53的系統(tǒng)，其中該儲存器還包括使掃描方向 在每次掃描之間反向的指令。
55. 按照權(quán)利要求51的系統(tǒng)，其中該儲存器還包括用于定義的 指令，該指令對每一分隔區(qū)，定義至少如同較后要在該區(qū)中制作的裝 置一樣大的寬度。
56. 按照權(quán)利要求51的系統(tǒng)，其中該儲存器還包括指令，用于 對每一分隔區(qū)，定義至少如同較后要在該區(qū)中制作的薄膜晶體管的寬 度一樣大的寬度。
57. 按照權(quán)利要求51的系統(tǒng)，其中該儲存器還包括指令，使每 一分隔區(qū)的第一和第二部分以一定量重疊，該重疊量小于該第一部分 的一個或多個橫向生長晶體的橫向生長長度。
58. 按照權(quán)利要求51的系統(tǒng)，其中該儲存器還包括使每一分隔 區(qū)的第一和第二部分以一定量重疊的指令，該重疊量不大于該第一部 分的一個或多個橫向生長晶體的橫向生長長度的90%。
59. 按照權(quán)利要求51的系統(tǒng)，其中該儲存器還包括使每一分隔 區(qū)的第一和第二部分以一定量重疊的指令，該重疊量大于該第一部分的一個或多個橫向生長晶體的橫向生長長度，但小于該橫向生長長度 的約兩倍。
60. 按照權(quán)利要求51的系統(tǒng)，其中該儲存器還包括使每一分隔 區(qū)的第一和第二部分以一定量重疊的指令，該重疊量大于該第一部分 的一個或多個橫向生長晶體的橫向生長長度的110%,但小于該橫向 生長長度的約190%。
61. 按照權(quán)利要求51的系統(tǒng)，其中該儲存器還包括使每一分隔 區(qū)的第一和第二部分以一定量重疊的指令，該重疊量的選擇，是要向 該分隔區(qū)提供一組預(yù)定的結(jié)晶性質(zhì)。
62. 按照權(quán)利要求61的系統(tǒng)，其中該組預(yù)定結(jié)晶性質(zhì)，適合用 于像素TFT的通道區(qū)。
63. 按照權(quán)利要求51的系統(tǒng)，其中該激光光學(xué)裝置，使線光束 整形為具有至少50的長度對寬度的長寬比。
64. 按照權(quán)利要求51的系統(tǒng)，其中該激光光學(xué)裝置，使線光束 整形為具有高達(dá)2xl()S的長度對寬度的長寬比。
65. 按照權(quán)利要求51的系統(tǒng)，其中該激光光學(xué)裝置，使線光束 整形為至少如同該膜的長度一半那樣長。
66. 按照權(quán)利要求51的系統(tǒng)，其中該激光光學(xué)裝置，使線光束 整形為至少如同該膜的長度一樣長。
67. 按照權(quán)利要求51的系統(tǒng)，其中該激光光學(xué)裝置，使線光束 整形為具有在約10 cm到100 cm之間的長度。
68. 按照權(quán)利要求51的系統(tǒng)，其中該激光光學(xué)裝置，至少包括 掩模、狹縫、和直邊之一。
69. 按照權(quán)利要求51的系統(tǒng)，其中該激光光學(xué)裝置，包括聚焦 光學(xué)裝置。
70. 按照權(quán)利要求51的系統(tǒng)，其中該激光光學(xué)裝置，使線光束 整形為具有的流量沿它長度的變化約小于5%。
71. 按照權(quán)利要求51的系統(tǒng)，其中該膜包括硅。
72. —種薄膜，包括結(jié)晶膜的列，被定位并定尺寸，為的是能夠較后在所述結(jié)晶膜列中制作TFT的行和列，且這些結(jié)晶膜的列有適合用作TFT通道區(qū)的 一組預(yù)定結(jié)晶質(zhì)量；和在所述結(jié)晶膜的列之間的不處理的膜的列。
73. 按照權(quán)利要求72的薄膜，其中不處理的膜的列，包括無定形膜。
74. 按照權(quán)利要求72的薄膜，其中不處理的膜的列，包括多晶膜。
全文摘要
在一方面，一種處理薄膜的方法包括定義要在膜內(nèi)結(jié)晶的多個分隔的區(qū)，該膜置于襯底上并能用激光熔融；產(chǎn)生一系列激光脈沖，這些激光脈沖的流量，足以使被輻照區(qū)的膜在其整個厚度中熔融，每一脈沖形成有長度和寬度的線光束；在第一次掃描中，以一系列激光脈沖按選擇的速度連續(xù)地掃描該膜，使每一脈沖輻照并熔融對應(yīng)的分隔區(qū)的第一部分，其中該第一部分冷卻后，形成一個或多個橫向生長的晶體；以及在第二次掃描中，以一系列激光脈沖按選擇的速度連續(xù)地掃描該膜，使每一脈沖輻照并熔融對應(yīng)的分隔區(qū)的第二部分，其中，在每一分隔區(qū)中，該第一和第二部分部分地重疊，且其中該第二部分冷卻后，形成一個或多個橫向生長的晶體，這些晶體相對于第一部分的一個或多個橫向生長的晶體伸延。
文檔編號H01L21/20GK101288155SQ200680038087
公開日2008年10月15日 申請日期2006年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月16日
發(fā)明者J·S·艾姆 申請人:紐約市哥倫比亞大學(xué)事事會