一种用于处理薄膜样本的方法、系统及其薄膜区域结构技术方案

本发明专利技术提供用于处理薄膜样本（如半导体薄膜）的处理和系统以及薄膜结构。特别地，可以控制光束发生器发射至少一个光束脉冲。使用该光束脉冲，以足够的强度照射薄膜样本的至少一部分来贯穿整个厚度完全熔化这部分样本，且该光束脉冲具有预定的形状。允许再固化这部分薄膜样本，且再固化的至少一部分由第一个区域和第二个区域组成。当再固化时，第一个区域包括大晶粒，而第二个区域具有通过成核作用形成的区域。第一个区域包围第二个区域，且其晶粒结构不同于第二个区域的晶粒结构。配置第二个区域以便在其上提供电子设备的活跃区域。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及处理薄膜的方法，更特别地，涉及处理薄膜来获得本质上均匀的晶粒区域，以在其中放置薄膜晶体管(TFT)的至少一个活跃区域的方法。
技术介绍
已知半导体薄膜，如硅薄膜，被用于为液晶显示设备提供象素。这样的薄膜原先已通过准分子激光器退火(ELA)方法进行了处理(即，由准分子激光器照射，然后结晶)。然而，使用这样的已知ELA方法处理过的半导体薄膜通常遇到微结构不均匀的问题，借助于在这样的薄膜上制造的薄膜晶体管(TFT)设备不均匀的性能，这些问题得以显现。不均匀性通常源于照射半导体薄膜的准分子激光器的输出能量中内在的脉冲之间的变化。上述不均匀性可能表现在，例如，显示的一个区域中的象素亮度水平和其他区域中的亮度相比有明显区别。已做出相当多的努力尝试减少或消除不均匀性来改进“现有的”ELA(也称为线性光束ELA)处理。例如，由Maegawa等人提交的编号为5,766,989的美国专利，描述了形成多晶薄膜的ELA方法和制造薄膜晶体管的方法，将其全部内容完整包括在此作为参考。此专利技术尝试处理特性在基片上不均匀的问题，并提供特定的选项可以明显地降低这样的不均匀性。然而，在现有的ELA方法中使用的光束形状方法的细节使得降低半导体薄膜中的不均匀性非常困难。这特别是因为上面描述的能量注量可能对每个光束脉冲都不同，并因此会给照射、固化和结晶的那部分半导体薄膜带来不均匀性。使用顺序横向固化来制造大晶粒单晶或多晶硅薄膜的方法在现有技术中是已知的。例如，在Im提交的编号为6,322,625的美国专利和编号为09/390,537美国专利申请中，描述了使用可控制能量的激光脉冲的能量和小范围平移硅样本生长大晶粒多晶或单晶硅结构，以实现顺序横向固化的特别有利的装置和方法，将它们的全部内容包括在此作为参考，且它们所指定的代理人和本申请相同。在这些专利文献中，已详细讨论了用适当的辐射脉冲照射基片上的至少部分半导体薄膜，以贯穿其厚度完全熔化这部分薄膜。以此方式，当已熔化的半导体材料固化时，晶体结构从选择的未进行完全熔化的半导体薄膜区域中生长为固化的部分。此专利技术提到在其中可能发生成核作用的区域中进行的小晶粒生长。如在现有技术中已知的那样，这样的成核作用会在发生成核作用的区域中产生小晶粒材料。如熟悉技术的人所知，在编号为6,322,625的美国专利中描述了顺序横向固化(SLS)，它使用截面区域较大的光束脉冲来照射特定区域，在横向的晶体生长在这样的区域中生效之前，成核作用可能在这样的区域中发生。这通常被认为是不需要的，并因此避免将TFT设备放置在这些区域内。当特定的TFT设备不需要高性能水平时，在特定应用中，它们需要良好的均匀性。因此，生成包括允许在其中产生均匀的小晶粒材料的半导体薄膜，而不需要多次照射半导体薄膜上的相同区域的基片是较佳的。
技术实现思路
本专利技术的一个目标是提供改进的处理和系统，以便可以在基片薄膜上产生普遍均匀的区域，使得TFT设备可以适合这样的区域。本专利技术的另一个目标是允许这样的区域(基于光束脉冲的阈值行为)成核，然后固化，使得当再固化时，成核的区域成为具有均匀小晶粒材料的区域。本专利技术的又一个目标是提高处理半导体薄膜用于液晶显示器或有机发光二极管显示器的速度。本专利技术的又一个目标是允许半导体薄膜中的每个照射区域只被照射一次，不需要重照射它的部分，而仍然在其中提供良好的均匀材料。根据这些目标的至少部分以及其他将参考下面的说明阐明的目标，现在确定了成核小晶粒材料具有非常好的均匀性(如，均匀晶粒)。目前也查明，即使熔化这些区域的光束脉冲具有波动的能量密度，这样的成核区域中的晶粒大小也不会发生明显变化。当光束的能量密度保持在贯穿其厚度完全熔化这些区域所需的阈值之上时，特别会发生这样的情况。例如，在半导体薄膜具有约0.1μm的厚度情况下，每个光束脉冲的能量密度应在50mJ/cm2之上。进一步来说，已发现薄膜中的均匀性对入射到半导体薄膜上的光束的空间不均匀性不敏感，只要光束的最小强度在上述阈值之上。在本专利技术的一个例子实施例中，提供了用于处理薄膜样本的处理和系统以及薄膜结构。特别地，可以控制光束发生器发射至少一个光束脉冲。使用该光束脉冲，以足够的强度照射薄膜样本的至少一部分来贯穿整个厚度完全熔化这部分样本。这样的光束脉冲可以具有预定的形状。允许再固化这部分薄膜样本，且再固化的至少一部分由第一个区域和第二个区域组成。当再固化时，第一个区域包括大晶粒，而第二个区域具有通过成核作用形成的区域。第一个区域包围第二个区域，且其晶粒结构不同于第二个区域的晶粒结构。配置第二个区域以便在其上提供薄膜晶体管(TFT)的活跃区域。在本专利技术的另一个例子实施例中，第一个区域具有第一条边界和第二条边界，第二条边界与第一个区域的第一条边界相对并与其平行。同样，第二个区域具有第三条边界和第四条边界，第四条边界与第二个区域的第三条边界相对并与其平行。第一条边界和第二条边界之间的距离小于第三条边界和第四条边之间的距离。第二个区域最好对应于至少一个象素。另外，第二个区域可以具有截面，在其上提供TFT的所有部分。第一个区域的部分也可能在上面包含TFT的小部分。可以提供第一个区域相对于第二个区域的大小和位置，使得在第一个区域中对TFT的性能没有影响或其可忽略。根据本专利技术的又一个实施例，可以平移薄膜样本达预定距离。用另一个光束脉冲，可以照射薄膜样本的另一部分。在距这样的部分达本质上对应于预定距离的地方提供这另一部分。允许再固化薄膜的这另一部分，再固化的部分由第三个区域和第四个区域构成。另外，第三个区域可以包围第四个区域，且第三个区域的至少一部分至少部分地与第一个区域的至少一部分重叠。进一步来说，当对其进行了再固化之后，第三个区域具有横向生长的晶粒，而第四个区域具有成核的区域。第四个区域也可以由第二个区域的边缘提供的边缘构成。进一步来说，第四个区域可以由与第二个区域的边缘近似邻的边缘接构成，且第四个区域的边缘不一定延伸到第一个区域中的任何部分。光束脉冲可以具有本质上和其他光束脉冲注量相同(或不同)的注量。在本专利技术的又一个实施例中，可以平移薄膜样本达预定距离。然后，可以使用光束脉冲照射薄膜的另一部分。在距这样的部分达本质上对应于预定距离的地方提供这另一部分。薄膜可以是预置模式的硅薄膜样本或连续的硅薄膜样本。另外，可以平移薄膜样本达预定距离，且可以使用至少一个光束脉冲照射薄膜样本的另一部分。最好在距此部分本质上达对应于预定距离的地方提供这另一部分。另外，可以将薄膜样本移到要照射的薄膜样本另一部分的第一个相对预先计算的位置。在这样的移动之后，可以在其距离不同于预定距离的第二个相对预先计算的位置提供薄膜样本。根据本专利技术的又一个实施例，可以再次平移薄膜样本达预定距离。然后，可以停止平移薄膜样本，且允许薄膜样本的振动平静下来。此后，使用至少一个光束脉冲照射薄膜的另一部分，距这样的部分达本质上对应于预定距离的地方提供这另一部分。然后，用另一个光束脉冲照射此部分薄膜样本，并允许再固化。此光束脉冲的注量不同于另一个光束脉冲的注量(如，低于该光束脉冲的注量)。根据本专利技术的又一个实施例，确定第一个区域的位置，避免将TFT的活跃区域放置在其上。光束脉冲最好包括多个子束(beamlet)，且由子束来照本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理薄膜样本的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：（ａ）控制光束发生器发射至少一个光束脉冲；（ｂ）用所述至少一个光束脉冲，以足够的强度照射所述薄膜样本的至少一部分来贯穿其厚度完全熔化样本的所述至少一部分；及（ｃ） 允许薄膜样本的所述至少一部分再固化，再固化的至少一部分由第一个区域和第二个区域组成，其中，进行再固化后，第一个区域包括大晶粒，第二个区域包括通过成核作用形成的小晶粒区域，其中所述第一个区域包围所述第二个区域，且其晶粒结构不同于第二个 区域的晶粒结构，且将所述第二个区域配置为在其上提供电子设备的活跃区域。

【技术特征摘要】
US 2002-8-19 60/405,0841.一种处理薄膜样本的方法，其特征在于，所述方法包括步骤(a)控制光束发生器发射至少一个光束脉冲；(b)用所述至少一个光束脉冲，以足够的强度照射所述薄膜样本的至少一部分来贯穿其厚度完全熔化样本的所述至少一部分；及(c)允许薄膜样本的所述至少一部分再固化，再固化的至少一部分由第一个区域和第二个区域组成，其中，进行再固化后，第一个区域包括大晶粒，第二个区域包括通过成核作用形成的小晶粒区域，其中所述第一个区域包围所述第二个区域，且其晶粒结构不同于第二个区域的晶粒结构，且将所述第二个区域配置为在其上提供电子设备的活跃区域。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一个区域具有第一条边界和第二条边界，所述第二条边界与第一个区域的第一条边界相对并平行；所述第二个区域具有第三条边界和第四条边界，所述第四条边界与第二个区域的第三条边界相对并平行；及第一条边界和第二条边界之间的距离小于第三条边界和第四条边界之间的距离。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二个区域对应于至少一个象素。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二个区域具有用于在其上提供所述电子设备的所有部分的截面。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，提供所述第一个区域相对于第二个区域的大小和位置，使得所述第一个区域对所述电子设备的性能没有影响或其影响可忽略。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤(d)平移所述薄膜样本达预定距离；(e)用另一个光束脉冲，照射薄膜样本的另一部分，其中在距所述至少一部分本质上对应于所述预定距离的距离处提供所述另一部分；及(f)允许再固化薄膜样本的所述另一部分，再固化的至少一部分由第三个区域和第三个区域组成，其中所述第三个区域包围所述第四个区域，且至少一部分所述第三个区域的至少部分地和所述第一个区域的至少一部分重叠；及进行再固化后，所述第三个区域具有横向生长的晶粒，且所述第四个区域具有成核的区域。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第四个区域由远离所述第二个区域的边缘处提供的边缘组成。8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第四个区域由与第二个区域的边缘近似邻接的边缘组成，且所述第四个区域的边缘不延伸到所述第一个区域的任何部分中。9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述至少一个光束脉冲的注量本质上和所述另一个光束脉冲的注量相同。10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述至少一个光束脉冲的注量不同于所述另一个光束脉冲的注量。11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤(g)平移所述薄膜样本达预定距离；及(h)使用至少一个光束脉冲照射所述薄膜样本的另一部分，其中在距所述至少一部分本质上对应于所述预定距离的距离处提供所述另一部分，且提供所述步骤(d)和(e)来控制所述第一个区域的宽度。12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜样本是预置模式的硅薄膜样本和连续的硅薄膜样本之一。13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子设备是薄膜晶体管。14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤(i)平移所述薄膜样本达预定距离；(j)使用至少一个光束脉冲照射所述薄膜样本的另一部分，其中在距所述至少一部分本质上对应于所述预定距离的距离处提供所述另一部分；及(k)对薄膜样本的其他部分重复步骤(i)和(j)，且在完成重复的步骤(j)之后不停止薄膜样本的平移。15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述步骤(i)将薄膜样本移到第一个相对于薄膜样本的所述另一部分的预先计算的位置来进行照射，且，在步骤(k)之后，将薄膜样本移到第二个相对的预先计算的位置，其距离不同于所述预定距离。16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤(l)平移所述薄膜样本达预定距离；(m)停止平移薄膜样本，并让薄膜样本的振动平静下来；及(n)在步骤(m)之后，使用至少一个光束脉冲照射所述薄膜样本的另一部分，其中在距所述至少一部分本质上对应于所述预定距离的距离处提供所述另一部分。17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤(o)在步骤(c)之后，用另一个光束脉冲照射薄膜样本的所述至少一部分；及(p)在步骤(o)之后，允许薄膜样本的所述至少一部分再固化。18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述至少一个光束脉冲的注量不同于所述另一个光束脉冲的注量。19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述另一个光束脉冲的注量小于所述至少一个光束脉冲的注量。20.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤(a)在步骤(c)之后，确定所述第一个区域的位置，以避免将所述电子设备的活跃区域放置在其上。21.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个光束脉冲包括多个子束，且由所述子束照射所述第一个和第二个区域。22.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜样本是硅薄膜样本和金属薄膜样本之一。23.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜样本由硅、锗及硅锗化合物中的至少一种组成。24.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜的厚度大约在在100到10,000之间。25.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤(r)在步骤(b)之前，掩模所述至少一个光束脉冲的部分来产生至少一个经掩模的光束脉冲，其中在步骤(b)中使用所述至少一个经掩模的光束脉冲来照射薄膜样本的所述至少一部分。26.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一个区域中提供所述大晶粒是横向生长的晶粒。27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述第一个区域的所述横向生长的晶粒是等轴晶粒。28.一种处理薄膜样本的方法，其特征在于，所述方法包括步骤(a)控制光束发生器发射至少一个光束脉冲；(b)用所述至少一个光束脉冲，以足够的强度照射所述薄膜样本的至少一部分来贯穿其厚度完全熔化样本的所述至少一部分，所述至少一个光束脉冲具有预定形状；(c)允许薄膜样本的所述至少一部分再固化，再固化的至少一部分由第一个区域和第二个区域组成，所述第一个区域包围所述第二个区域，且进行再固化后，第一个区域包括大晶粒，第二个区域包括通过成核作用形成的小晶粒区域；(d)平移所述薄膜样本达预定距离；及(e)用另一个光束脉冲照射薄膜样本的另一部分，其中在距所述至少一部分本质上对应于所述预定距离的距离处提供所述另一部分，其中提供步骤(b)到(e)来控制所述第一个区域的宽度，且所述第二个区域具有允许在其上提供电子设备的活跃区域的截面。29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述第二个区域对应于至少一个象素。30.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述第一个区域具有第一条边界和第二条边界，所述第二条边界与第一个区域的第一条边界相对并平行；所述第二个区域具有第三条边界和第四条边界，所述第四条边界与第二个区域的第三条边界相对并平行；及第一条边界和第二条边界之间的距离小于第三条边界和第四条边界之间的距离。31.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述第二个区域具有用于在其上提供所述电子设备的所有部分的截面。32.如权利要求28所述的方法，其特征在于，提供所述第一个区域相对于第二个区域的大小和位置，使得所述第一个区域对所述电子设备的性能没有影响或其影响可忽略。33.如权利要求28所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤(f)在步骤(e)之后，允许再固化薄膜样本的所述另一部分，再固化的至少一部分由第三个区域和第三个区域组成，其中所述第三个区域包围所述第四个区域，且至少一部分所述第三个区域的至少部分地和所述第一个区域的至少一部分重叠；及进行再固化后，所述第三个区域具有横向生长的晶粒，且所述第四个区域具有成核的区域。34.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述第四个区域由远离所述第二个区域的边缘处提供的边缘组成。35.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述第四个区域由与第二个区域的边缘近似邻接的边缘组成，且所述第四个区域的边缘不延伸到所述第一个区域的任何部分中。36.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述至少一个光束脉冲的注量本质上和所述另一个光束脉冲的注量相同。37.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述至少一个光束脉冲的注量不同于所述另一个光束脉冲的注量。38.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述薄膜样本是预置模式的硅薄膜样本和连续的硅薄膜样本之一。39.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述电子设备是薄膜晶体管。40.如权利要求28所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤(g)对薄膜样本的其他部分重复步骤(d)和(e)，而不停止薄膜样本的平移。41.如权利要求40所述的方法，其特征在于，所述步骤(d)将薄膜样本移到第一个相对于薄膜样本的所述另一部分的预先计算的位置来进行照射，且，在步骤(e)之后，将薄膜样本移到第二个相对的预先计算的位置，其距离不同于所述预定距离。42.如权利要求28所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤(h)在步骤(d)之后，停止平移薄膜样本，并让薄膜样本的振动平静下来；及(i)在步骤(h)之后，使用至少一个光束脉冲照射所述薄膜样本的另一部分，其中在距所述至少一部分本质上对应于所述预定距离的距离处提供所述另一部分。43.如权利要求42所述的方法，其特征在于，所述至少一个光束脉冲的注量不同于所述另一个光束脉冲的注量。44.如权利要求43所述的方法，其特征在于，所述另一个光束脉冲的注量小于所述至少一个光束脉冲的注量。45.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述至少一个光束脉冲包括多个子束，且由所述子束照射所述第一个和第二个区域。46.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述薄膜样本是硅薄膜样本和金属薄膜样本之一。47.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述薄膜样本由硅、锗及硅锗化合物中的至少一种组成。48.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述薄膜的厚度大约在在100到10,000之间。49.如权利要求28所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤(j)在步骤(b)之前，掩模所述至少一个光束脉冲的部分来产生至少一个经掩模的光束脉冲，其中在步骤(b)中使用所述至少一个经掩模的光束脉冲来照射薄膜样本的所述至少一部分。50.如权利要求28所述的方法，其特征在于，在所述第一个区域中提供所述大晶粒是横向生长的晶粒。51.如权利要求50所述的方法，其特征在于，所述第一个区域的所述横向生长的晶粒是等轴晶粒。52.一种处理薄膜样本的系统，其特征在于，所述系统包括处理装置，所述处理装置配置为(a)控制光束发生器发射至少一个光束脉冲，所述光束脉冲足以贯穿其厚度完全熔化所述薄膜样本的至少一部分；(b)控制位移平台，使得用所述至少一个光束脉冲照射所述薄膜样本的至少一部分，所述至少一个光束脉冲具有预定的截面，其中允许薄膜样本的所述至少一部分再固化，再固化的至少一部分由第一个区域和第二个区域组成，其中，进行再固化后，第一个区域包括大晶粒，第二个区域包括通过成核作用形成的小晶粒区域，其中所述第一个区域包围所述第二个区域，且其晶粒结构不同于第二个区域的晶粒结构，其中将所述第二个区域配置为...

【专利技术属性】
技术研发人员：JS艾姆，
申请(专利权)人：纽约市哥伦比亚大学托管会，
类型：发明
国别省市：US[美国]