專利名稱：對基片上薄膜區(qū)域作激光結(jié)晶處理以最小化邊緣區(qū)域的過程和系統(tǒng),及如此薄膜區(qū)域的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及處理薄膜的方法，更特別地，涉及處理半導(dǎo)體薄膜以減少薄膜的結(jié)晶區(qū)域中不均勻的邊緣區(qū)域，使得可以將電子設(shè)備的至少一個活躍區(qū)域放置在這些不均勻的邊緣區(qū)域之外的方法，所述電子設(shè)備包括薄膜晶體管(TFT)。
背景技術(shù)：
已知半導(dǎo)體薄膜，如硅薄膜，被用于為液晶顯示設(shè)備和有機(jī)發(fā)光二極管顯示提供象素。這樣的薄膜原先已通過準(zhǔn)分子激光器退火(ELA)方法進(jìn)行了處理(即，由準(zhǔn)分子激光器照射，然后結(jié)晶)。然而，使用這樣的已知ELA方法處理過的半導(dǎo)體薄膜通常遇到微結(jié)構(gòu)不均勻的問題，借助于在這樣的薄膜上制造的薄膜晶體管(TFT)設(shè)備不均勻的性能，這些問題得以顯現(xiàn)。
由在對應(yīng)于液晶顯示(LCD)或有機(jī)發(fā)光二極管顯示上的半導(dǎo)體薄膜中經(jīng)照射和結(jié)晶的區(qū)域的相鄰象素之間的可視過渡不象希望的那樣流暢，甚至在某些情況下很明顯，這是不希望得到的，這樣的不均勻性在邊緣區(qū)域中尤其成問題。這也是因?yàn)檫吘壭?yīng)使得TFT設(shè)備性能降低，而TFT設(shè)備的活動區(qū)域是在其上提供的。
已做出相當(dāng)多的努力嘗試減少或消除不均勻性來改進(jìn)“現(xiàn)有的”ELA(也稱為線性光束ELA)處理。例如，由Maegawa等人提交的編號為5,766,989的美國專利，描述了形成多晶薄膜的ELA方法和制造薄膜晶體管的方法，將其全部內(nèi)容完整包括在此作為參考。此發(fā)明嘗試處理特性在基片上不均勻的問題，并提供特定的選項(xiàng)可以明顯地降低這樣的不均勻性。然而，上述方法的細(xì)節(jié)使得它不可能完全消除由邊緣區(qū)域帶來的不均勻性(它通常在100μm到1,000μm或以上之間)。因此，半導(dǎo)體薄膜的部分可以在其上放置TFT設(shè)備的截面區(qū)域 由于這樣不利的邊緣效應(yīng)而明顯減少，造成較大的不均勻邊緣區(qū)域和這些部分鄰接。
例如，如圖11A和11B所示，一種這樣的現(xiàn)有ELA處理使用狹長形狀的光束800。此光束800中央部分810的注量在熔化水平之上，而此光束800的側(cè)邊區(qū)域820d在其邊緣注量逐漸降低。光束800的中央部分810的寬度可以是1cm，長度可以是30cm。以此方式，該光束在一次照射期間可以照射整個半導(dǎo)體薄膜。如圖11B所示，光束800的側(cè)邊區(qū)域820的部分830的注量可能介于熔化水平和結(jié)晶閾值之間。因此，當(dāng)光束800照射然后結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜的特定部分時，這樣的部分可能在半導(dǎo)體薄膜的這樣經(jīng)照射和結(jié)晶的區(qū)域中具有邊緣區(qū)域，這樣經(jīng)照射和結(jié)晶的區(qū)域可能具有空間上對應(yīng)于光束800的部分830的較大的不均勻邊緣區(qū)域?，F(xiàn)已知邊緣區(qū)域不利于將TFT設(shè)備(特別是它們的活躍區(qū)域)放置在其上。
已做出消除半導(dǎo)體薄膜中經(jīng)照射和結(jié)晶的部分的邊緣效應(yīng)(即，邊緣區(qū)域的不均勻性)的嘗試。編號為5,591,668、由Maegawa等人提交的美國專利嘗試通過使用經(jīng)激光器退火方法處理彼此順序重疊的本質(zhì)上形狀為正方形的光束(旋轉(zhuǎn)45°并具有圓形的峰)來最小化這些邊緣區(qū)域。然而，這樣的現(xiàn)有處理需要光束脈沖對相同區(qū)域進(jìn)行多次照射，且對半導(dǎo)體薄膜的處理會減慢。
因此，較佳的是通過以明確地定義光束脈沖的輪廓來消除這樣的邊緣效應(yīng)造成的問題的方式進(jìn)行掩模的光束脈沖來照射和結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜的至少部分區(qū)域。較佳地可以明顯減小和邊緣區(qū)域相關(guān)的空間尺度，以便能夠在這樣的區(qū)域之外提供TFT設(shè)備活躍區(qū)域。另外，這樣就不再需要多次照射半導(dǎo)體薄膜上的相同區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目標(biāo)是提供可以使結(jié)晶的半導(dǎo)體薄膜區(qū)域的邊緣區(qū)域相對較小(如，一個這樣的區(qū)域可以小于相鄰TFT設(shè)備之間的距離)的改進(jìn)的處理和系統(tǒng)。因此，可以在半導(dǎo)體薄膜上這些邊緣區(qū)域之外放置TFT設(shè)備的活躍區(qū)域。本發(fā)明的另一個目標(biāo)是增加處理用于液晶顯示和/或有機(jī)發(fā)光二極管顯示的半導(dǎo)體薄膜的速度。本發(fā)明的又一個目標(biāo)是具有使用各種注量的光束脈沖來照射半導(dǎo)體薄膜的區(qū)域的能力，只要這樣的注量能夠使經(jīng)照射的半導(dǎo)體薄膜區(qū)域結(jié)晶。
根據(jù)這些目標(biāo)中的至少部分，以及將參考下面的說明進(jìn)行闡明的目標(biāo)其他，現(xiàn)已確定，減少照射和結(jié)晶的半導(dǎo)體薄膜區(qū)域中的邊緣區(qū)域的大小有利于減少邊緣效應(yīng)。也查明了在這樣的區(qū)域的邊緣區(qū)域中提供的晶粒與安排在半導(dǎo)體薄膜的兩個對置的邊緣區(qū)域之間的區(qū)域中的晶粒不同。進(jìn)一步來說，已確定，使用讓光束脈沖通過的二維掩模，使得結(jié)果經(jīng)掩模的光束脈沖經(jīng)配置的輪廓具有準(zhǔn)確定義，能夠減少或消除光束脈沖具有逐漸降低的注量水平的部分，這部分光束脈沖會導(dǎo)致不希望的邊緣效應(yīng)。
在本發(fā)明的一個例子實(shí)施形態(tài)中，提供了處理半導(dǎo)體薄膜樣本的處理和系統(tǒng)。特別地，可以控制光束發(fā)生器發(fā)射至少一個光束脈沖。然后掩模光束脈沖來產(chǎn)生至少一個掩模的光束脈沖，將后者用于照射半導(dǎo)體薄膜樣本的至少一部分。用至少一個掩模的光束脈沖以足夠使這樣的部分結(jié)晶的強(qiáng)度照射該部分薄膜樣本。允許此部分薄膜樣本結(jié)晶，它在結(jié)晶后由第一個區(qū)域和第二個區(qū)域組成。在結(jié)晶后，第一個區(qū)域包括第一組晶粒，第二個區(qū)域包括第二組晶粒，第一組晶粒的至少一個特性不同于第二組晶粒的至少一個特性。第一個區(qū)域包圍第二個區(qū)域，并配置為允許在與其間隔一定距離處提供薄膜晶體管(TFT)的活躍區(qū)域。
在本發(fā)明的另一個實(shí)施形態(tài)中，掩模的光束脈沖的強(qiáng)度足夠貫穿其厚度完全熔化經(jīng)照射的半導(dǎo)體薄膜樣本部分(或部分熔化這樣的部分)。TFT的活躍區(qū)域可以位于第二個區(qū)域中。第二個區(qū)域?qū)?yīng)于至少一個象素。第二個區(qū)域具有在其上提供TFT所有部分的截面。提供第一個區(qū)域相對于第二個區(qū)域的大小和位置，使得第一個區(qū)域?qū)FT的性能沒有影響或其影響可忽略。
根據(jù)本發(fā)明的又一個實(shí)施形態(tài)，可以確定第一個區(qū)域的位置，以避免將TFT的活躍區(qū)域放置在其上。光束脈沖可以包括多個子束，且可以用子束照射第一個和第二個區(qū)域。半導(dǎo)體薄膜樣本可以是硅薄膜樣本。半導(dǎo)體薄膜可以由硅和鍺中的至少一種組成，且其厚度約在100到10,000之間。在第一個區(qū)域中提供的第一組晶?？梢允菣M向生長的晶粒。
根據(jù)本發(fā)明的又一個實(shí)施形態(tài)，半導(dǎo)體薄膜樣本包括由至少一個掩模的光束脈沖照射的至少一部分，所述光束脈沖配置為照射樣本的至少一個部分使其稍后結(jié)晶。經(jīng)照射的薄膜樣本部分在結(jié)晶之后包括第一個區(qū)域和第二個區(qū)域。在結(jié)晶后，第一個區(qū)域包括第一組晶粒，第二個區(qū)域包括第二組晶粒，第一組晶粒的至少一個特性不同于第二組晶粒的至少一個特性。第一個區(qū)域包圍第二個區(qū)域，并配置為允許在與其間隔一定距離處提供薄膜晶體管(TFT)的活躍區(qū)域。
包括在此的附圖是本發(fā)明的一部分，它們展示本發(fā)明的較佳實(shí)施形態(tài)并用于說明本發(fā)明的原理。


圖1A是本發(fā)明照射系統(tǒng)的例子實(shí)施形態(tài)的示意框圖，該系統(tǒng)照射半導(dǎo)體薄膜樣本的特定區(qū)域，使得這些區(qū)域具有相對小的邊緣區(qū)域；圖1B是放大的包括半導(dǎo)體薄膜的樣本的截面?zhèn)纫晥D；圖2是本發(fā)明的樣本的第一個例子實(shí)施形態(tài)的頂視分解圖，在概念上劃分該樣本，且該樣本具有在其上使用圖1A的例子系統(tǒng)對半導(dǎo)體薄膜的整個表面區(qū)域執(zhí)行本發(fā)明的處理的半導(dǎo)體薄膜；圖3是本發(fā)明的掩模的第一個例子實(shí)施形態(tài)的頂視圖，該掩模具有包圍一個開口或透明區(qū)域的光束阻擋區(qū)域，且圖1A的例子系統(tǒng)可以使用它來掩模激光束源產(chǎn)生的光束脈沖，使之成為圖案化的光束脈沖，使得這樣的掩模的光束脈沖照射半導(dǎo)體薄膜上的特定區(qū)域，從而減少在這樣的區(qū)域周邊提供的邊緣區(qū)域；圖4A-4D展示在本發(fā)明的處理的例子實(shí)施形態(tài)中的各個順序階段，對樣本的第一個例子概念欄中的樣本上提供的半導(dǎo)體薄膜的特定部分，先經(jīng)圖3的掩模進(jìn)行掩模輻射光束脈沖照射，然后再固化和結(jié)晶，其中特定區(qū)域中的邊緣區(qū)域顯著減?。粓D4E-4F展示在本發(fā)明的處理的例子實(shí)施形態(tài)中的各個順序階段，對樣本的第二個例子概念欄中的樣本上提供的半導(dǎo)體薄膜的特定部分，先經(jīng)圖3的掩模進(jìn)行掩模輻射光束脈沖照射，然后再固化和結(jié)晶，這從圖4A-4D中的第一個概念欄開始繼續(xù)；圖5A是本發(fā)明的掩模的第二個例子實(shí)施形態(tài)頂視圖，該掩模具有包圍多個小開口或透明區(qū)域或縫隙的光束阻擋區(qū)域，且圖1A的例子系統(tǒng)可以使用它來掩模光束源產(chǎn)生的光束脈沖，使之成為為圖案化的子束，使得這樣經(jīng)掩模的子束脈沖照射半導(dǎo)體薄膜上的特定區(qū)域，且其邊緣區(qū)域顯著減少；圖5B是圖5A中所述的掩模的第二個實(shí)施形態(tài)中的子束的放大視圖；圖6A-6D展示在本發(fā)明的處理的例子實(shí)施形態(tài)中的第一個例子實(shí)施形態(tài)的各個順序階段，對樣本的第一個例子概念欄中的樣本上提供的半導(dǎo)體薄膜的特定部分，經(jīng)圖5的掩模進(jìn)行掩模的輻射光束脈沖強(qiáng)度模式照射，然后再固化和結(jié)晶；圖7為示意圖，展示在樣本上提供的半導(dǎo)體薄膜，及用具有由掩模圖案化的截面的光束脈沖來照射這樣的薄膜，該掩模具有包圍一個狹長的開口或透明區(qū)域的光束阻擋區(qū)域，且可以用于圖1A的例子系統(tǒng)；圖8A為示意圖，展示對應(yīng)于圖4D和6D中的區(qū)域的兩個特定的經(jīng)照射、再固化和結(jié)晶的區(qū)域，其中在這些區(qū)域的邊緣區(qū)域之外提供整個TFT設(shè)備；圖8B為示意圖，展示對應(yīng)于圖4D和6D中的區(qū)域的兩個特定的經(jīng)照射、再固化和結(jié)晶的區(qū)域，其中在這兩個邊緣區(qū)域之外提供整個TFT設(shè)備的活躍區(qū)域的截面，而在這樣的邊緣區(qū)域上提供其他區(qū)域；圖9為流程圖，展示本發(fā)明的例子處理流程，該流程由圖1A的計(jì)算裝置使用本發(fā)明在圖4A-4F和6A-6D中的例子方法至少部分地控制；圖10為流程圖，展示本發(fā)明的另一個例子處理流程，該流程由圖1A的計(jì)算裝置使用本發(fā)明在圖4A-4F和6A-6D中的例子方法至少部分地控制，其中基于半導(dǎo)體薄膜相對于光束照射的位置觸發(fā)圖1A的光束源。
圖11A為透視剖視圖，展示使用現(xiàn)有的系統(tǒng)和處理通過投影照射確定形狀的狹長光束的輪廓；圖11B為圖11A的光束的注量對于現(xiàn)有的系統(tǒng)和處理產(chǎn)生的光束的空間輪廓的圖表；及圖12為光束的注量對于本發(fā)明的系統(tǒng)和處理產(chǎn)生的光束的空間輪廓的例子圖表，由這樣的光束照射的半導(dǎo)體薄膜特定部分中的邊緣區(qū)域減少。
具體實(shí)施例方式
應(yīng)理解，本發(fā)明的各種系統(tǒng)都可以用來產(chǎn)生、成核、固化和結(jié)晶半導(dǎo)體(如，硅)薄膜上的一個或多個區(qū)域，所述半導(dǎo)體薄膜中具有均勻的材料使得可以在這樣的區(qū)域中放置至少一個薄膜晶體管(TFT)的活躍區(qū)域。下面更詳細(xì)地描述實(shí)現(xiàn)這樣區(qū)域的系統(tǒng)和處理的例子實(shí)施形態(tài)，以及處理得到的結(jié)晶的半導(dǎo)體薄膜。然而，應(yīng)理解，本發(fā)明不在任何方面限制于在此所述的系統(tǒng)、處理和半導(dǎo)體薄膜的例子實(shí)施形態(tài)。
特別地，圖1A展示本發(fā)明的系統(tǒng)，將其用于樣本170，該樣本具有非晶硅薄膜，用輻射光束脈沖照射該薄膜來促進(jìn)對半導(dǎo)體薄膜的特定區(qū)域進(jìn)行的成核作用、接下來的固化和結(jié)晶。例子系統(tǒng)包括發(fā)射照射光束(如，激光束)的光束源110(如，Lambda Physik型號LPX-315I XeCl脈沖準(zhǔn)分子激光器)、修改激光束能量密度的可控光束能量密度調(diào)制器120、MicroLas雙板可變衰減器130、光束轉(zhuǎn)向鏡140、143、147、160和162，光束擴(kuò)展和準(zhǔn)直透鏡141和142、光束均化器144、聚光透鏡145、場鏡148、可以安裝在位移平臺(未示出)中的投影掩模150、4x-6x的接目鏡161、可控快門152、用于將輻射光束脈沖164聚焦到包括要處理的半導(dǎo)體薄膜并安裝在樣本位移平臺180上的樣本170上的多元件物鏡163、支撐在振動隔離和自流平系統(tǒng)191、192、193和194上的方箱光具座190，及與其連接來控制光束源110、光束能量密度調(diào)制器120、可變衰減器130、快門152和樣本位移平臺180的計(jì)算裝置100(如，執(zhí)行本發(fā)明的程序的通用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī))。
樣本位移平臺180較佳地由計(jì)算裝置100控制來實(shí)現(xiàn)樣本170在平面的X-Y方向，及Z方向上平移。以此方式，計(jì)算裝置100控制樣本40和照射光束脈沖164的相對位置。照射光束脈沖164的重復(fù)和能量密度也由計(jì)算機(jī)100控制。熟悉技術(shù)的人應(yīng)理解，不僅是光束源110(如，脈沖準(zhǔn)分子激光器)，照射光束脈沖可以由適合于以下面所述的方式貫穿其整個厚度完全地熔化樣本170的半導(dǎo)體(如，硅)薄膜中選擇的區(qū)域的其他已知的短能量脈沖源產(chǎn)生。這樣的已知源可以是脈沖固態(tài)激光器、斬光連續(xù)波激光器、脈沖電子束和脈沖離子束等等。由光束源110產(chǎn)生通常輻射光束脈沖提供從10mJ/cm2到1J/cm2范圍(例如，500mJ/cm2)的光束密度，從10到103毫微秒范圍的脈沖持續(xù)時間(FWHM)，和從10Hz到104Hz范圍的脈沖重復(fù)頻率。
雖然計(jì)算裝置100如圖1A所示的系統(tǒng)的例子實(shí)施形態(tài)中那樣，通過樣本平臺180控制樣本170的平移，以便對樣本170的半導(dǎo)體薄膜執(zhí)行本發(fā)明的處理，也可以調(diào)整計(jì)算裝置100，使其可以控制安裝在適當(dāng)?shù)难谀?激光束位移平臺(為說明簡單起見，未在此示出)中的掩模150和/或光束源110，沿著控制下的光束路徑相對于樣本170的半導(dǎo)體薄膜平移它們來切換照射光束脈沖164強(qiáng)度模式。切換照射光束脈沖的強(qiáng)度模式的另一種可能的方法是讓計(jì)算機(jī)100控制光束轉(zhuǎn)向反射鏡。圖1的例子系統(tǒng)可以用于以下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的方式執(zhí)行對樣本170的硅薄膜的處理。亦應(yīng)理解，可以將掩模150排除在本發(fā)明的系統(tǒng)之外。沒有這樣的掩模150，可以使用本發(fā)明的系統(tǒng)中的光束源110、能量密度調(diào)制器、光束衰減器和/或其他組件來確定光束149的形狀，以便照射和照射樣本170的半導(dǎo)體薄膜中選擇的部分。
如圖1B所示，樣本170的半導(dǎo)體薄膜175可以直接位于玻璃基片172上，并可以在其中提供一個或多個中間層177。半導(dǎo)體薄膜175可以具有100到10,000(1μm)之間的厚度，只要至少可以貫穿其整個厚度完全熔化其中的特定所需區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的例子實(shí)施形態(tài)，半導(dǎo)體薄膜17可以由硅、鍺、鍺化硅(SiGe組成，較佳地，它們包含低水平的雜質(zhì)。也可以對半導(dǎo)體薄膜175使用其他元素或半導(dǎo)體材料。中間層177直接位于半導(dǎo)體薄膜175的下面，它可以由二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)和/或氧化物、氮化物或適合用于促進(jìn)樣本170的半導(dǎo)體薄膜175的指定區(qū)域內(nèi)的成核作用和小晶粒生長的其他材料的混合物組成。玻璃基片172的溫度可以在室溫到800℃之間?？梢酝ㄟ^預(yù)熱基片172使玻璃基片172具有較高的溫度，由于玻璃基片172緊貼著薄膜175，這可以有效地支持更大的晶粒在樣本170的半導(dǎo)體薄膜175的成核、再固化然后結(jié)晶的區(qū)域中生長。
圖2展示樣本170的半導(dǎo)體薄膜175(如，非晶硅薄膜)的例子實(shí)施形態(tài)的放大視圖，及光束脈沖164相對于樣本170上的位置的相對平移路徑。此例子樣本170具有Y方向40cm乘X方向30cm的維度?？梢詫颖?70在概念上劃分為一定數(shù)量的欄(如，第一個概念欄205、第二個概念欄206、第三個概念欄207等等)?？梢詫⒚總€概念欄的位置/大小存儲在計(jì)算裝置100的存儲設(shè)備中，并由計(jì)算裝置100隨后用于控制樣本170的平移，和/或控制光束源110在半導(dǎo)體薄膜175中這樣的相對位置或基于存儲的位置的其他位置發(fā)射光束。欄205、206、207等等中的每一個的維度可以為例如Y方向1/2cm乘X方向30cm。因此，如果樣本170的大小在Y方向?yàn)?0cm，則可以將樣本150在概念上劃分為八十(80)個這樣的欄。也可以將樣本170在概念上劃分為具有其他維度的欄(如，1cm乘30cm的欄，2cm乘30cm的欄，2cm乘30cm的欄，等等)。實(shí)際上，對樣本170的概念欄的維度絕對沒有限制，只要掩模的光束脈沖164能夠照射半導(dǎo)體薄膜175上這樣的欄中的特定區(qū)域來促進(jìn)這樣的區(qū)域內(nèi)的結(jié)晶。
特別地，根據(jù)本發(fā)明，重要的是在薄膜樣本175的這些區(qū)域周圍提供相對小的邊緣區(qū)域，以便將TFT設(shè)備的至少活躍區(qū)域放置在這些很小的邊緣區(qū)域之外。邊緣區(qū)域這樣小的尺寸主要是通過使用掩模150來產(chǎn)生光束111的銳利的輪廓作為掩模的光束脈沖164獲得的。將每個概念欄的位置/維度及其位置存儲在計(jì)算裝置100的存儲設(shè)備中，并使用這樣的計(jì)算裝置100來控制位移平臺180相對于光束脈沖164進(jìn)行平移，和/或控制光束源110在半導(dǎo)體薄膜樣本的那些位置或其他位置發(fā)射光束111。
例如，可以用根據(jù)本發(fā)明的第一個例子實(shí)施形態(tài)的掩模150(如圖3所示)圖案化的光束脈沖164照射半導(dǎo)體薄膜175。確定第一個例子掩模150的大小使得它的截面區(qū)域大于光束脈沖164的截面區(qū)域。以此方式，掩模150可以圖案化脈沖光束，使之具有由掩模150的開口或透明區(qū)域控制的形狀和輪廓。這通常稱為“二維投影”，它通常確定光束的形狀并在每個方向減少這樣的形狀。這樣的投影明顯不同于不使用掩模且僅在一個方向確定光束形狀和減少光束的單軸投影。圖12展示當(dāng)脈沖149通過掩模150時掩模的光束脈沖164的較佳輪廓850。明確定義此輪廓850，以便最小化在半導(dǎo)體薄膜175經(jīng)照射的部分周圍提供的邊緣區(qū)域。
在圖3所示的這個例子實(shí)施形態(tài)中，掩模150包括光束阻擋部分155和開口或透明部分157。光束阻擋部分155防止那些照射這樣的部分155的脈沖光束區(qū)域從此通過，因此防止其進(jìn)一步進(jìn)入圖1A所示的本發(fā)明的例子系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)來照射樣本170上提供的半導(dǎo)體薄膜175中對應(yīng)的區(qū)域。相反，開口或透明部分157允許其截面對應(yīng)于部分157的這部分光束脈沖164進(jìn)入本發(fā)明系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)，并照射半導(dǎo)體薄膜175中的對應(yīng)區(qū)域。以此方式，掩模150能夠圖案化光束脈沖164，以便在預(yù)定的部分照射樣本170的半導(dǎo)體薄膜175，如下面更詳細(xì)地說明的那樣。
根據(jù)本發(fā)明，掩模的光束脈沖164可以由各種能量注量。例如，掩模的光束脈沖164這樣的注量可以較小，但可以促進(jìn)爆炸式結(jié)晶。光束脈沖164的注量可以高于該小注量來促進(jìn)部分熔化半導(dǎo)體薄膜175經(jīng)照射的部分，然后結(jié)晶這樣的部分。另外，該注量可以高于促進(jìn)部分熔化的注量，以允許接近完全熔化半導(dǎo)體薄膜175的部分。進(jìn)一步來說，掩模的光束脈沖164的注量可以足夠高，以便完全熔化薄膜175的上述經(jīng)照射的部分。總之，該注量應(yīng)足夠大，以允許半導(dǎo)體薄膜175的部分經(jīng)掩模的光束脈沖164照射之后結(jié)晶。
現(xiàn)在參考如圖4A-4F中所示對樣本170的半導(dǎo)體薄膜175進(jìn)行的照射說明本發(fā)明的處理的第一個例子實(shí)施形態(tài)。在本發(fā)明的此例子處理中，圖3中的例子掩模150確定光束111的形狀，并在圖2中展示對樣本170的半導(dǎo)體薄膜175進(jìn)行的例子照射和/或照射。例如，為了照射樣本170的半導(dǎo)體薄膜175中選擇的區(qū)域，可以通過移動掩模150或樣本位移平臺180來相對于光束脈沖164平移樣本170。為了上述目的，激光束149的長和寬可以大于X方向1cm乘Y方向1/2cm(如，矩形)，使得可以用圖3的掩模150來確定它的形狀。然而，應(yīng)理解脈沖激光束149不僅限于這樣的形狀和大小。實(shí)際上，當(dāng)然，如熟悉技術(shù)的人所知的那樣，可以實(shí)現(xiàn)激光束149的其他形狀和/或大小(如，正方形、三角形、圓形等等形狀)。
將樣本170在概念上劃分為欄205、206、207等等之后，激活脈沖激光束111(通過使用計(jì)算裝置100驅(qū)動光束源110或打開快門130)，并產(chǎn)生照射在遠(yuǎn)離半導(dǎo)體薄膜175的第一個位置220的脈沖激光子束164。然后，在計(jì)算裝置100控制下平移樣本170并在向前的X方向加速來達(dá)到相對于第一條光束路徑225中的固定位置的子束的預(yù)定速度。
在本發(fā)明的處理的一個例子變體中，脈沖子束164較佳地在樣本170相對于脈沖激光束149的移動速度達(dá)到預(yù)定速度時達(dá)到樣170的第一條邊緣210’。然后，以預(yù)定速度在X方向連續(xù)地(即，不停止)平移樣本170，使得脈沖子束164在第二條光束路徑230的整個長度上繼續(xù)照射樣本170接下來的部分。在越過第一條邊緣210’之后，光束脈沖164照射和照射半導(dǎo)體薄膜175的第一個區(qū)域310，較佳地用足夠強(qiáng)度進(jìn)行照射，以便促進(jìn)其中進(jìn)行的結(jié)晶，如圖4A所示。較佳地，掩模的光束脈沖164的注量足夠大，以便促進(jìn)半導(dǎo)體薄膜175經(jīng)照射的部分的結(jié)晶。然后，如圖4B所示，允許第一個區(qū)域310結(jié)晶，從而在其中形成兩個區(qū)域—第一個中央?yún)^(qū)域315和第一個最小化的邊緣區(qū)域318。第一個中央?yún)^(qū)域315在用掩模的光束脈沖164照射第一個區(qū)域310之后形成。此中央?yún)^(qū)域315的的維度稍微小于照射第一個區(qū)域310的掩模的光束脈沖164的維度，第一個中央?yún)^(qū)域315由第一個邊緣區(qū)域318(下面對其細(xì)節(jié)進(jìn)行說明)包圍。再次，由于掩模光束脈沖149使之成為掩模的光束脈沖164，第一個邊緣區(qū)域318的大小得到最小化，較佳地掩模的光束脈沖164具有圖12所示的輪廓850。應(yīng)注意，第一個中央?yún)^(qū)域315中的晶粒的特性(如，長度、方向等等)和第一個邊緣區(qū)域318中晶粒的特性不同，這樣的區(qū)別是能夠減少邊緣區(qū)域的主要原因之一。
第一個邊緣區(qū)域318可以通過從半導(dǎo)體薄膜175未經(jīng)照射的部分和第一個照射的區(qū)域310之間的邊界橫向生長晶粒而形成。當(dāng)掩模的光束脈沖164具有能夠完全熔化第一個區(qū)域310的注量時，會出現(xiàn)此情況。第一個中央?yún)^(qū)域315中的晶粒從那些邊界朝向第一個熔化的區(qū)域中心生長達(dá)預(yù)定的一小段距離，以達(dá)到第一個中央?yún)^(qū)域315，并在它們之間形成邊界。當(dāng)然，應(yīng)理解，如果掩模的光束脈沖164沒有足夠完全熔化第一個區(qū)域的強(qiáng)度，則任何情況下都會在第一個邊緣區(qū)域中形成晶粒。通常，第一個中央?yún)^(qū)域315中的晶粒大于第一個邊緣區(qū)域318中的那些晶粒。這較佳地是因?yàn)檠谀５墓馐}沖164在中央部分處的的強(qiáng)度大于在邊緣處。預(yù)定的距離很短，因?yàn)橥ㄟ^掩模149照射光束脈沖來形成掩模的光束脈沖164，后者沒有較大的逐漸減少的邊緣部分(如，圖11A和圖11B中所示的現(xiàn)有的光束脈沖800的部分820)，并實(shí)際上較佳地具有圖12中的850所示的強(qiáng)度模式。例如，預(yù)定距離可以為1μm，而第一個中央?yún)^(qū)域的寬度可以稍微小于1cm。因此，第一個邊緣區(qū)域318明顯小于它所包圍的第一個中央?yún)^(qū)域315。為了本發(fā)明的目的，不希望將TFT設(shè)備的活躍區(qū)域放置在這樣的邊緣區(qū)域上，使得將活躍區(qū)域(及可能整個TFT設(shè)備)放置在這些邊緣區(qū)域之外。
此后，如圖4C所示，繼續(xù)平移樣本170(或調(diào)整掩模150)，使得光束脈沖164以上面對第一個區(qū)域310所述的方式照射半導(dǎo)體薄膜175的第二個區(qū)域320。這第二個區(qū)域320可以是接下來在第一個概念欄205中沿著+X方向緊隨第一個區(qū)域320的區(qū)域。
類似于第一個區(qū)域310，第二個區(qū)域320結(jié)晶為第二個中央曲域325和第二個邊緣區(qū)域328，它們各自對應(yīng)于第一個中央315和第一個邊緣區(qū)域318的特性和維度。如果，在照射第二個區(qū)域320(且在一種例子情況下完全熔化它)期間，光束脈沖164稍微和第一個邊緣區(qū)域318重疊，則當(dāng)結(jié)晶時，此區(qū)域318中的晶粒提供籽晶并橫向生長已經(jīng)熔化的第二個區(qū)域320緊接著第一個邊緣區(qū)域318的部分。以此方式，第二個邊緣區(qū)域328的相鄰部分由第一個橫向生長的區(qū)域318提供籽晶，以便從其中橫向生長晶粒。然而，第二個邊緣區(qū)域328和第二個中央?yún)^(qū)域325相比仍然很小(如，1μm)。所產(chǎn)生的結(jié)晶的第二個區(qū)域320在圖4D中展示。在距結(jié)晶的第一個區(qū)域310的一定距離處提供第二個區(qū)域320也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。以此方式并在完全熔化第二個區(qū)域320的情況，可以用來自第一個區(qū)域310和第二個區(qū)域之間未經(jīng)照射的部分的晶粒提供籽晶到第二個邊緣區(qū)域328中位置最接近結(jié)晶的第一個橫向生長的區(qū)域318的部分。
較佳地確定第一個邊緣區(qū)域318和/或第二個邊緣區(qū)域328的大小，使得其截面區(qū)域小于位于第一個中央?yún)^(qū)域315中的TFT設(shè)備(特別是其活躍區(qū)域)和位于第二個中央?yún)^(qū)域325中的TFT設(shè)備之間的距離。
繼續(xù)平移和照射半導(dǎo)體薄膜175的第一個概念欄205，直到繼續(xù)處理這第一個概念欄205中所有區(qū)域310、320、...、380、390(和它們各自的中央?yún)^(qū)域區(qū)域315、325、...、385、395及邊緣區(qū)域318、328、...、338、398)最后脈沖子束164達(dá)到樣本170的第二條邊緣210”時，如圖4E所示。以本質(zhì)上重復(fù)的方式沿著第一個概念欄205對區(qū)域310、320、380、390進(jìn)行結(jié)晶。當(dāng)光束脈沖164越過第二條邊緣210”時，樣本170的平移可以相對于光束脈沖164(在第三條光束路徑235中)減速，來達(dá)到第二個位置240(圖2)。應(yīng)注意，在光束脈沖164已越過樣本170的第二條邊緣210”之后，不需要關(guān)閉脈沖光束111，因?yàn)樗辉僬丈錁颖?70。
雖然遠(yuǎn)離樣本170和第二條邊緣210”，樣本在-Y方向通過第四條光束路徑245平移到第三個位置247，從而能夠沿著第二個概念欄206照射半導(dǎo)體薄膜175的部分。然后，允許樣本170在位置247平靜下來，以便使得在平移樣本170到第三個位置247時樣本170可能發(fā)生的任何振動停止。實(shí)際上，為了使樣本170到達(dá)第二個概念欄206，對于具有1/2cm的寬度(在-Y方向)的欄，近似平移1/2cm。然后通過第四條光束路徑250將樣本170在-X方向加速到預(yù)定速度，使得光束脈沖164對半導(dǎo)體薄膜175的照射達(dá)到并越過第二條邊緣210”。
此后，沿著第五條光束路徑255平移樣本170，然后可以對第二個概念欄206重復(fù)上面對于照射第一個欄205所述的例子處理，以便在+X方向平移樣本時照射其他區(qū)域410、420，及它們相應(yīng)的中央?yún)^(qū)域415、425和邊緣區(qū)域418、428。以此方式，可以正確地照射樣本70的所有概念欄。再次，當(dāng)光束脈沖164到達(dá)第一條邊緣210’時，樣本170的平移沿著第六條光束路徑260減速，并達(dá)到第四個位置265。在該位置，沿著第七條光束路徑270在-Y方向平移樣本170，使得光束脈沖越過樣本170的周線達(dá)到第五個位置272，且允許停止平移樣本170，以便去除樣本170中的任何振動。此后，樣本170沿著第八條光束路徑275在-X方向加速，使得光束脈沖164達(dá)到并越過樣本170的第一條邊緣210’，且光束脈沖164照射并完全熔化第三個概念欄207中的特定區(qū)域，使得它們能夠以本質(zhì)上與如上對第一個概念欄205的區(qū)域310、320、...、380、390和第二個概念欄206的區(qū)域410、420、...所述相同的方式結(jié)晶。
可以對半導(dǎo)體薄膜175的所有概念欄、對薄膜175特定部分中選擇的欄重復(fù)此流程，薄膜175不一定在概念上劃分為欄。另外，計(jì)算裝置100可以基于存儲在計(jì)算裝置100的存儲設(shè)備中的預(yù)定位置(如，而不是通過設(shè)置光束脈沖之間的預(yù)定時間或設(shè)置脈沖持續(xù)時間來照射半導(dǎo)體薄膜175)控制光束源110發(fā)射光束111。例如，計(jì)算裝置100可以控制光束源110產(chǎn)生光束111并僅用與其對應(yīng)的光束脈沖164照射薄膜175的特定區(qū)域中的預(yù)定位置，使得這些位置由計(jì)算裝置100存儲并使用來觸發(fā)光束111的發(fā)射，這導(dǎo)致光束脈沖僅在樣本170平移到直接位于光束脈沖164的路徑中的那些區(qū)域中時進(jìn)行照射。計(jì)算裝置100可以基于該位置在X方向上的坐標(biāo)使光束源110進(jìn)行發(fā)射。
另外，當(dāng)光束脈沖164的照射路徑指向半導(dǎo)體薄膜175上要熔化和結(jié)晶的區(qū)域時，不一定以連續(xù)的方式平移樣本170。因此，樣本170的平移可以停止在樣本170中間，并照射和結(jié)晶該中間區(qū)域。此后，可以移動樣本170，將半導(dǎo)體薄膜175的另一部分安排在光束脈沖164的路徑中，然后使樣本的平移再次停止，并根據(jù)上面已詳細(xì)描述的處理的例子實(shí)施形態(tài)以及下面將描述的處理的實(shí)施形態(tài)照射并完全熔化該特定位置。
根據(jù)本發(fā)明，在此所述和所示的任何掩模及那些在編號為09/390,535的美國專利申請中描述和展示的掩模都可以用于本發(fā)明的處理和系統(tǒng)。例如，可以使用圖5A中展示的掩模的第二個例子實(shí)施形態(tài)150’，而不是使用圖3中所示的允許廣泛照射半導(dǎo)體薄膜175的掩模。和圖3中具有單個開口或透明區(qū)域157的掩模150相比，掩模150’具有通過光束阻擋區(qū)域455相互分離的多個開口或透明區(qū)域450。掩模150’的開口或透明區(qū)域450也可以稱為“縫隙”。這些縫隙允許小光束脈沖(或子束)通過它們照射并完全熔化它們所照射的半導(dǎo)體薄膜175的區(qū)域。在圖5B中提供一個縫隙450的放大的視圖，如所示縫隙450的維度可以為0.5μm乘0.5μm。應(yīng)清楚地看到，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，縫隙可以有其他維度。例如，縫隙可以為矩形、圓形、三角形、人字形、鉆石形等等。根據(jù)本發(fā)明，縫隙應(yīng)足夠大，使得當(dāng)通過它形成的脈沖子束照射和結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜175的特定區(qū)域時，形成中央?yún)^(qū)域(即，非邊緣區(qū)域)，以便在其中放置TFT設(shè)備(或至少它們的活躍區(qū)域)。重要的是這樣放置的TFT設(shè)備的活躍區(qū)域彼此之間相應(yīng)的距離大于子束照射和結(jié)晶的區(qū)域的邊緣部分。
圖6A-6D展示本發(fā)明的處理的第二個實(shí)施形態(tài)的例子過程，其中掩模的光束脈沖164(由子束組成)沿著半導(dǎo)體薄膜175的第一個概念欄205照射多個連續(xù)區(qū)域，光束脈沖164的形狀由圖5A中的掩模150’確定。樣本170相對于光束脈沖164照射區(qū)域的平移本質(zhì)上和前面參考圖4A-4F所述的平移相同。光束脈沖164對區(qū)域310、320、...、380、390、410、420的照射(其形狀由圖3的掩模150確定)和光束脈沖164對區(qū)域460、470的照射(其形狀由掩模150’確定)之間的區(qū)別在于前者照射和結(jié)晶整個區(qū)域310、320、...380、390、410、420，而后者僅照射和結(jié)晶區(qū)域460、470中特定的小部分462。
類似于圖4A中的區(qū)域310，如圖6A所示，照射區(qū)域460的部分462。此后，如圖4B所示，結(jié)晶部分462來形成中央?yún)^(qū)域464和邊緣區(qū)域468。類似于第一個中央?yún)^(qū)域315，相應(yīng)的部分462的中央?yún)^(qū)域465，其中的晶粒不同于邊緣區(qū)域468中的晶粒，且確定其大小使得可以在每個這樣的區(qū)域465中內(nèi)放置TFT設(shè)備的至少一個活躍區(qū)域(可能是整個TFT設(shè)備)。區(qū)域465的均勻的小晶粒材料通過對此區(qū)域進(jìn)行的成核作用和再固化形成。如圖6C所示，在沿-X方向平移樣本170時，以處理部分462本質(zhì)上相同的方式照射和結(jié)晶區(qū)域470的部分472。以這樣的方式，形成區(qū)域470的中央?yún)^(qū)域475和邊緣區(qū)域478。
另外，可以使用如圖7所示的本發(fā)明的掩模的第三個實(shí)施形態(tài)150”，它具有狹長的開口或透明區(qū)域490，以便圖案化光束149并確定其形狀，使之成為光束脈沖164。例如，區(qū)域490可以長0.5cm，寬0.1mm。以此方式，可以用其形狀由此掩模150”確定的光束脈沖164照射圖2所示的樣本170的每個概念欄。另外，區(qū)域490的長可以為30cm。這樣，可以通過在-Y方向從樣本170的一邊平移樣本170到另一邊，照射和結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜175選擇的部分，而不是將半導(dǎo)體薄膜175劃分為一定數(shù)量的概念欄并單獨(dú)照射每個欄。重要的是可以使用這樣的處理方法形成中央?yún)^(qū)域，以使得可以在距邊緣區(qū)域一定距離處放置相應(yīng)的TFT設(shè)備的活躍區(qū)域。
圖8A展示可能對應(yīng)于圖4D中的第一個和第二個區(qū)域310、320的第一個和第二個經(jīng)照射和結(jié)晶的區(qū)域510和520，和/或圖6D中的區(qū)域460的相鄰部分462。特別地，圖8A展示整個TFT設(shè)備610、620，可以將它們放置在邊緣區(qū)域518、528、650之外，可能在區(qū)域510、520中相應(yīng)的區(qū)域515、525內(nèi)。第一個TFT設(shè)備610位于區(qū)域510的中央?yún)^(qū)域515中，它包括柵極612、漏極614、源極616，及活躍區(qū)域618，所有這些都在邊緣區(qū)域518之外提供。類似地，對第二個TFT設(shè)備610，其柵極622、漏極624、源極626，特別是活躍區(qū)域628，也位于其中，它們并不與區(qū)域520中相應(yīng)的邊緣區(qū)域528及位于中央?yún)^(qū)域515、525之間的邊緣區(qū)域650重疊。
圖8B展示也可能對應(yīng)于圖6D中的區(qū)域460的相鄰部分462的第一個和第二個經(jīng)照射和結(jié)晶的區(qū)域510和520，在它們上面提供相應(yīng)的TFT設(shè)備610’、620’。在此例子實(shí)施形態(tài)中，只在區(qū)域510、520的相應(yīng)的均勻的中央?yún)^(qū)域515、525中提供區(qū)域510、520的相應(yīng)的活躍區(qū)域618’、628’，而TFT設(shè)備610’、620’的其他部分位于區(qū)域510、520中相應(yīng)的邊緣區(qū)域518、528之上。特別地，第一個TFT設(shè)備610’包括活躍區(qū)域618’，該活躍區(qū)域整個位于區(qū)域510的中央?yún)^(qū)域515中，而此TFT設(shè)備610’的柵極612’、漏極614’和源極616’與橫向生長的區(qū)域518重疊。同樣，對第二個TFT設(shè)備610’，其活躍區(qū)域628’整個位于區(qū)域520的相應(yīng)的中央?yún)^(qū)域525中，而在區(qū)域520的相應(yīng)的邊緣區(qū)域525上直接提供第二個TFT設(shè)備620’的柵極622’、漏極624’和源極626’。同樣，在區(qū)域510的中央?yún)^(qū)域515和區(qū)域520的中央?yún)^(qū)域525之間的邊界區(qū)域500上提供柵極622’。應(yīng)理解，源極612、612’、622、622’、漏極614、614’、624、624’和源極616、616’、626、626’中的任何一個都可以在邊緣區(qū)域518、528和邊界區(qū)域500上提供。
通過使用本發(fā)明的這個例子實(shí)施形態(tài)，邊緣區(qū)域500和/或關(guān)聯(lián)于這樣的邊緣區(qū)域500的邊緣區(qū)域518、528的寬度可以減小至1μm，這近似于使用現(xiàn)有的系統(tǒng)和處理實(shí)現(xiàn)的邊緣區(qū)域?qū)挾鹊?00到10,000分之一。因此，可以將整個TFT設(shè)備610、620放置在中央?yún)^(qū)域515、525中，使得它們之間的距離可以大于邊緣區(qū)域500，如圖8A所示。類似情況對放置如圖8B所示的TFT設(shè)備610’、620’仍然適用，除了相應(yīng)的TFT設(shè)備610’、620’的活躍區(qū)域618’、628’之間的距離會大于邊緣區(qū)域500的寬度。
圖9為流程圖，展示至少部分在本發(fā)明的圖1A的計(jì)算裝置使用本發(fā)明的圖4A-4F和6A-6D中的方法控制下的第一個例子處理流程。在步驟1000，首先初始化圖1A的系統(tǒng)的硬件組件，如光束源110、能量光束調(diào)制器120、光束衰減器和快門130，這至少部分由計(jì)算裝置100進(jìn)行。在步驟1005，將樣本170裝載到樣本位移平臺180上。應(yīng)注意，這樣的裝載可以手動執(zhí)行或使用現(xiàn)有的樣本裝載裝置在計(jì)算裝置100控制下自動執(zhí)行。接下來，在步驟1010，較佳地在計(jì)算裝置100控制下，將樣本位移平臺180移動到初始位置。在步驟1015，如果需要的話，手動或在計(jì)算裝置100控制下調(diào)整和/或?qū)R系統(tǒng)的各種其他光學(xué)組件以便正確聚集和對齊。在步驟1020，將照射/激光束111穩(wěn)定在預(yù)定的脈沖能量水平、脈沖持續(xù)時間和重復(fù)速率。在步驟1024，較佳地確定每個光束脈沖164是否具有足夠的能量來完全結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜175中照射的部分。如果不是這樣，則在步驟1025由光束源110在計(jì)算裝置100的控制下調(diào)整光束111的衰減，并再次執(zhí)行步驟1024來確定是否有足夠的能量來結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜中的部分。
在步驟1027，定位樣本170，使光束脈沖164照射半導(dǎo)體薄膜的第一個欄。然后，在步驟1030，使用經(jīng)掩模的強(qiáng)度圖案(如，掩模的光束脈沖164)照射這部分半導(dǎo)體薄膜。此后，半導(dǎo)體薄膜經(jīng)照射的部分結(jié)晶，并最小化其中的邊緣區(qū)域，以便將TFT設(shè)備的至少活躍區(qū)域放置在這樣的邊緣區(qū)域之外。在步驟1035，確定光束脈沖對當(dāng)前概念欄的照射是否已完成。如果否，則在步驟1045，繼續(xù)用下一個光束脈沖164照射樣本。然而，如果在步驟1035，確定了對當(dāng)前概念欄的照射和結(jié)晶已完成，則在步驟1045確定是否有樣本170的其他概念欄要處理。如果有，則處理進(jìn)入步驟1050，其中平移樣本170，使得光束脈沖164指向要根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行處理的下一個概念欄。否則，在步驟1055，對樣本170的例子處理已完成，可以關(guān)閉圖1A所示系統(tǒng)的硬件組件和光束111，然后處理終止。
圖10為流程圖，展示至少部分地在圖1A的計(jì)算裝置使用本發(fā)明的圖4A-4F和6A-6D中的方法控制下的第二個例子處理流程，其中較佳地掩模光束111。此例子流程中的步驟1100-1120本質(zhì)上和圖9的流程中的步驟1000-1020相同，并因此不在此做進(jìn)一步描述。然而，在步驟1024確定每個光束111是否具有足夠的能量來照射半導(dǎo)體薄膜175的至少部分，使得經(jīng)照射的部分結(jié)晶。如果否，則在步驟1125，調(diào)整光束脈沖的衰減，然后再次校驗(yàn)?zāi)芰孔⒘?。在校?yàn)光束脈沖的能量注量之后，移動樣本來照射樣本170的第一個欄。
然后，在步驟1130，讓結(jié)果光束149通過掩模159來確定該光束脈沖的形狀，并確定結(jié)果脈沖的邊緣部分的形狀。然后，在步驟1135，沿著當(dāng)前欄連續(xù)地平移樣本170。在步驟1140，在平移樣本170期間，照射并至少部分熔化半導(dǎo)體薄膜175的部分，如，使用經(jīng)掩模的強(qiáng)度圖案光束脈沖使得經(jīng)照射的部分結(jié)晶。對半導(dǎo)體薄膜175的部分進(jìn)行的照射可以在光束脈沖164達(dá)到樣本170上的特定位置執(zhí)行，這樣的位置由計(jì)算裝置100預(yù)先確定并存儲在其存儲設(shè)備中。因此，光束源110可以在樣本相對于光束脈沖164到達(dá)這些位置時進(jìn)行發(fā)射。其后，允許半導(dǎo)體薄膜175中經(jīng)照射的部分固化和結(jié)晶，使得固化的部分中的特定區(qū)域已成核，并在其中包括了均勻的材料，以便允許TFT設(shè)備的至少部分活躍區(qū)域之間的距離大于這樣的經(jīng)照射的區(qū)域的邊緣區(qū)域。繼續(xù)這樣的處理，直到達(dá)到半導(dǎo)體薄膜175上當(dāng)前概念欄的末端(如樣本170的邊緣)。在步驟1145，確定是否有樣本170的其他概念欄要處理。如果有，則處理進(jìn)入步驟1150，在其中平移樣本，使得光束脈沖164指向下一個要根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行處理的概念欄。否則，執(zhí)行步驟1155，它本質(zhì)上與圖9的步驟1055相同。
上述說明僅展示本發(fā)明的原理。對熟悉技術(shù)的人來說，閱讀上文之后明顯可以對上述實(shí)施形態(tài)做出各種修改和更改。例如，雖然上述實(shí)施形態(tài)是關(guān)于半導(dǎo)體薄膜的至少部分照射和結(jié)晶進(jìn)行說明的，可以將其應(yīng)用到其他材料處理方法，如，微電機(jī)、光燒蝕和顯微結(jié)構(gòu)方法，包括那些在編號為PCT/US01/12799的國際專利申請和編號為09/390,535、09/390,537和09/526,585的美國專利申請中描述的方法，將它們的內(nèi)容完整包括在此作為參考。也可以將上述參考專利申請中描述的各種掩模圖案和強(qiáng)度光束圖案用于本發(fā)明的處理和系統(tǒng)。因此應(yīng)理解，熟悉技術(shù)的人能夠設(shè)計(jì)大量系統(tǒng)和方法，它們雖然沒有在此明確展示或描述，但它們實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的原理，并因此它們也包括在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種處理薄膜樣本的方法，其特征在于，所述方法包括步驟(a)控制光束發(fā)生器發(fā)射至少一個光束脈沖；(b)用所述至少一個光束脈沖產(chǎn)生至少一個掩模的光束脈沖，使用所述至少一個掩模的光束脈沖來照射所述薄膜樣本的至少一部分；及(c)用所述至少一個掩模的光束脈沖，以足夠使所述至少一部分結(jié)晶的強(qiáng)度照射所述薄膜樣本的所述至少一部分；及(d)允許所述薄膜樣本的所述至少一部分結(jié)晶，所述結(jié)晶的至少一部分由第一個區(qū)域和第二個區(qū)域組成，其中，在結(jié)晶后，所述第一個區(qū)域包括第一組晶粒，所述第二個區(qū)域包括第二組晶粒，所述第一組晶粒的至少一個特性不同于所述第二組晶粒的至少一個特性；其中所述第一個區(qū)域包圍所述第二個區(qū)域，且配置為在距其一定距離處提供電子設(shè)備的活躍區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述掩模的光束脈沖具有可以貫穿其厚度完全熔化所述薄膜樣本的所述至少一部分的強(qiáng)度。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述掩模的光束脈沖具有可以部分熔化所述薄膜樣本的所述至少一部分的強(qiáng)度。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述TFT的活躍區(qū)域位于所述第二個區(qū)域中。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二個區(qū)域?qū)?yīng)于至少一個象素。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二個區(qū)域具有用于在其上提供所述電子設(shè)備的所有部分的截面。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，提供第一個區(qū)域相對于第二個區(qū)域的大小和位置，使得第一個區(qū)域?qū)FT的性能沒有影響或其影響可忽略。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括步驟(e)在步驟(d)之后，確定所述第一個區(qū)域的位置，以避免將所述TFT的活躍區(qū)域放置在其上。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個光束脈沖包括多個子束，且由所述子束照射所述第一個和第二個區(qū)域。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜樣本是硅薄膜樣本。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜樣本由硅、鍺中的至少一種組成。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜樣本的厚度大約在在100到10,000之間。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一個區(qū)域中提供的所述第一組晶粒是橫向生長的晶粒。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一個區(qū)域中的所述橫向生長的晶粒是等軸晶粒。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電子設(shè)備是薄膜晶體管(TFT)。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜樣本是半導(dǎo)體薄膜樣本。
17.一種處理薄膜樣本的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括處理裝置，所述處理裝置配置為(a)控制光束發(fā)生器發(fā)射至少一個光束脈沖；(b)用所述至少一個光束脈沖產(chǎn)生至少一個掩模的光束脈沖，使用所述至少一個掩模的光束脈沖來照射所述薄膜樣本的至少一部分；(c)用所述至少一個掩模的光束脈沖，以足夠使所述至少一部分結(jié)晶的強(qiáng)度照射所述薄膜樣本的所述至少一部分；其中允許所述薄膜樣本的所述至少一部分結(jié)晶，所述結(jié)晶的至少一部分由第一個區(qū)域和第二個區(qū)域組成，其中，在結(jié)晶后，所述第一個區(qū)域包括第一組晶粒，所述第二個區(qū)域包括第二組晶粒，所述第一組晶粒的至少一個特性不同于所述第二組晶粒的至少一個特性；及其中所述第一個區(qū)域包圍所述第二個區(qū)域，且配置為在距其一定距離處提供電子設(shè)備的活躍區(qū)域。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述掩模的光束脈沖具有可以貫穿其厚度完全熔化所述薄膜樣本的所述至少一部分的強(qiáng)度。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述掩模的光束脈沖具有可以部分熔化所述薄膜樣本的所述至少一部分的強(qiáng)度。
20.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述TFT的活躍區(qū)域位于所述第二個區(qū)域中。
21.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二個區(qū)域?qū)?yīng)于至少一個象素。
22.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二個區(qū)域具有用于在其上提供所述電子設(shè)備的所有部分的截面。
23.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，提供第一個區(qū)域相對于第二個區(qū)域的大小和位置，使得第一個區(qū)域?qū)FT的性能沒有影響或其影響可忽略。
24.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理裝置進(jìn)一步配置為在處理(d)之后，確定所述第一個區(qū)域的位置，以避免將所述TFT的活躍區(qū)域放置在其上。
25.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個光束脈沖包括多個子束，且由所述子束照射所述第一個和第二個區(qū)域。
26.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述薄膜樣本是硅薄膜樣本。
27.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述薄膜樣本由硅、鍺中的至少一種組成。
28.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述薄膜樣本的厚度大約在在100到10,000之間。
29.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述第一個區(qū)域中提供的所述第一組晶粒是橫向生長的晶粒。
30.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一個區(qū)域中的所述橫向生長的晶粒是等軸晶粒。
31.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電子設(shè)備是薄膜晶體管(TFT)。
32.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述薄膜樣本是半導(dǎo)體薄膜樣本。
33.一種薄膜樣本，其特征在于，所述薄膜樣本包括用配置為照射所述樣本的所述至少一個部分的至少一個掩模的光束脈沖照射所述薄膜樣本的至少一個部分，以使其結(jié)晶；其中所述薄膜樣本的所述至少一個部分在結(jié)晶后包括第一個區(qū)域和第二個區(qū)域；其中在結(jié)晶后，所述第一個區(qū)域包括第一組晶粒，所述第二個區(qū)域包括第二組晶粒，所述第一組晶粒的至少一個特性不同于所述第二組晶粒的至少一個特性；及其中所述第一個區(qū)域包圍所述第二個區(qū)域，且配置為在距其一定距離處提供電子設(shè)備的活躍區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明提供處理薄膜樣本(170)的處理和系統(tǒng)。更特別地，可以控制光束發(fā)生器(110)發(fā)射至少一個光束脈沖(111)。然后掩模所述光束脈沖(111)來產(chǎn)生至少一個經(jīng)掩模的光束脈沖(164)，再用它來照射薄膜樣本(170)的至少一個部分(510)。用至少一個經(jīng)掩模的光束脈沖(164)以足夠使這樣的部分(510)結(jié)晶的強(qiáng)度照射薄膜樣本(170)的部分(510)。允許薄膜樣本(170)的此部分(510)結(jié)晶，它在結(jié)晶后由第一個區(qū)域(518)和第二個區(qū)域(515)組成。在結(jié)晶后，第一個區(qū)域(518)包括第一組晶粒，第二個區(qū)域(515)包括第二組晶粒，第一組晶粒的至少一個特性不同于第二組晶粒的至少一個特性。第一個區(qū)域(518)包圍第二個區(qū)域(515)，并配置為允許在與其間隔一段距離處提供薄膜晶體管(TFT)(610)的活躍區(qū)域(618)。
文檔編號H01L29/786GK1685474SQ03822483
公開日2005年10月19日 申請日期2003年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月19日
發(fā)明者J·S·艾姆 申請人:紐約市哥倫比亞大學(xué)托管會