专利名称：高生产率的薄膜结晶过程的制作方法
高生产率的薄膜结晶过程 交叉参考相关申请 SLS是脉冲激光结晶过程的处理过程，它能在衬底上产生 有大的和均匀晶粒的高质量多晶膜，这些衬底包括不耐热的衬底，诸 如玻璃和塑料。示例性的SLS处理过程和系统，在共同拥有的美国专 利U.S. Patent Nos.6，322，625、 6,368,945、 6，555，449、和6,573,531中 说明，这里引用这些专利的全部内容，供参考。在线光束SLS中，高的长宽比光束的长度，最好至少约 单个显示器的大小，例如，液晶或OLED显示器、或其大批，或者最 好约为生产多个显示器的衬底大小。这是有好处的，因为它降低或消 除膜被辐照区之间任何边界的出现。当需要在膜上多次扫描时，可能 引起的任何缀合现象， 一般在给定的液晶或OLED显示器内，将是看 不见的。光束长度可以适合用于蜂窝电话显示器的衬底，如用于蜂窝 电话的 2英寸对角线，并直到用于膝上型电脑的10-16英寸对角线 (有2:3、 3:4长宽比或其他常用的比值)。 —种替代的辐照约定，本文称之为"均勻晶粒顺序横向凝 固"或"均匀SLS"，可以用于制备均匀的结晶膜，该均匀结晶膜以横 向伸长的晶体的重复列为特征。该结晶过程约定，涉及以大于横向生 长长度的量，例如S>LGL，但小于横向生长长度的两倍，如5<2 LGL把膜推进，这里S是脉冲之间的平移距离。均匀晶体的生长参 照图7A-7D说明。这样，在均匀的SLS中，以少数量的脉冲，如两个脉冲 辐照膜并使之熔融，该两个脉冲的横向重叠一个比"定向"膜更大的受 限制的范围。熔融区内形成的晶体，最好横向生长并有类似取向，然 后在膜的特定辐照区内的边界上彼此相遇。最好选择辐照图形的宽 度，以使晶体在无成核作用条件下生长。在这样例子中，晶粒不显著 伸长；但是，它们有均匀尺寸和取向。更多的细节，见美国专利U.S. Patent No. 6,573,531，这里全文引用该专利内容，供参考。继续这些步骤，使定义区920和921的剩余部分结晶， 如图9E所示。虽然画出的只是两个定义区，但不用说，跨越膜910 表面的多个区能够按此方式结晶。其他的实施例包括在下面的权利要求书中。
权利要求
1. 一种处理膜的方法，该方法包括(a)定义要在膜内结晶的多个分隔的区，所述膜置于衬底上并能用激光熔融；(b)产生一系列激光脉冲，具有流量，足以使被辐照区中的膜在其整个厚度中熔融，每一脉冲形成有长度和宽度的线光束；(c)在第一次扫描中，以一系列激光脉冲按选择的速度连续地扫描该膜，使每一脉冲辐照并熔融对应的分隔区的第一部分，其中该第一部分冷却后，形成一个或多个横向生长的晶体；和(d)在第二次扫描中，以一系列激光脉冲按选择的速度连续地扫描该膜，使每一脉冲辐照并熔融对应的分隔区的第二部分，其中，在每一分隔区中，该第一和第二部分部分地重叠，且其中该第二部分冷却后，形成一个或多个横向生长的晶体，这些晶体相对于第一部分的一个或多个横向生长的晶体伸延。
2. 按照权利要求1的方法，还包括使扫描方向在第一次扫描和 第二次扫描之间反向。
3. 按照权利要求1的方法，还包括连续地多次相对于激光脉冲 系列扫描该膜并且每一扫描辐照部分地重叠于先前已辐照部分的那 个区的每一分隔区的一部分。
4. 按照权利要求3的方法，还包括使扫描方向在每一扫描之间反向。
5. 按照权利要求l的方法，还包括在至少一个分隔区中，制作 至少一个薄膜晶体管。
6. 按照权利要求l的方法，还包括在多个分隔区中，制作多个 薄膜晶体管。
7. 按照权利要求l的方法，其中，多个分隔区的定义包括对 每一分隔区，定义至少如同较后要在该区中制作的装置一样大的宽 度。
8. 按照权利要求l的方法，其中，多个分隔区的定义包括对 每一分隔区，定义至少如同较后要在该区中制作的薄膜晶体管宽度一 样大的宽度。
9. 按照权利要求1的方法，包括使每一分隔区的第一和第二部 分，以一定量重叠，该重叠量小于该第一部分的一个或多个横向生长 晶体的横向生长长度。
10. 按照权利要求l的方法，包括使每一分隔区的第一和第二部 分，以一定量重叠，该重叠量不大于该第一部分的一个或多个横向生 长晶体的横向生长长度的90%。
11. 按照权利要求l的方法，包括使每一分隔区的第一和第二部 分，以一定量重叠，该重叠量大于该第一部分的一个或多个横向生长 晶体的横向生长长度，但小于该横向生长长度的约两倍。
12. 按照权利要求l的方法，包括使每一分隔区的第一和第二部 分，以一定量重叠，该重叠量大于该第一部分的一个或多个横向生长 晶体的横向生长长度的110%，但小于该横向生长长度的约1卯％。
13. 按照权利要求l的方法，包括使每一分隔区的第一和第二部 分，以一定量重叠，该重叠量的选择，是要向该分隔区提供一組预定 的结晶性质。
14. 按照权利要求13的方法，其中该组预定结晶性质，适合用 于像素TFT的通道区。
15. 按照权利要求1的方法，其中的分隔区是被无定形膜分开的。
16. 按照权利要求l的方法，其中的分隔区是被多晶膜分开的。
17. 按照权利要求l的方法，其中线光束具有的长度对宽度的长 宽比，至少为50。
18. 按照权利要求l的方法，其中线光束具有的长度对宽度的长 宽比，可高达2xl05。
19. 按照权利要求l的方法，其中线光束的长度，至少有衬底长 度的一半那样长。
20. 按照权利要求l的方法，其中线光束的长度，至少有衬底长度一样长。
21. 按照权利要求l的方法，其中线光束的长度，在约10cm到 100 cm之间。
22. 按照权利要求l的方法，包括用掩模、狭缝、和直边之一， 使脉沖系列的每一脉冲整形为线光束。
23. 按照权利要求l的方法，包括用聚焦光学装置，使脉冲系列 的每一脉冲整形为线光束。
24. 按照权利要求1的方法，其中线光束的流量沿它长度的变化， 约小于5%。
25. 按照权利要求l的方法，其中的膜包括硅。
26. —种处理膜的方法，该方法包括(a) 定义要在膜内结晶的至少第一和第二区；(b) 产生一系列激光脉冲，这些激光脉冲具有的流量，足以使 被辐照区中的膜在其整个厚度中熔融，每一脉沖形成具有长度和宽度 的线光束；(c )以该系列脉冲的第一激光脉冲辐照并熔融该第一区的第一 部分，所述第一区的第一部分冷却后，形成一个或多个横向生长的晶体；(d) 以该系列脉沖的第二激光脉冲辐照并熔融该第二区的第一 部分，所述第二区的第一部分冷却后，形成一个或多个横向生长的晶 体；(e) 以该系列脉沖的第三激光脉冲，辐照并熔融该多个区的第 二区的第二部分，所述第二区的第二部分与第二区的第一部分重叠， 并在冷却后，形成一个或多个横向生长的晶体；和(f) 以该系列脉冲的第四激光脉冲，辐照并熔融该多个区的第 一区的第二部分，所述笫一区的第二部分与第一区的第一部分重叠， 并在冷却后，形成一个或多个横向生长的晶体。
27. 按照权利要求26的方法，其中第一定义区的第二部分中的 一个或多个横向生长的晶体，是第一定义区的第一部分中的一个或多个横向生长晶体的伸长。
28. 按照权利要求26的方法，还包括至少在第一和第二区之一 中，制作至少一个薄膜晶体管。
29. 按照权利要求26的方法，还包括对第一和第二区的每一区， 定义至少如同较后要在该区中制作的装置一样大的宽度。
30. 按照权利要求26的方法，还包括对第一和第二区的每一区， 定义至少如同较后要在该区中制作的薄膜晶体管宽度一样大的宽度。
31. 按照权利要求26的方法，包括使第一和第二区的每一区的 第一和第二部分，以一定量重叠，该重叠量小于该第一部分的一个或多个晶体的横向生长长度。
32. 按照权利要求26的方法，包括使第一和第二区的每一区的 第一和第二部分，以一定量重叠，该重叠量不大于该第一部分的一个 或多个晶体的横向生长长度的90%。
33. 按照权利要求26的方法，包括使第一和第二区的每一区的 第一和第二部分，以一定量重叠，该重叠量大于该第一部分的一个或 多个晶体的横向生长长度，但小于该横向生长长度的约两倍。
34. 按照权利要求26的方法，包括使第一和第二区的每一区的 第一和第二部分，以一定量重叠，该重叠量大于该第一部分的一个或 多个晶体的横向生长长度的约110%,但小于该横向生长长度的约 190%。
35. 按照权利要求26的方法，包括使第一和第二区的每一区的 第一和第二部分，以一定量重叠，该重叠量的选择，是要向第一和第 二区的每一区提供一组预定的结晶性质。
36. 按照权利要求35的方法，其中该组预定结晶性质，适合用 于像素TFT的通道区。
37. 按照权利要求26的方法，包括按顺序执行步骤(a) - (f)。
38. 按照权利要求26的方法，其中的第一和第二区是被非结晶 膜分开的。
39. 按照权利要求26的方法，其中的第一和第二区是被多晶膜分开的。
40. 按照权利要求26的方法，还包括使膜相对于线光束移动。
41. 按照权利要求26的方法，还包括沿相对于线光束的一个方 向扫描该膜，同时辐照第一和第二区的该第一部分，又沿相对于线光 束的相反方向扫描该膜，同时辐照第一和第二区的该第二部分。
42. 按照权利要求26的方法，其中线光束具有的长度对宽度的 长宽比，至少为50。
43. 按照权利要求26的方法，其中线光束具有的长度对宽度的 长宽比，可高达2xl05。
44. 按照权利要求26的方法，其中线光束的长度，至少有衬底 长度一半那样长。
45. 按照权利要求26的方法，其中线光束的长度，至少有衬底长度一样长。
46. 按照权利要求26的方法，其中线光束的长度，在约10 cm 到100 cm之间。
47. 按照权利要求26的方法，包括用掩模、狭缝、和直边之一， 使脉冲系列的每一脉冲整形为线光束。
48. 按照权利要求26的方法，包括用聚焦光学装置，使脉冲系 列的每一脉冲整形为线光束。
49. 按照权利要求26的方法，其中线光束具有的流量沿它长度 的变化，约小于5%。
50. 按照权利要求26的方法，其中的膜包括硅。
51. —种处理膜的系统，该系统包括 提供一 系列激光脉冲的激光源；激光光学装置，它使激光束整形为线光束，该线光束具有的流量， 足以使被辐照区中的膜在其整个厚度中熔融，该线光束还具有长度和宽度；支承该膜并至少能沿一个方向平移的台； 用于储存一組指令的储存器，这些指令包括(a) 定义要在膜内结晶的多个分隔的区；(b) 笫一次按选择的速度相对于激光脉冲系列连续平移台上的 膜，该选择的速度使每一脉冲辐照并熔融对应分隔区的第一部分，其 中该第一部分冷却后，形成一个或多个横向生长的晶体；和(c) 第二次按选择的速度相对于激光脉冲系列连续平移台上的 膜，该选择的速度使每一脉冲辐照并熔融对应分隔区的第二部分，其 中每一分隔区中的第一和第二部分部分地重叠，且其中该第二部分冷 却后，形成一个或多个横向生长的晶体。
52. 按照权利要求51的系统，其中该储存器还包括使扫描方向 在第一和第二次扫描之间反向的指令。
53. 按照权利要求51的系统，其中该储存器还包括指令，使台 多次连续地相对于激光脉冲系列平移、并且每一扫描辐照部分地重叠 于先前已辐照部分的那个区的每一分隔区的一部分。
54. 按照权利要求53的系统，其中该储存器还包括使扫描方向 在每次扫描之间反向的指令。
55. 按照权利要求51的系统，其中该储存器还包括用于定义的 指令，该指令对每一分隔区，定义至少如同较后要在该区中制作的装 置一样大的宽度。
56. 按照权利要求51的系统，其中该储存器还包括指令，用于 对每一分隔区，定义至少如同较后要在该区中制作的薄膜晶体管的宽 度一样大的宽度。
57. 按照权利要求51的系统，其中该储存器还包括指令，使每 一分隔区的第一和第二部分以一定量重叠，该重叠量小于该第一部分 的一个或多个横向生长晶体的横向生长长度。
58. 按照权利要求51的系统，其中该储存器还包括使每一分隔 区的第一和第二部分以一定量重叠的指令，该重叠量不大于该第一部 分的一个或多个横向生长晶体的横向生长长度的90%。
59. 按照权利要求51的系统，其中该储存器还包括使每一分隔 区的第一和第二部分以一定量重叠的指令，该重叠量大于该第一部分的一个或多个横向生长晶体的横向生长长度，但小于该横向生长长度 的约两倍。
60. 按照权利要求51的系统，其中该储存器还包括使每一分隔 区的第一和第二部分以一定量重叠的指令，该重叠量大于该第一部分 的一个或多个横向生长晶体的横向生长长度的110%,但小于该横向 生长长度的约190%。
61. 按照权利要求51的系统，其中该储存器还包括使每一分隔 区的第一和第二部分以一定量重叠的指令，该重叠量的选择，是要向 该分隔区提供一组预定的结晶性质。
62. 按照权利要求61的系统，其中该組预定结晶性质，适合用 于像素TFT的通道区。
63. 按照权利要求51的系统，其中该激光光学装置，使线光束 整形为具有至少50的长度对宽度的长宽比。
64. 按照权利要求51的系统，其中该激光光学装置，使线光束 整形为具有高达2xl()S的长度对宽度的长宽比。
65. 按照权利要求51的系统，其中该激光光学装置，使线光束 整形为至少如同该膜的长度一半那样长。
66. 按照权利要求51的系统，其中该激光光学装置，使线光束 整形为至少如同该膜的长度一样长。
67. 按照权利要求51的系统，其中该激光光学装置，使线光束 整形为具有在约10 cm到100 cm之间的长度。
68. 按照权利要求51的系统，其中该激光光学装置，至少包括 掩模、狭缝、和直边之一。
69. 按照权利要求51的系统，其中该激光光学装置，包括聚焦 光学装置。
70. 按照权利要求51的系统，其中该激光光学装置，使线光束 整形为具有的流量沿它长度的变化约小于5%。
71. 按照权利要求51的系统，其中该膜包括硅。
72. —种薄膜，包括结晶膜的列，被定位并定尺寸，为的是能够较后在所述结晶膜列中制作TFT的行和列，且这些结晶膜的列有适合用作TFT通道区的 一组预定结晶质量；和在所述结晶膜的列之间的不处理的膜的列。
73. 按照权利要求72的薄膜，其中不处理的膜的列，包括无定形膜。
74. 按照权利要求72的薄膜，其中不处理的膜的列，包括多晶膜。
全文摘要
在一方面，一种处理薄膜的方法包括定义要在膜内结晶的多个分隔的区，该膜置于衬底上并能用激光熔融；产生一系列激光脉冲，这些激光脉冲的流量，足以使被辐照区的膜在其整个厚度中熔融，每一脉冲形成有长度和宽度的线光束；在第一次扫描中，以一系列激光脉冲按选择的速度连续地扫描该膜，使每一脉冲辐照并熔融对应的分隔区的第一部分，其中该第一部分冷却后，形成一个或多个横向生长的晶体；以及在第二次扫描中，以一系列激光脉冲按选择的速度连续地扫描该膜，使每一脉冲辐照并熔融对应的分隔区的第二部分，其中，在每一分隔区中，该第一和第二部分部分地重叠，且其中该第二部分冷却后，形成一个或多个横向生长的晶体，这些晶体相对于第一部分的一个或多个横向生长的晶体伸延。
文档编号H01L21/20GK101288155SQ200680038087
公开日2008年10月15日 申请日期2006年8月16日 优先权日2005年8月16日
发明者J·S·艾姆 申请人:纽约市哥伦比亚大学事事会