改变半导体层结构的方法

专利名称：改变半导体层结构的方法
tt半"H^层结构的方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求i的前序部分所述的改变半导体层结构的方 法，尤其是非晶形硅层的结晶或再结晶的方法。
从US2004/0232126A1已知一种开头所述类型的方法。^il种方法中，玻 璃基片上硅层的再结晶用二极管激光器的光进行。其中，以线形的强度分布在 将要耳结晶的^上垂直于线方向扫描。在扫描方向或垂直于线的延伸的方向 上，强度分布具有一个狭窄的a构化的强度分布图，就像例如高斯分布图那 样。
作为这#-种方法的缺点， 一方面由于只是用线形强座A布的强度峰m 3^^g:的片l炎，再结晶的结果^L有缺陷的。另一方面，由于强JL^^布的高峰值 强度在基片中可能产生裂紋。
本发明要解决的技术问^_提#-种开头所述类型的方法，该方法^^有 效的。
i^tit一种开头所ii类型的方法用WJ^^求1的特4i部^^斤述的^MM^征
来实现。^i^u，J要求涉;M^发明的M实施方式。
才N^5U，J要求1,强^^布图在垂直于线的延伸的方向Jlii具有至少一个
扩展范围，该扩展范围比强度>>^^垂直于线的延伸方向上^口扩展，其中其 强度小于强度峰值的强度并大于零。通过其强度比强度峰值小的扩展范围，可
以实SM^g:和位于其下的基片的预热，从而能够卩Jjh基片中的^:形成。jl^卜，
例如可以通iiiJ睹强度峰^面的第二个扩展范围，对用强度峰做理的絲
片断ii行后续热处理。由此，再结晶的结果可以明显得到改善。
用本发明所^法可以在玻璃J^t非晶形硅的薄层进^^。工，这种薄层可 以在制it^层太阳能电池和平面显示屏时使用。
本发明的其它特^^优点借助下面参照附图对优选实施例的描述而^^口清图l用本^发明所i^r法改变结构的半"^^层的示意性顶-f见图，该半"^^层 iM在基片上，其中表明了'^^线的线形强JL^布；
图2按照

图1位于基片上的半"H^层的示奮性,抖见图3 —个在按照本发明的方法中应用的、垂直于a的线形强;t^布的线 延伸的方向上的强;t^布图(强度以任意"^fi^目对于扫描方向上的扩展)；
图4按照图3的强JL^布图的示奮!"生4见图(强度以任意"W目对于扫描方 向上的扩展)；
图5在按照本发明的方法中所应用的强^^布图中另一个实施方式的示
奮跟见图(强度以任意^H^目对于扫描方向上的扩展)；
图6在按照本发明的方法中所应用的强JL^布图中另一个实施方式的示
奮性视图(强度以任意#^目对于扫描方向上的扩展)；
图7用于实施本发明所述方法的^器装置的透视视图； 图8按照图3的透镜阵列和强^^布图的示奮船见图。 为了更容易看清楚，在几个图中标上了笛卡儿坐标系统。
图1和图2示出了基片1，在该基片上iM石M:2。基片1例如可以作为玻 璃基片构造。用至少包括半"!^^^器14和用于射线整形的樣汰学元件15的 、^t器装置13在z方向上将^yt线的线形强^^布3施加到非晶形的硅层2 上(对jtb^见图l、图2和图7)。 ^t器装置13以CW工作方式工作。其中， 线形强座分布3的g y方向Ji5^伸。线形强JL^布3徊目当于x方向的扫描 方向上4垂直于线的延伸^^圭层2 Ji^多动或扫描。^il种情况下，扫4^M:可 以在1 m/min和20 m/min之间。
线形强度J^布3在扫描方向4或奢沈x方向上具有相对较小的H B，该 t变比线形强^t^布3在线的纵向方向上的长度L小很多倍。例如线形强;^ 布3的"j^ L可以大于500 mm ，而ML B可以在0.1 mm与10.0 mm之间。
按照图3，线形强;t^布3在扫描方向4或奢说x方向上具有例如强;^ 布图5。这个强;t^布图5具有三个主要的范围，即在图3中从右向左的第一 个扩展范围6、强度峰值7 (强>1^峰)和第二个扩l范围8。第一个扩展范围 6的右#第二个扩展范围8的左iiii分别与一个上升的或下降的边沿9， 10
5相接，这两个边沿在下面的说明中不予考虑。
强度在扩^V范围6和8上大体上是恒定的。图4示奮性示出的是强^^布
图5的比例。其中，对应于强)t^布图5的左侧和右侧的是强度0。第一个扩 ^v范围6具有强度L,第二个扩l范围8具有强度l8，强度峰值7具有强度17，
其中l7〉Is〉16。其中I7例力0^过I3或L的两倍。特别是在扩^y范围6和8内的
功率密>1可以在100 W/cm2与100 kW/cn^之间，而强度峰值7范围内的功率密 度则可以在1 kW/cm2与1 MW/cm2之间。
ith^卜，如图所示，第一个和第二个扩展范围6, 8的ttB6和Bs分别明显 地大于强度峰值7的狄B7。因此，在考虑到扫描狄的情况下，以扩^y范围 6， 8的适中强度l6， Is照射的每个絲片段比用强度躲7的高强度l7照射的 石J^片段明显更长。例如，强度峰值7的狄B7可以是小于0.1 mm(FW 1/e2), 而第一个和第二个扩^y范围6, 8的ttB6和Bg可以在0.1 mm与10.0 mm之 间.
在强度峰值7 M大量能量^^来的转变或再结晶可以完威之前，强M 布图5的第一个扩^y范围6预热石i^ 2的^#变的片 ^基片。强度峰值7在 时间上用作为转变过程的^会点。
M过强度峰值7引ii^值能量之后，强麽A布图5的第二个扩Jb范围8 继续^iH一个适中的負&量给要转变的石M:2的片段。这个适中的能量输入支持 硅层2中结晶增^^^珪层2和基片1的^HP。由此可以斷^艮2和基片 1中的枳^Ml力。
在按照图5和图6的强;t^^布图中，相同或功肯M目同的单;^吏用如图4中 一才羊的附图才射己。
图5示出了一个"沙发形，，强度分布图11，在该强^^布图中只在强度峰值 7的右边iM第一个扩^v范围6，而在强度顿7的左必殳有第二个扩^>范围。 这#^种强>^^布图11虽然在转变之前ii^预热，但是在开始转^没有后续 力口热。
图6示出了一个'沙发形"强yl^布图12,在该强虞A布图中只在强;14"值 7的左边"iU第二个扩^v范围8，而在强度峰值7的右必殳有第一个扩^v范围。 这才f-"种强yt^布图12虽然在开始转^it^再升温，但是在转变前没有预 热。按照图7的半# ^器14可以设计为激^^L管才奉或作为带有多个单个 发射极的 ^1管棒的堆，它们共同提供所需要的功率和为应用所必需的辐 射#1^物。
用于射线整形的微光学元件15包括在y方向上借助柱面透镜阵列的所有发 :l^及的叠加和均匀化。在x方向上应用柱面透镜阵列，它们的表面由多段光学 元件构成，这些光学元件例如使按照图3的强^^布图5成为可能。在图8中 描绘了这类柱面透镜阵列的三个并##列的柱面透镜16， 17， 18。在这种情况 下，柱面透镜阵列可以包^i^多于三个的柱面透镜。在中间的柱面透镜17中， 示出了三个区域17a, 17b， 17c。其中，区域17a对应形成第一个扩^y范围6， 区域17b对应形成强度"^值7,区域17c对应形成第二个扩展范围8。逸在图8 中通顺錄示。
分别4N^表面曲率和区域t复的选择，可以将不同多的光引导到不同的空 间方向。在用傅立叶光学元件的組合中，则可以将区域17a， 17b， 17c的it^" 同与其它柱面透镜16， 18 (或没有示出的柱面透镜)的区域的光"^^聚焦到不 同强度的^ftt变的焦点(Foki)上。
'絲器装置13的賴带有线性传动的x-y-z坐标工作台线'^^^#上扫 描。其中，对M器功率、行M率、试样预处理等工艺参lt进行调节，以达 到所期望的效果(在破璃基片上很薄的非晶形Si涂层的再结晶)。
4^璃基片上局部将，Ji^到的裂紋形成(硼>^3^璃，不"英玻璃的情况 下)，可以通过预热(在炉子中或^口热板上)JMt过基片随后的激^h理来阻
止。这种预热按照本发明在光学jiit过e4"a器模块的强^^布图的相应匹
配来实现，例如以带有l^的强;l^"^f言号的沙发分布图的形式。作为#^, 也可以利用另一个有较小强度的^&管g器才狭，该才狭优先于线'Ji^^。 例子
例如可以用下面的试片羊和;f^:实现可^!^t^:
谢羊编号层厚度鹏1结果
a-Si01100直至4.75^!贞色上可视的转变
a-Si0298.7直至4.75絲色上可视的转变
a國Si0348.1直至4.75絲色上可视的转变
a國Si0446直至4.75^!贞色上可视的转变通过本发明的方法也可以在工业生产中可靠和成本^*^制造具有更高电 子移动性的^层。其中，具有本发明所述强度分布的线形分布是^L璃上有
淑口工薄层的关键。超过500 mm线长的标度和高潮沈器功率为显#^支#光 电技术领域中现实和絲的任务提供了新的创造价值可能l"生。
拟Mt本发明的方法中，具有相应线性几何形状的高功率^4 L管'a源用
于薄层加工。^^一千瓦的等幅波功率起，这些线性^6源适用于lt孩M^i^厚 度的热加工过程。可以通iM线'I^^及管'絲器的表面扫描方法代替昂贵的大 面积加热，并为薄层更决和^J^的加热过fl^速加热阶段。
权利要求
1.用于改变半导体层的结构的方法，尤其是用于非晶形硅层(2)的结晶或再结晶的方法，包括下列方法步骤-将半导体层设置到基片(1)上，-用半导体激光器(14)的激光暂时照射半导体层，该激光在半导体层的范围内具有线形的强度分布(3)，其中，线型的强度分布(3)在垂直于线的延伸的方向(x)上在半导体层上移动，其中强度分布(3)在垂直于线的延伸方向(x)具有带有至少一个强度峰值(7)的强度分布图(5，11，12)，其特征在于，强度分布图(5，11，12)在垂直于线的延伸的方向(x)上还具有至少一个扩展范围(6，8)，该扩展范围比强度峰值(7)在垂直于线的延伸的方向(x)上更加扩展，其中该扩展范围的强度(I6，I8)小于强度峰值(7)的强度(I7)并大于零。
2. 如权利要求l的方法，^#棘于，将半"!M^层预热和/或后续加热，其中预热和/或后续加热都A^) 4^线来实现的。
3. :M5U']要求2的方法，^#棘于，'狄的强JL^布图(5， 11， 12)的至少一个扩展范围(6， 8)被形成为使得通过至少一个扩展范围(6, 8)在半^^层上的移动确保预热和/或后续加热。
4. 如权利要求1至3之一的方法，^#棘于，强;^^布图(5， 11)的至少一个扩展范围(6)在扫描方向(4)上位于强度峰值(7)之前，使#^个要 tt结构的半"f^L层的片賴:首先用强;i^布图(5， 11)的至少一个扩展范围(6)照、射，^^t用强;l"^"值(7)照、射。
5. 如W'j要求1至4之一的方法，^#棘于，强^^布图(5, 12)的至少一个扩^y范围(8)在扫描方向(4)上位于强度# (7) <^，使#^个要改变结构的半^^^层的片段首先用强度峰值(7)照射，^^着用强度^^布图(5,12)的至少一个扩展范围(8)照射。
6. 如权利要求1至5 "^—的方法，^tt征在于，强>1^布图(5)在垂直于线的j^f申的方向(x)上i31具有至少两个扩展范围(6, 8),这些扩展范围比强度峰值(7)在垂直于线的;^伸的方向(x)上^口扩展，其中这些扩展范围的强度(k， Is)小于强度峰值(7)的强度(17)并大于零。
7. ^^利要求6的方法，^#站于，强^^布图(5)的至少两个扩y^范围(6， 8)中的第一个在扫描方向(4)上位于强度峰值(7)之前，强M布图(5)的至少两个扩;l^范围(6， 8)中的第二个在扫描方向(4)上位于强度峰值(7)仏
8. 如权利要求1至7之一的方法，^#征在于，强度峰值(7)的强度(17)超过强度分布图(5， 11, 12)的至少一个扩^y范围(6, 8)的强度a， 4)的两倍，^ii^过四倍。
9. 如^U'J要求1至8之一的方法，^#棘于，强;t^布图(5, 11， 12)的至少一个扩^v范围(6, 8)具有100W/cm2与100kW/cm2之间的功率密度。
10. 如^^要求1至9之一的方法,^#征在于，强度#>1直(7)^有1 kW/cm2与1 MW/cir^之间的功率密度。
11. :iwMij要求l至10之一的方法，其特征在于，强A^布图(5, 11， 12)的至少一个扩展范围(6， 8)在扫描方向(4)上的t变(B6, B8)大于强度峰值(7)的狄(Bv)，尤其A^过强度峰值(7)的狄(By)的两倍，过四倍。
12. 如 M'j^求i至ii之一的方法，^Hr棘于，强y^^布图的至少一个扩;iit围(6， 8)在扫描方向(4)上具有0.1 mm与10.0 mm之间的狄(B6，B8)。
13. 如W'j要求1至12之一的方法，^#棘于，强度* (7)在扫描方向(4)上具有小于0.1mm的^^ (B7)。
14. ia^u'j^求i至13之^一的方法，^Hr征在于，半"H^^bt器以cw工作方式工作。
15. :M5U'j要求l至14之一的方法，其特征在于，扫描i4;l在1 m/min和20m/min之间。
全文摘要
一种改变半导体层的结构的方法，尤其是用于非晶形硅层(2)的结晶或再结晶的方法，在该方法中在将半导体层设置到基片(1)上之后，用半导体激光器(14)的激光暂时照射半导体层，该激光在半导体层的范围内具有线形的强度分布(3)，其中线形的强度分布(3)在垂直于穿过半导体层的线的延伸的方向(x)上在半导体层上移动，并且其中强度分布(3)在垂直于线的延伸的方向(x)上具有带有至少一个强度峰值(7)的强度分布图(5，11，12)和至少一个扩展范围(6，8)，该扩展范围比强度峰值(7)在垂直于线的延伸的方向(x)上更加扩展，其中其强度(I₆，I₈)小于强度峰值(7)的强度(I₇)并大于零。
文档编号H01L21/02GK101680107SQ200880013183
公开日2010年3月24日 申请日期2008年4月24日 优先权日2007年4月24日
发明者P·布鲁恩斯, 德克·豪斯奇尔德, 维塔利·利索特申克 申请人:Limo专利管理有限及两合公司