CN101288156A - 利用高频激光的薄膜均匀顺序横向固化的***和方法 - Google Patents

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Abstract

一方面，一种用于处理薄膜的方法，包括：从第一激光束脉冲中产生第一组整形的小光束，第一组整形的小光束中每个小光束具有：限定y方向的长度，限定x方向的宽度，和足以基本熔融被照射薄膜区中的薄膜贯穿其厚度的流量，并且还通过间隙在x方向上与第一组整形的小光束中的相邻小光束分隔开；利用第一组整形的小光束照射第一薄膜区以形成第一组熔融区，第一组熔融区在冷却之后沿横向结晶以形成包含晶粒的第一组结晶区，这些晶粒基本上平行于x方向，该结晶区具有的长度和宽度与每个整形的小光束的长度和宽度基本相同，并且还通过与分隔开整形的小光束的间隙基本相同的间隙与相邻结晶区分隔开；从第二激光束脉冲中产生第二组整形的小光束，第二组整形的小光束中的每个小光束的长度，宽度，流量，和间隙是与第一组整形的小光束中的每个小光束的长度，宽度，流量，和间隙基本相同；和连续地扫描该薄膜，为的是利用第二组整形的小光束照射第二薄膜区以形成第二组熔融区，第二组熔融区在x方向上是与第一组结晶区错位的，其中第二组熔融区的至少一个熔融区部分地重叠第一组结晶区中的至少一个结晶区，并在冷却之后结晶而形成所述至少一个结晶区中的晶体延长部分。

Description

利用高频激光的薄膜均匀顺序横向固化的***和方法
技术领域
[0002]本公开的主题一般涉及薄膜的激光结晶。
背景技术
[0003]在半导体处理的领域，人们已描述多种用于转换薄的非晶态硅薄膜成多晶薄膜的技术。这种技术之一是顺序横向固化(“SLS”)。SLS是脉冲激光结晶过程，它可以在基片上产生有伸长晶粒的多晶薄膜，例如，不能忍受热量的基片(例如，玻璃和塑料)，但不限于这些材料。在共同拥有的US Patent No.6,322,625，6,368,945，6,555,449，和6,573,531中描述SLS***和过程的例子，全文合并在此供参考。
[0004]SLS利用受控的激光脉冲以熔融在基片上的非晶态或多晶薄膜区。薄膜的熔融区沿横向结晶以形成定向固化的横向柱状微结构或多个位置受控的大单晶区。一般地说，熔融/结晶过程是按顺序重复在薄膜的表面上。一个或多个装置，例如，图像传感器和有源矩阵液晶显示器(“AMLCD”)装置，可以利用结晶薄膜制作。在后者的装置中，在透明的基片上制作薄膜晶体管(“TFT”)的规则阵列，而每个晶体管的作用是像素控制器。
[0005]若多晶材料用于制作有TFT的装置，则在TFT通道内载流子传输的总电阻是受势垒组合的影响，当载流子是在给定电势的影响下传输时，它必须跨越这个电势。在利用SLS处理的材料内，若载流子沿垂直于多晶材料的长晶粒轴方向传输时，与沿平行于长晶粒轴方向的传输比较，则它跨越多得多的晶粒边界，从而经受较高的电阻。因此，一般地说，在SLS处理过的多晶薄膜上制作的TFT装置的性能取决于在相对于薄膜的长晶粒轴的通道中的薄膜微结构。
发明内容
[0006]一方面，一种用于处理薄膜的方法，包括：从第一激光束脉冲中产生第一组整形的小光束，第一组整形的小光束中每个小光束具有：限定y方向的长度，限定x方向的宽度，和足以基本熔融被照射薄膜区中的薄膜贯穿其厚度的流量，以及通过间隙在x方向上与第一组整形的小光束中的相邻小光束分隔开；利用第一组整形的小光束照射第一薄膜区以形成第一组熔融区，第一组熔融区在冷却之后沿横向结晶以形成包含晶粒的第一组结晶区，这些晶粒基本上平行于x方向，并且该结晶区具有的长度和宽度与每个整形的小光束的长度和宽度基本相同，并且还通过与分隔开整形的小光束的间隙基本相同的间隙与相邻结晶区分隔开；从第二激光束脉冲中产生第二组整形的小光束，第二组整形的小光束中的每个小光束的长度，宽度，流量，和间隙是与第一组整形的小光束中的每个小光束的长度，宽度，流量，和间隙基本相同；和连续地扫描该薄膜，为的是利用第二组整形的小光束照射第二薄膜区以形成第二组熔融区，第二组熔融区在x方向上是与第一组结晶区错位的，其中第二组熔融区中的至少一个熔融区部分地重叠第一组结晶区的至少一个结晶区，并在冷却之后结晶而形成所述至少一个结晶区中的晶体延长部分。
[0007]一个或多个实施例包含一个或多个以下的特征。第二组熔融区中的该至少一个熔融区部分地重叠第一组结晶区中的两个相邻结晶区，并在冷却之后结晶而形成所述两个相邻结晶区中的晶体延长部分。在第二组熔融区中的所述至少一个熔融区与第一组结晶区中的所述两个相邻结晶区之间的重叠区形成束缚基本均匀晶体微结构的连接区，该微结构有基本平行于x方向的晶粒。整形第一组和第二组整形的小光束中的每个小光束，使其至少包含一个锥形端。该锥形端包含梯形。该锥形端包含三角形。整形第一组和第二组整形的小光束中的每个小光束，使其宽长比是在1∶5与1∶5000之间。整形第一组和第二组整形的小光束中的每个小光束，使其宽度是在4μm与10μm之间。间隙的尺寸小于小光束的宽度。第一组和第二组整形的小光束的间隙宽度约等于或小于第一组和第二组整形的小光束中的小光束宽度的约1/2。第二组熔融区中的该至少一个熔融区与第一组结晶区中的所述至少一个结晶区重叠距离大于横向生长长度，而小于所述至少一个结晶区中的一个或多个晶体的横向生长长度的两倍。第二组熔融区中的该至少一个熔融区与第一组结晶区中的所述至少一个结晶区重叠的距离小于所述至少一个结晶区中的一个或多个晶体的横向生长长度的约90％，而大于该横向生长长度的约10％。第二组熔融区中的该至少一个熔融区与第一组结晶区中的所述至少一个结晶区的重叠所述至少一个结晶区中的一个或多个晶体的横向生长长度的约50％。第二组熔融区中的该至少一个熔融区重叠第一组结晶区中的所述至少一个结晶区的一个量，选取该量以给至少该重叠区提供一组预定的晶体性质。该组预定的晶体性质适合于像素TFT的通道区。利用两个或更少的脉冲照射薄膜的任何给定的被照射区。该间隙包含非结晶的薄膜。提供计算机控制协调步骤(a)，(b)，(c)，和(d)。产生所述第一组和第二组整形的小光束包括：传输所述第一激光脉冲和第二激光脉冲通过掩模。该掩模包括可以传输第一激光脉冲和第二激光脉冲的单行狭缝。产生频率约大于1kHz的所述第一激光脉冲和第二激光脉冲。产生频率约大于6kHz的所述第一激光脉冲和第二激光脉冲。该薄膜包括硅。从第三激光束脉冲中产生第三组整形的小光束，第三组整形的小光束中的每个小光束的长度，宽度，流量，和间隔是与第一组和第二组小光束中的每个小光束的长度，宽度，流量，和间隔基本相同；和连续地扫描该薄膜，为的是利用第三组整形的小光束照射第三薄膜区以形成第三组熔融区，第三组熔融区在x方向上与第一组和第二组结晶区是错位的，其中第三组熔融区中的至少一个熔融区部分地重叠第二组结晶区中的至少一个结晶区，该熔融区在冷却之后结晶而形成第二组结晶区的所述至少一个结晶区中的晶体延长部分。第三组熔融区中的至少一个熔融区也部分地重叠第一组结晶区中的至少一个结晶区，并在冷却之后结晶而形成第一组结晶区的所述至少一个结晶区中的晶体延长部分。第三组熔融区中没有与第一组结晶区的至少一个结晶区部分重叠的熔融区。在第一组或第二组结晶区的至少一个结晶区内制作薄膜晶体管，其中薄膜晶体管相对于所述至少一个结晶区内晶粒取向倾斜一个角度。该角度约为1-20°。该角度约为1-5°。
[0008]另一方面，一种用于处理薄膜的***，包括：提供激光束脉冲序列的激光源；激光光学单元，用于把每个激光束脉冲整形成一组整形的小光束，每个小光束具有：限定y方向的长度，限定x方向的宽度，和足以基本熔融被照射区中的薄膜贯穿其厚度的流量，并且还通过间隙在x方向上与相邻小光束分隔开；用于支承薄膜并至少能够沿x方向平移的平台；和用于存储一组指令的存储器。该指令包括：从第一激光束脉冲中产生第一组整形的小光束；利用第一组整形的小光束照射第一薄膜区以形成第一组熔融区，第一组熔融区在冷却之后沿横向结晶以形成包含晶粒的第一组结晶区，这些晶粒基本上平行于x方向，并且该第一组结晶区具有的长度和宽度与每个整形的小光束的长度和宽度基本相同，并且还通过与分隔开整形的小光束的间隙基本相同的间隙与相邻结晶区分隔开；从第二激光束脉冲中产生第二组整形的小光束；和连续地扫描该薄膜，为的是利用第二组整形的小光束照射第二薄膜区以形成第二组熔融区，第二组熔融区在x方向上是与第一组结晶区错位的，其中第二组熔融区中的至少一个熔融区部分地重叠第一组结晶区中的至少一个结晶区，并在冷却之后结晶而形成所述至少一个结晶区中的晶体延长部分。
[0009]一个或多个实施例包含一个或多个以下的特征。存储器还包含指令，用于部分地重叠第二组熔融区中的所述至少一个熔融区与第一组结晶区中的两个相邻结晶区，该熔融区在冷却之后结晶以形成所述至少两个相邻结晶区中的晶体延长部分。存储器还包含指令，用于在第二组熔融区中的所述至少一个熔融区与第一组结晶区中的所述两个相邻结晶区之间提供重叠区，该重叠区形成束缚基本均匀晶体微结构的连接区，该微结构有基本平行于x方向的微粒。激光光学单元整形每个小光束以包含至少一个锥形端。激光光学单元整形每个小光束，使锥形端包含梯形。激光光学单元整形每个小光束，使锥形端包含三角形。激光光学单元整形每个小光束，使宽长比是在1∶5与1∶5000之间。激光光学单元整形每个小光束，使宽度是在约4μm与10μm之间。激光光学单元整形该组小光束，使宽度的间隙小于小光束的宽度。激光光学单元整形该组小光束，使宽度的间隙等于或小于小光束宽度的约1/2。存储器还包含指令，用于使第二组熔融区中的所述至少一个熔融区与第一组结晶区中的所述至少一个结晶区重叠一个距离，该距离大于所述至少一个结晶区中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两倍。存储器还包含指令，用于使第二组熔融区中的所述至少一个熔融区与第一组结晶区中的所述至少一个结晶区重叠一个距离，该距离小于所述至少一个结晶区中的一个或多个晶体的横向生长长度的约90％，而大于该横向生长长度的约10％。存储器还包含指令，用于使第二组熔融区中的所述至少一个熔融区与第一组结晶区中的所述至少一个结晶区重叠一个量，该量约为所述至少一个结晶区中的一个或多个晶体的横向生长长度的50％。存储器还包含指令，用于使第二组熔融区中的所述至少一个熔融区与第一组结晶区中的所述至少一个结晶区重叠一个量，选取该量以给至少该重叠区提供一组预定的晶体性质。该组预定的晶体性质适合于像素TFT的通道区。存储器还包含指令，在利用第一组整形的小光束照射第一薄膜区之后，沿x方向平移该薄膜，为的是利用第二组整形的小光束照射第二薄膜区。激光光学单元包含掩模。该掩模包含单行狭缝。激光源提供频率约大于1kHz的激光脉冲序列。激光源提供频率约大于6kHz的激光脉冲序列。该薄膜包括硅。存储器还包含指令：从第三激光束脉冲中产生第三组整形的小光束；和连续地扫描该薄膜，为的是利用第三组整形的小光束照射第三薄膜区以形成第三组熔融区，第三组熔融区在x方向上是与第一组和第二组结晶区错位的，其中第三组熔融区中的至少一个熔融区部分地重叠第二组结晶区中的至少一个结晶区，该熔融区在冷却之后结晶以形成第二组结晶区的所述至少一个结晶区中的晶体延长部分。存储器还包含指令，用于部分地重叠第三组熔融区的所述至少一个熔融区与第一组结晶区的至少一个结晶区，该熔融区在冷却之后结晶以形成第一组结晶区的所述至少一个结晶区中的晶体延长部分。存储器还包含指令，第三组熔融区中没有与第一组结晶区的至少一个结晶区重叠的熔融区。
附图说明
[0010]在附图中，
[0011]图1表示用于完成均匀SLS的***示意图；
[0012]图2A表示用于完成均匀SLS的掩模示意图；
[0013]图2B是利用图2A所示掩模整形的激光束照射薄膜的实例；
[0014]图3A表示用于完成均匀SLS的掩模示意图；
[0015]图3B是利用图3A所示掩模整形的激光束照射薄膜的实例；
[0016]图4A表示按照一些实施例利用高频激光完成均匀SLS的掩模示意图；
[0017]图4B表示按照一些实施例利用图4A所示掩模整形的多个激光束脉冲照射到薄膜上的图形示意图；
[0018]图4C表示按照一些实施例利用图4A所示掩模整形的多个激光束脉冲照射到薄膜上的图形示意图；和
[0019]图4D是利用图4A所示掩模整形的激光束照射薄膜的实例。
[0020]图5是利用多个激光束脉冲照射到薄膜上的图形示意图。
具体实施方式
[0021]本申请公开了利用高频脉冲激光完成薄膜的均匀顺序横向固化，同时减少在制作TFT的区域上出现的边缘区数目的***和方法。该***和方法可以提供具有基本均匀晶体取向的结晶区。例如，人们已利用小于1kHz的低频激光描述了SLS。在US PatentNo.6,573,531中可以找到早期SLS***和方法的细节，全文合并在此供参考。任选地，在SLS过程中可以利用高频激光，例如，在此处公开的实施例中。与低频激光比较，可以容易地获得具有很高功率的高频激光(例如，在6000Hz下的1200W和在300Hz下的500W)，并可用于其他类型的SLS过程，例如，行扫描SLS。
[0022]图1表示可用于SLS过程的***的例子。光源，例如，准分子激光器110产生脉冲激光束，在传输通过光学单元之前，例如，反射镜130，140，160，望远镜135，均化器145，分束器155，和透镜165，脉冲激光束传输通过脉冲持续时间扩展器120和衰减器板125。然后，激光束脉冲传输通过掩模170，和投射光学单元195，其中掩模170可以放置在平移台上(未画出)。投射光学单元195可以减小激光束的尺寸，并同时增大入射到基片199的所需位置上的光能强度。基片199放置在精密的x-y-z平台200上，该平台可以在光束下精确地定位基片199，并辅助聚焦或散焦激光束在基片上的所需位置上产生的掩模170的图像。
[0023]在形成有高度均匀性的结晶薄膜的SLS方案中，利用大致两个激光脉冲照射薄膜的给定区，可以提供一个产生多晶半导体薄膜的相对快速方法。人们可以在PCT Publication No.WO 2002/086954中找到均匀晶粒结构的SLS方法和***的细节，其标题是“Methodand System for providing a Single-Scan，Continuous MotionSequential Lateral Solidification”，全文合并在此供参考。图2表示在WO 2002/086954中描述的一种掩模示意图，利用图1的***，掩模可用在均匀晶粒结构的SLS方案中。该掩模包含多个矩形狭缝210，215，这些矩形狭缝传输和整形激光束以产生照射薄膜的多个小光束。掩模的其他(非狭缝)部分是不透明的。在x轴和y轴上，一组狭缝210偏离第二组狭缝215。应当明白，该掩模的图形仅仅是一个示意图，这些狭缝的尺寸和纵横比可以有很大的变化，与所需的处理速度，被照射区中熔融薄膜所需的能量密度，和每个脉冲具有的能量有关。一般地说，给定狭缝的宽长比可以在例如1∶5与1∶200之间变化。
[0024]在工作时，平台在沿x方向连续地移动薄膜，因此，在图2A所示掩模的狭缝长轴基本上平行于扫描方向。当薄膜移动时，激光产生给定频率，例如，300Hz的脉冲，该脉冲可以被掩模整形。薄膜速度的选取是这样的，当它移动时，相继的激光脉冲照射薄膜的重叠区。因此，当薄膜连续地向前移动时，它的整个表面可以结晶。图2B表示薄膜被两个相继激光脉冲照射的典型示意图。该薄膜包含第一组结晶区245，它是被图2A所示掩模整形成第一组小光束的第一脉冲照射，而第二组结晶区240和第三组结晶区240’分别是被图2A所示掩模整形的第二脉冲照射。具体地说，狭缝210产生的该组小光束形成第二组结晶区240，而狭缝215产生的该组小光束形成第三组结晶区240’。在扫描抽样时，第二激光脉冲产生的第二组结晶区240的末端部分晶粒270部分地重叠第一激光脉冲产生的第一组结晶区245的前端部分晶粒265。第二激光脉冲产生的第三组结晶区240’的晶体部分地重叠第一组结晶区245的侧边，从而部分地填充第一组结晶区245的各个区域280之间的空间。当薄膜是在x方向上被扫描时，它的整个表面可以结晶。
[0025]当小光束照射和熔融给定行中的各个被照射区280时，在冷却之后，该区域中的晶体是从区域的边缘向区域的中间部分生长。因此，在被照射区的中央区域250，其中小光束的边缘是沿x方向(平行于扫描方向)对准的，晶粒基本上是沿y方向(垂直于扫描方向)延伸的。因为小光束是相对地较长，大部分的结晶区有沿y方向取向的晶粒。与此对比，在前端区260和末端区270，一些晶体是从该区域的端部生长的，因此，它们基本上是在x方向(平行于扫描方向)，而其他的晶体是与扫描方向成一夹角生长的。这些区域称之为“边缘区”。此处，因为在熔融部分再生的光束边缘导致晶粒的横向生长，这些晶粒是沿从与相对于横向生长的所需方向成倾斜角的边缘延伸的，从而造成后生现象。
[0026]如上所述，以后在薄膜上制作的TFT的性能是与该薄膜相对于TFT取向的晶体取向有关，即，它与电子在TFT的通道区中必须跨越的晶粒边界的数目有关。因此，一般地说，生长薄膜的晶粒基本上都沿相同的方向延伸是理想的，例如，沿y方向，所以，以后在薄膜上制作的各种装置在通道区有相同(和低)数目的晶粒边界。因为前端部分晶粒260和末端部分晶粒270有沿不同于优选方向的方向延伸的晶体取向，在这些区域中制作的各种装置遭受性能的下降。
[0027]解决这种问题的一个方法是在PCT Publication No.WO2005/029546中所描述的，其标题是“Method and System for Providinga continuous Motion Sequential Lateral Solidification for Reducing orEliminating Artifacts，and a Mask for Facilitating Such ArtifactReduction/Elimination”，全文合并在此供参考。利用掩模产生的激光小光束上的锥形边缘制造工艺，可以改变掩模以确保较平行的生长，如图3A所示。此处，掩模中每个狭缝的两端412和413有三角形部分，它们的指向都是背离各自的狭缝。如以上参照图2A所描述的，狭缝传输并且整形激光束以形成照射薄膜的多个小光束。该掩模的其他(非狭缝)部分是不透明的。
[0028]如同以上描述矩形小光束的情况，抽样是沿x方向连续地移动。图3B表示利用图3A所示掩模产生的激光小光束多次照射薄膜的实例图。每个单独的被照射区380包含中心部分晶粒450，以及前端部分晶粒460和末端部分晶粒470，晶粒450基本上是沿垂直于扫描方向(y方向)延伸，而大部分的晶粒460和470基本上是沿垂直于扫描方向延伸，但其中很少部分基本上是沿平行于扫描方向延伸。此处，因为每个小光束的端部是锥形，在被照射区的前端部分和末端部分中的晶粒以相对于锥形是倾斜地生长，从而产生垂直于扫描方向的取向。这可以提高“边缘区”中的晶粒相对于其余部分结晶区的对准。
[0029]在扫描抽样时，第一脉冲产生的末端部分晶粒470部分地重叠前端部分晶粒460以及上一个脉冲产生的中心部分晶粒450。在这个重叠区中，从上一个脉冲得到的正确取向的晶粒450可以作为第二个脉冲得到的末端部分晶粒的籽晶，因此，可以沿所需的y方向取向末端部分晶粒470，该方向基本上垂直于扫描方向。
[0030]均匀晶粒结构的SLS通常利用有相对低重复率和每个脉冲有高能量的准分子激光器(例如，100-500W功率，100-300Hz频率，每个脉冲有0.5-2J能量)。因为脉冲能量是相对地高，总的光束面积可以做得相对地大，例如，15-50mm2。按照这种方法，利用高脉冲能量的优点，可以同时处理很大的表面积。此外，我们需要降低平台的扫描速度，因此，移动平台可以有较高的准确性，而光束有大的纵横比，它可以在较长的小光束，例如，在短轴上的1-2mm和在长轴上的15-25mm上扩展能量。
[0031]相对高频的准分子激光器也可用于均匀晶粒结构的SLS方案(例如，3-6kHz)。在相同的总体光束功率下，高频激光器中每个脉冲的能量低于低频激光器中每个脉冲的能量。由于每个脉冲能量的减小，也需要减小它的面积(例如，小10-20倍)，为的是保持完全熔融时所需的足够高能密度。例如，对于给定的功率和平台速度，若300Hz激光有1J/脉冲，并被聚焦到1mm的宽度上，则3kHz激光仅有100mJ/脉冲，因此，它需要被聚焦到100μm的宽度上。然而，“边缘区”的相对比例就增大10倍。若许多装置都落在这个边缘区，则可以产生各种问题。
[0032]图4A是在图1所示***中可以使用的掩模实施例，它能利用高频激光以完成均匀晶粒结构的SLS。掩模499把高频激光器(例如，等于或大于3-6kHz)产生的激光束整形成一组小光束。掩模499包含多个传输激光束的狭缝420；而掩模的其他(非狭缝)部分是不透明的，因此，它不允许激光束的传输。每个狭缝420有以上图3A所示的锥形端421和422，如在PCT Publication No.WO 2005/029546中所描述的。狭缝420的长度取向是在y方向，而狭缝420的宽度取向是在x方向。如同在图2A和3A中所描述的掩模，狭缝的长宽比可以变化，例如，可以在1∶5与1∶5000之间。在抽样上的典型小光束宽度的范围可以在4μm与10μm之间。狭缝之间的间隙至少选取成小于这个数值。对于更均匀的材料，当光束之间较大的重叠给出更均匀的晶粒宽度时，可以选取更小的数值。例如，间隙的宽度可以在约1-4μm之间。在一个例子中，间隙的宽度约为1.5μm，而狭缝的宽度约为5.5μm。
[0033]虽然图4A所示的狭缝有三角形锥的边缘，也可以利用其他形状的狭缝。例如，也可以利用具有梯形锥和/或圆形边缘的狭缝。也可以利用矩形狭缝。关于选取小光束和狭缝宽度，以及一些其他典型狭缝形状的更详细内容，可以参阅WO 2005/029546和WO2002/086954。还应当注意，虽然大多数实施例在沿掩模的方向上有给定的空间周期性的狭缝，但是，一般地说，狭缝和/或间隙的所有尺寸和/或形状不必是完全相同的。
[0034]在工作时，平台沿x方向移动薄膜，因此，小光束的长轴基本上垂直于扫描的方向。图4B表示薄膜已被两个相继激光脉冲照射过的示意图。该薄膜包含被第一脉冲照射过的第一组结晶区487和被第二脉冲照射过的第二组结晶区488，其中第一脉冲是利用图4A所示掩模整形成第一组小光束，而第二脉冲是利用图4A所示掩模整形成第二组小光束。第一组结晶区487和第二组结晶区488是沿x方向互相偏离一个距离，该距离可以允许第二组小光束部分地重叠第一组小光束，例如，约重叠50％。具体地说，第二组结晶区488中各个被照射区480的一个子集合重叠第一组结晶区487中各个被照射区480的一个子集合。第二组结晶区488中各个被照射区480的另一个子集合沿x方向延伸到第一组结晶区487之外。这个子集合包含还没有被照射过的间隙。
[0035]为了清楚起见，我们省略了薄膜结晶区的微结构细节。然而，应当注意，薄膜结晶区的微结构细节是与各个小光束的宽度和能量密度，狭缝的周期性，以及相邻的被照射区之间的重叠有关。例如，在第一个被照射区中，晶体生长通常是在被照射区的边缘开始并向内生长。可以看到这种生长的一个例子，例如，图2B所示的区域240。然后，在相邻和重叠的第二区，晶体生长是从第一区中重叠的现有晶粒开始，从而产生伸长的晶粒。可以看到这种类生长的一个例子，例如，在图2B中区域240’和245的集合内各个区域280重叠。在一些实施例中，第二区重叠第一区的距离可以约小于第一区中的一个或多个晶体的横向生长长度的90％，而约大于该横向生长长度的10％。相对于小光束尺寸选取间隙长度以提供所需的重叠长度，从而给包含重叠区的结晶区提供一组预定的晶体性质。该组预定的晶体性质可以适合于该区域上以后制作各种装置，例如，像素TFT。一般地说，处理参数与形成的薄膜微结构之间的关系对于专业人员是熟知的。在专利参考文件中可以找到更多细节合并在此作参考。
[0036]图4C表示图4B所示的薄膜在被第三激光脉冲照射之后的示意图。现在，该薄膜还包含被第三脉冲照射过的第三组结晶区489，其中第三脉冲被图4A所示的掩模整形成第三组小光束。第三组结晶区489部分地重叠第二组结晶区488，但没有重叠第一组结晶区487。具体地说，第三组结晶区中各个被照射区480的一个子集合重叠第二组结晶区的各个被照射区480之间未被照射的间隙，即，在x方向上延伸到第一组结晶区487之外的第二组结晶区488的子集合区中的间隙。应当注意，在大多数实施例中，第一照射与第二照射之间的错位与第二照射与第三照射之间的错位是基本相同的，因此，设想激光重复频率是基本恒定，可以用基本恒定的速度扫描该薄膜。总之，当薄膜是沿x方向再被扫描时，被照射区的边缘与以前被扫描的区域重叠，或与以后被扫描的区域重叠，从而使薄膜均匀地结晶。
[0037]图4D表示在利用三个激光脉冲照射之后的图4C所示薄膜微结构的典型示意图。该薄膜包含基本均匀结晶的中心区490，和非均匀结晶的“边缘区”491，边缘区491用于制作TFT一般是不理想的，但是，它们与均匀结晶的中心区490在空间上是分隔开的，因此，在制作最终装置时可以容易地避免或控制边缘区。
[0038]虽然这些附图仅仅展示利用此处描述的典型方法和***均匀结晶的单个区域490，但是公开的方法和***还可应用于相同基片的其他区域，例如，在区域490以上和/或以下的重叠区(例如，在沿相对于区域490的+y方向或-y方向)。因此，在相继区域中形成的锥形端可以审慎地与以前区域的锥形端重叠，其方式与图3B中重叠的锥形端相同。虽然在这个区域中的晶体质量不是完全均匀的，但是，令人满意的是，利用以下详细描述的方法，可以避开这个区域。
[0039]在大多数公开的***和方法的实施例中，相对窄的各个被照射区基本地重叠其他被照射区之间的窄间隙，因此，这些间隙是基本结晶的。若这些间隙没有基本结晶，则在该间隙中就保留非晶态或多晶薄膜区，在该间隙或部分重叠的间隙上以后制作的装置就不能正常地工作。大多数的实施例还给出各个被照射区之间一致的重叠量，因此，薄膜的晶体质量在该薄膜的表面上是一致的。在这些情况下，薄膜相对于激光束的位置在一定的误差范围内是准确的，可以满意地控制晶体的生长。在一些实施例中，薄膜相对于激光束的位置可以准确到0.5μm，0.2-0.3μm，或甚至0.1μm。在一个例子中，计算机控制(未画出)协调薄膜运动与激光的发射，因此，相对于激光束的照射，可以提供相对准确的薄膜定位。在US Patent Publication No.2006/0102901中描述这种协调，全文合并在此供参考。不需要精确地固定激光的频率；相反，平台提供关于薄膜的位置的反馈给计算机控制，因此，当薄膜是在利用激光脉冲照射的正确位置时，计算机控制指令激光器发射该脉冲。处理条件，例如，光束尺寸，激光频率，和平台速度也可以提高薄膜位置的准确性。目前，可以控制相对于激光束的平台位置在约0.5μm内，随着技术和实验条件的改进，应当能够实现0.1μm或更高的精度。
[0040]在图2A-2B和3A-3B所示的方案中，一些区域被两个脉冲照射，而其他的区域被多于两个脉冲照射。例如，在图2B中，区域265与区域270重叠，这意味着两个脉冲已照射了重叠区。然后，当下一个脉冲照射重叠区与在它以下的重叠区之间的间隙时(沿y方向)，两个重叠区再次被下一个脉冲照射。这意味着总数为三个脉冲照射部分的重叠区；两个脉冲照射重叠区的其余部分；而一个脉冲照射每个被照射区280的中心部分。一般地说，取决于沿x方向和y方向的被照射区之间的重叠量，许多脉冲可以照射一个给定区，而其他的区是被较少或甚至一个脉冲照射。较多的脉冲照射一个区域，该薄膜的物理性质发生变化。例如，当具有初始光滑表面的薄膜结晶时，就出现了质量流，造成跟随薄膜微结构的薄膜表面起伏。在有许多照射脉冲的情况下，其表面粗糙度高于有较少照射脉冲时的表面粗糙度。
[0041]在大多数实施例中，边缘区的非均匀性出现在每个被扫描区的顶部和底部。因此，相对大的薄膜区没有边缘区，并可利用它制作基本均匀质量的TFT。边缘区的周期性是与光束短轴的大小无关。如上所述，在大多数实施例中，光束的短轴远远小于光束的长轴，为的是降低平台的扫描速度，因此，它的移动可以有较高的准确性，而且也为了利用高脉冲能量的优点。
[0042]在一些实施例中，当TFT阵列是在以后制作到薄膜上时，相对于阵列的取向，可以略微倾斜控制板，因此，“边缘区”就不与TFT阵列共线，从而不容易被眼睛看见。相反，边缘区可以贯穿(runthrough)一些装置，而不是它的相邻部分，因此，它对眼睛的影响是非常小的。在一个或多个实施例中，利用1-20°或1-5°的小倾斜角。US Patent Publication No.2005/0034653给出在相对于均匀结晶薄膜的长尺寸晶粒边界的硅基片上定位TFT的一些例子，其标题是“Polycrystalline TFT Uniformity through MicrostructureMisalignment”，全文合并在此供参考。
[0043]虽然以上描述的实施例一般是参照利用至多两个激光脉冲照射给定薄膜区叙述的，即，“2-shot”SLS，但是容易理解，其他的实施例提供“n-shot”SLS的***和方法，其中薄膜的给定区是利用“n”个激光脉冲照射的，例如，2个，3个，或更多激光脉冲。在一些实施例中，掩模中的狭缝和/间隙的宽度，形状，周期性，和数目，以及每次照射之间沿x方向的错位量是这样选取的，为的是提供有所需数目激光脉冲的理想晶体结构。在一些实施例中，第二个整形的激光脉冲不需要完全重叠第一个整形的脉冲产生的结晶区之间的间隙，而是可以部分地重叠一个结晶区和部分地重叠与该结晶区相邻的间隙。于是，相继整形的激光脉冲可以照射该间隙的一部分或其余部分，与此同时，还重叠由第一个和第二个整形的激光脉冲形成的结晶区。图5表示一个典型的照射序列，其中三个激光脉冲用于产生伸长的晶体结构。
[0044]其他的实施例是在以下的权利要求书内。

Claims (53)

1.一种用于处理薄膜的方法，包括：
(a)从第一激光束脉冲中产生第一组整形的小光束，第一组小光束中的每个小光束具有：限定y方向的长度，限定x方向的宽度，和足以基本熔融被照射薄膜区中的薄膜贯穿其厚度的流量，并且还在x方向上通过间隙与第一组小光束中的相邻小光束分隔开；
(b)利用第一组整形的小光束照射第一薄膜区，以形成第一组熔融区，第一组熔融区在冷却之后沿横向结晶，以形成第一组结晶区，该第一组结晶区包含基本上平行于x方向的晶粒，并且具有的长度和宽度与每个整形的小光束的长度和宽度基本相同，而且通过与分隔整形的小光束的间隙基本相同的间隙与相邻结晶区分隔开；
(c)从第二激光束脉冲中产生第二组整形的小光束，第二组整形的小光束中的每个小光束具有的长度，宽度，流量，和间隔是与第一组整形的小光束中的每个小光束的长度，宽度，流量，和间隔基本相同；
(d)连续地扫描该薄膜，为的是利用第二组整形的小光束照射第二薄膜区，以形成第二组熔融区，第二组熔融区在x方向上是与第一组结晶区错位的，其中第二组熔融区中的至少一个熔融区部分地重叠第一组结晶区中的至少一个结晶区，并在冷却之后结晶以形成所述至少一个结晶区中的晶体延长部分。
2.按照权利要求1的方法，其中第二组熔融区中的所述至少一个熔融区部分地重叠第一组结晶区中的两个相邻结晶区，并在冷却之后结晶以形成所述两个相邻结晶区中的晶体延长部分。
3.按照权利要求2的方法，其中第二组熔融区中的所述至少一个熔融区与第一组结晶区中的所述两个相邻结晶区之间的重叠区形成束缚基本均匀晶体微结构的连接区，该微结构有基本平行于x方向的晶粒。
4.按照权利要求1的方法，还包括：整形第一组和第二组整形的小光束中的每个小光束，以包含至少一个锥形端。
5.按照权利要求4的方法，其中锥形端包含梯形。
6.按照权利要求4的方法，其中锥形端包含三角形。
7.按照权利要求1的方法，还包括：整形第一组和第二组整形的小光束中的每个小光束，以使宽长比是在1∶5与1∶5000之间。
8.按照权利要求1的方法，还包括：整形第一组和第二组整形的小光束中的每个小光束，以使宽度是在约4μm与10μm之间。
9.按照权利要求1的方法，其中间隙具有的尺寸小于小光束的宽度。
10.按照权利要求1的方法，其中第一组和第二组整形的小光束的间隙具有的宽度约等于或小于第一组和第二组整形的小光束宽度的1/2或更小。
11.按照权利要求1的方法，其中第二组熔融区中的所述至少一个熔融区重叠第一组结晶区中的所述至少一个结晶区的距离大于横向生长长度，但小于所述至少一个结晶区中的一个或多个晶体的横向生长长度的两倍。
12.按照权利要求1的方法，其中第二组熔融区中的所述至少一个熔融区重叠第一组结晶区中的所述至少一个结晶区的距离约小于所述至少一个结晶区中的一个或多个晶体的横向生长长度的90％和约大于该横向生长长度的10％。
13.按照权利要求1的方法，其中第二组熔融区中的所述至少一个熔融区重叠第一组结晶区中的所述至少一个结晶区的距离约为所述至少一个结晶区中的一个或多个晶体的横向生长长度的50％。
14.按照权利要求1的方法，其中第二组熔融区中的所述至少一个熔融区重叠第一组结晶区中的所述至少一个结晶区一个量，选取该量以给至少该重叠区提供一组预定的晶体性质。
15.按照权利要求14的方法，其中该组预定的晶体性质适合于像素TFT的通道区。
16.按照权利要求1的方法，其中利用两个或更少的脉冲照射薄膜的任何给定的被照射区。
17.按照权利要求1的方法，其中该间隙包括非结晶的薄膜。
18.按照权利要求1的方法，还包括：提供计算机控制协调步骤(a)，(b)，(c)，和(d)。
19.按照权利要求1的方法，其中产生所述第一组和第二组整形的小光束包括：传输所述第一激光脉冲和第二激光脉冲通过掩模。
20.按照权利要求19的方法，其中所述掩模包括可以传输第一激光脉冲和第二激光脉冲的单行狭缝。
21.按照权利要求1的方法，包括：产生频率约大于1kHz的所述第一激光脉冲和第二激光脉冲。
22.按照权利要求1的方法，包括：产生频率约大于6kHz的所述第一激光脉冲和第二激光脉冲。
23.按照权利要求1的方法，其中该薄膜包括硅。
24.按照权利要求1的方法，还包括：
从第三激光束脉冲中产生第三组整形的小光束，第三组整形的小光束中的每个小光束的长度，宽度，流量，和间隔是与第一组和第二组小光束中的每个小光束的长度，宽度，流量，和间隔基本相同；和
连续地扫描该薄膜，为的是利用第三组整形的小光束照射第三薄膜区以形成第三组熔融区，第三组熔融区在x方向上是与第一组和第二组结晶区错位的，其中第三组熔融区中的至少一个熔融区部分地重叠第二组结晶区中的至少一个结晶区，并在冷却之后结晶以形成第二组结晶区的所述至少一个结晶区中的晶体延长部分。
25.按照权利要求24的方法，其中第三组熔融区中的所述至少一个熔融区也部分地重叠第一组结晶区中的至少一个结晶区，并在冷却之后结晶以形成第一组结晶区的所述至少一个结晶区中的晶体延长部分。
26.按照权利要求24的方法，其中第三组熔融区中没有与第一组结晶区的至少一个结晶区部分重叠的熔融区。
27.按照权利要求1的方法，还包括：在第一组或第二组结晶区的至少一个结晶区内制作薄膜晶体管，其中该薄膜晶体管相对于所述至少一个结晶区内晶粒取向倾斜一个角度。
28.按照权利要求27的方法，其中该角度约为1-20°。
29.按照权利要求27的方法，其中该角度约为1-5°。
30.一种用于处理薄膜的***，该***包括：
激光源，提供激光束脉冲序列；
激光光学单元，用于把每个激光束脉冲整形成一组整形的小光束，每个小光束具有：限定y方向的长度，限定x方向的宽度，和足以基本熔融被照射区中的薄膜贯穿其厚度的流量，并且还在x方向上通过间隙与相邻小光束分隔开；
用于支承薄膜并能够至少沿x方向平移的平台；
用于存储一组指令的存储器，该组指令包括：
(a)从第一激光束脉冲中产生第一组整形的小光束，
(b)利用第一组整形的小光束照射第一薄膜区以形成第一组熔融区，第一组熔融区在冷却之后沿横向结晶以形成第一组结晶区，该第一组结晶区包含基本上平行于x方向的晶粒，并且具有的长度和宽度与每个整形的小光束的长度和宽度基本相同，而且通过与分隔开整形的小光束的间隙基本相同的间隙与相邻结晶区分隔开；
(c)从第二激光束脉冲中产生第二组整形的小光束；和
(d)连续地扫描该薄膜，为的是利用第二组整形的小光束照射第二薄膜区以形成第二组熔融区，第二组熔融区在x方向上是与第一组结晶区错位的，其中第二组熔融区中的至少一个熔融区部分地重叠第一组结晶区中的至少一个结晶区，并在冷却之后结晶以形成所述至少一个结晶区中的晶体延长部分。
31.按照权利要求30的***，其中存储器还包含指令，用于部分地重叠第二组熔融区中的所述至少一个熔融区与第一组结晶区中的两个相邻结晶区，该熔融区在冷却之后结晶以形成所述至少两个相邻结晶区中的晶体延长部分。
32.按照权利要求31的***，其中存储器还包含指令，用于在第二组熔融区中的所述至少一个熔融区与第一组结晶区中的所述两个相邻结晶区之间提供重叠区，该重叠区形成束缚基本均匀晶体微结构的连接区，该连接区的晶粒基本上平行于x方向。
33.按照权利要求31的***，其中激光光学单元整形每个小光束，以包含至少一个锥形端。
34.按照权利要求33的***，其中激光光学单元整形每个小光束，使该锥形端包含梯形。
35.按照权利要求33的***，其中激光光学单元整形每个小光束，使该锥形端包含三角形。
36.按照权利要求30的***，其中激光光学单元整形每个小光束，以使宽长比是在1∶5与1∶5000之间。
37.按照权利要求30的***，其中激光光学单元整形每个小光束，以使宽度是在约4μm与10μm之间。
38.按照权利要求30的***，其中激光光学单元整形该组小光束，以使宽度的间隙小于小光束的宽度。
39.按照权利要求30的***，其中激光光学单元整形该组小光束，以使宽度的间隙等于或小于小光束宽度的约1/2。
40.按照权利要求30的***，其中存储器还包含指令，用于重叠第二组熔融区中的所述至少一个熔融区与第一组结晶区中的所述至少一个结晶区，重叠的距离大于所述至少一个结晶区中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两倍。
41.按照权利要求30的***，其中存储器还包含指令，用于使第二组熔融区中的所述至少一个熔融区与第一组结晶区中的所述至少一个结晶区重叠一个距离，该距离小于所述至少一个结晶区中的一个或多个晶体的横向生长长度的约90％，而约大于该横向生长长度的约10％。
42.按照权利要求30的***，其中存储器还包含指令，用于使第二组熔融区中的所述至少一个熔融区与第一组结晶区中的所述至少一个结晶区重叠一个量，该量约为所述至少一个结晶区中的一个或多个晶体的横向生长长度的50％。
43.按照权利要求30的***，其中存储器还包含指令，用于使第二组熔融区中的所述至少一个熔融区与第一组结晶区中的所述至少一个结晶区重叠一个量，选取该量以给至少该重叠区提供一组预定的晶体性质。
44.按照权利要求43的***，其中该组预定的晶体性质适合于像素TFT的通道区。
45.按照权利要求30的***，其中存储器还包含指令，在利用第一组整形的小光束照射第一薄膜区之后，沿x方向平移该薄膜，为的是利用第二组整形的小光束照射第二薄膜区。
46.按照权利要求30的***，其中激光光学单元包括掩模。
47.按照权利要求46的***，其中该掩模包括单行狭缝。
48.按照权利要求30的***，其中激光源提供频率约大于1kHz的激光脉冲序列。
49.按照权利要求30的***，其中激光源提供频率约大于6kHz的激光脉冲序列。
50.按照权利要求30的***，其中该薄膜包括硅。
51.按照权利要求30的***，其中存储器还包含指令：
从第三激光束脉冲中产生第三组整形的小光束；和
连续地扫描该薄膜，为的是利用第三组整形的小光束照射第三薄膜区以形成第三组熔融区，第三组熔融区在x方向上是与第一组和第二组结晶区错位的，其中第三组熔融区中的至少一个熔融区部分地重叠第二组结晶区中的至少一个结晶区，并且在冷却之后结晶以形成第二组结晶区的所述至少一个结晶区中的晶体延长部分。
52.按照权利要求51的***，其中存储器还包含指令，用于部分地重叠第三组熔融区的所述至少一个熔融区与第一组结晶区的至少一个结晶区，该熔融区在冷却之后结晶以形成第一组结晶区的所述至少一个结晶区中的晶体延长部分。
53.按照权利要求51的***，其中存储器还包含指令，第三组熔融区中没有与第一组结晶区的至少一个结晶区重叠的熔融区。
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