CN102770939A - 用于非周期性脉冲部分熔融膜处理的***和方法 - Google Patents

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Abstract

一方面，本公开涉及一种处理薄膜的方法，所述方法包括：在使薄膜在第一选择方向上前进的同时，用第一激光脉冲和第二激光脉冲照射所述薄膜的第一区，每个激光脉冲提供成形光束并且具有足以使所述薄膜部分熔融的通量并且所述第一区再固化和结晶以形成第一结晶区；和用第三激光脉冲和第四激光脉冲照射所述薄膜的第二区，每个脉冲提供成形光束并且具有足以使所述薄膜部分熔融的通量并且所述第二区再固化和结晶以形成第二结晶区，其中所述第一激光脉冲与所述第二激光脉冲之间的时间间隔小于所述第一激光脉冲与所述第三激光脉冲之间的时间间隔的一半。

Description

用于非周期性脉冲部分熔融膜处理的***和方法
相关申请的交叉参考
本申请主张以下美国申请的优先权：2009年11月24日申请，标题为“Systems and Methods for Advanced Excimer Laser Annealing”的美国申请61/264082；2009年12月15日申请，标题为“Systems and Methods for AdvancedExcimer Laser Annealing”的美国申请61/286643；2009年12月31日申请，标题为“Systems and Methods for Advanced Excimer Laser Annealing”的美国申请61/291488；2009年11月3日申请，标题为“Method For Obtaining Uniformly SizedSmall Grain Polycrystalline Silicon With Low Intragrain Defect-Density FilmsThrough Partial Melt Crystallization”的美国申请61/257657；2009年11月3日申请，标题为“Method For Obtaining Uniformly Sized Small Grain PolycrystallineSilicon With Low Intragrain Defect-Density Films Through Complete MeltCrystallization”的美国申请61/257650；2009年12月31日申请，标题为“Advanced Single-Scan SLS”的美国申请61/291,663；2010年1月12日申请，标题为“Sequential Firing SLS”的美国申请61/294,288；2010年5月10日申请，标题为“Systems and Methods for Non-Periodic Pulse Sequential LateralSolidification”的美国申请12/776756，和2010年5月4日申请，标题为“Systemsand Methods for Non-Periodic Pulse Sequential Lateral Solidification”的PCT国际专利申请PCT/US2010/033565，所述申请的每个公开的全部内容以引用的方式明确并入本文。
本文所引用的所有专利、专利申请、专利公布和多个公布的全部内容以引用的方式明确并入本文。如果申请的教示与所并入文件的教示之间有冲突，那么应当由所述申请的教示控制。
发明背景
在半导体处理领域中，已经描述多种将薄的非晶硅膜转换成多晶膜的技术。一项这种技术是准分子激光退火（“ELA”）。ELA是一种脉冲激光结晶过程，其可在基板，例如但不限于不耐热的基板（例如，玻璃和塑料）上产生具有均匀晶粒的多晶膜。ELA***和过程的实例见述于2009年8月20日申请，标题为“Systems and Methods for Creating Crystallographic-Orientation ControlledPoly-Silicon Films”的共同拥有的美国专利公布20090309104；2009年9月9日申请，标题为“Process and System for Laser Crystallization Processing of FilmRegions on a Substrate to MinimizeEdge Areas,and Structure of Such FilmRegions”的共同拥有的美国专利公布20100065853，和2006年3月9日申请，标题为“Processes and Systems for Laser Crystallization Processing of Film Regionson a Substrate Utilizing a Line-Type Beam,and Structures of Such Film Regions”的共同拥有的美国专利公布20070010104。
常规ELA工具使用单个线光束，所述单个线光束在脉冲之间具有大重叠（例如，95%）的情况下按低速度在样本表面上连续扫描，以在单次扫描中实现每单位面积有大量脉冲。因此，在ELA中，膜的区被准分子激光照射以使所述膜部分熔融并且随后使其结晶。膜的重复性部分熔融可导致细粒状多晶膜的形成；然而，所述方法通常遭受可由脉冲间能量波动和/或不均匀的光束强度分布造成的微结构不均匀性。不仅需要大量脉冲来引发导致更均匀的晶粒大小的累积效应，而且要减轻短轴光束边缘的效应。在光束的光束边缘部分中，能量逐渐减少到零。取决于膜中的位置，可发生按初始脉冲能量顺序的位置相依变化。这种变化不容易被后续ELA过程移除并且可能导致像素亮度（即，色差）的假象。图1A示出可以用ELA获得的随机微结构。Si膜被照射多次以生成具有均匀晶粒大小的随机多晶膜。图1B描绘常规ELA单次扫描，显示随着线光束101扫描膜104，所述光束101在其短轴上的横截面。光束101在箭头102的方向上前进，并且随着光束101移动穿过膜104，所述膜104的区103可被多个激光脉冲照射。
此外，已经报告可用于按非常高的产量获得均匀晶粒结构（“UGS”）的结晶方法和工具。例如，在标题为“Processes and Systems for Laser CrystallizationProcessing of Film Regions on a Substrate Utilizing a Line-Type Beam,andStructures of Such Film Regions”的美国申请公布20070010104中公开了这种***。UGS是单脉冲照射过程，其可涉及被结晶的膜的完全熔融结晶（“CMC”）和/或部分熔融结晶（“PMC”）。UGS过程的附加特征是激光脉冲的位置控制发射，使得仅在那些驻留多列/行像素薄膜晶体管（“TFT”）的区中发生部分或完全熔融。当脉冲之间的步进距离超过线光束的宽度时，膜中未被照射的区（例如，非晶的沉积后硅）保持在这些列之间中。这种选择性区结晶（“SAC”）过程可因此具有非常高的产量，因为每单位面积的平均脉冲数目可能小于1。
然而，对于例如如在具有低密度像素的电视中使用的非常大的膜，现有工具都没有使ELA特别好地最优化。常规ELA对这些基板来说是低效过程，因为时间和资源被浪费来使像素位置之间的硅基板结晶。虽然UGS工具允许跳过这些区，但是所获得的材料明显比典型的ELA材料更有缺陷，并且当使用典型的辐射条件时所述材料的均匀性也可能不够。
发明内容
描述一种使用激光的位置控制依序触发的非周期性脉冲方法和工具。可使用多个激光实施所述***以在结晶过程中生成不同的非周期性激光脉冲，即，区别在于每个激光脉冲引起单独的部分熔融和固化循环。在单次扫描或多次扫描中，按协调的脉冲顺序使用多个激光来照射膜的选择区并且使其结晶。
一方面，本公开涉及一种处理薄膜的方法，所述方法包括：在使薄膜在第一选择方向上前进的同时，用第一激光脉冲和第二激光脉冲照射所述薄膜的第一区，每个激光脉冲提供成形光束并且具有足以使所述薄膜部分熔融的通量并且所述第一区再固化和结晶以形成第一结晶区；和用第三激光脉冲和第四激光脉冲照射所述薄膜的第二区，每个脉冲提供成形光束并且具有足以使所述薄膜部分熔融的通量并且所述第二区再固化和结晶以形成第二结晶区，其中所述第一激光脉冲与所述第二激光脉冲之间的时间间隔小于所述第一激光脉冲与所述第三激光脉冲之间的时间间隔的一半。
在某些实施方案中，第一激光脉冲与第二激光脉冲之间的时间间隔长于用于薄膜的单个熔融和固化循环的时间间隔。在某些实施方案中，第一激光脉冲和第二激光脉冲每个具有相同的能量密度，第一激光脉冲和第二激光脉冲每个具有不同的能量密度，第一激光脉冲和第二激光脉冲每个实现薄膜的相同程度的熔融，和/或第一激光脉冲和第二激光脉冲每个实现薄膜的不同程度的熔融。在某些实施方案中，薄膜可为缺乏现成微晶的非晶硅膜。在某些实施方案中，第一激光脉冲具有足以使非晶硅膜熔融并且产生具有有缺陷的核心区的晶体结构的能量密度。在某些实施方案中，第二激光脉冲具有足以使有缺陷的核心区再熔融以产生均匀的细粒状结晶膜的能量密度。
在某些实施方案中，薄膜可为非晶硅膜。在某些实施方案中，使用低压力化学气相沉积、等离子增强型化学气相沉积、溅射和电子光束蒸发之一而沉积薄膜。
在某些实施方案中，薄膜可为经过处理的硅膜。在某些实施方案中，经过处理的硅膜是随后已经根据以下方法予以处理且缺乏现成微晶的非晶硅膜，所述方法包括在使非晶硅膜在第二选择方向上前进的同时，用具有足以使所述非晶硅膜部分熔融的通量的延长型激光脉冲照射所述非晶硅膜。
在某些实施方案中，延长型激光脉冲通过来自多个激光源的激光脉冲的依序重叠而生成，其中脉冲之间的延迟足够短以引发单个熔融和固化循环。在某些实施方案中，非晶硅膜经由等离子增强型化学气相沉积而获得。在某些实施方案中，延长型激光脉冲的脉冲长度可大于300ns的全宽半最大值。
在某些实施方案中，经过处理的硅膜是根据以下方法所处理的硅膜，所述方法包括在使硅膜在第二选择方向上前进的同时，用具有足以使所述硅膜完全熔融的通量的激光脉冲照射所述硅膜。在某些实施方案中，激光脉冲通过重叠来自多个激光源的激光脉冲而生成。
在某些实施方案中，方法包括：在使薄膜在第二选择方向上前进的同时，用第五激光脉冲和第六激光脉冲照射所述薄膜的第三区，每个激光脉冲提供成形光束并且具有足以使所述薄膜部分熔融的通量并且使所述第三区再固化和结晶以形成第三结晶区；和用第七激光脉冲和第八激光脉冲照射所述薄膜的第四区，每个脉冲提供成形光束并且具有足以使所述薄膜部分熔融的通量并且使所述第四区再固化和结晶以形成第四结晶区，其中所述第五激光脉冲与所述第六激光脉冲之间的时间间隔小于所述第五激光脉冲与所述第七激光脉冲之间的时间间隔的一半。在某些实施方案中，第二选择方向与第一选择方向相反，且其中第三区与第二区重叠并且第四区与第一区重叠。
在某些实施方案中，第二选择方向与第一选择方向相同，且第三区与第一区重叠并且第四区与第二区重叠。在某些实施方案中，方法包括在使薄膜在第二选择方向上前进前，使所述薄膜在垂直于第一选择方向的方向上移位。在某些实施方案中，每个激光脉冲可为顶部部分具有均匀的能量密度的线光束。在某些实施方案中，每个激光脉冲可为泛光照射脉冲。
本公开的另一方面涉及根据上述方法处理的薄膜。本公开的另一方面涉及具有根据上述方法处理的薄膜的装置，其中所述装置包括放置在所述薄膜的多个结晶区内的多个电子电路。在某些实施方案中，装置可为显示装置。
一方面，本公开涉及一种用于使用非周期性激光脉冲处理薄膜的***，所述***包括：主要激光源和次要激光源，其用于生成激光脉冲；工作表面，其用于将薄膜固定在基板上；台，其用于使所述薄膜相对于所述光束脉冲移动且从而在所述薄膜的表面上生成所述激光光束脉冲的传播方向；和计算机，其具有用于级同步激光脉冲的处理指令，以提供装载到可移动台中的薄膜的第一区使其被来自所述主要源的第一激光脉冲照射，所述薄膜的第二区被来自所述次要源的第二激光脉冲照射，并且所述薄膜的第三区被来自所述主要源的第三激光脉冲照射，其中处理指令被提供来使所述膜在所述传播方向上相对于所述光束脉冲移动以照射所述第一和第二区和所述第三区，其中所述第一区的中心与所述第二区的中心之间的距离小于所述第一区的中心与所述第三区的中心之间的距离的一半，且其中所述第一激光脉冲、所述第二激光脉冲、所述第三激光脉冲具有足以使所述薄膜部分熔融的通量。在某些实施方案中，台按恒定速度移动。
本公开的另一方面涉及一种将缺乏现成微晶的非晶硅膜转换细粒状膜的方法，所述方法包括在使非晶硅膜在第一选择方向上前进的同时，用具有足以使所述非晶硅膜部分熔融的通量的延长型激光脉冲照射所述非晶硅膜，其中所述细粒状膜可具有平均横向尺寸小于所述膜厚度的晶粒。在某些实施方案中，延长型激光脉冲的脉冲长度可大于300ns的全宽半最大值并且是泛光照射脉冲。在某些实施方案中，延长型激光脉冲是通过延迟重叠来自众多激光源的激光脉冲而生成，其中脉冲之间的延迟足够短以引发单个熔融和固化循环。在某些实施方案中，非晶硅膜是经由等离子增强型化学气相沉积而获得。
本公开的另一方面涉及一种用于处理薄膜的方法，所述方法包括：在基板上提供半导体薄膜，所述薄膜具有：底部界面，其定位在与所述基板相邻的底部表面处；和顶部表面，其与所述底部表面相对；和用能量密度大出所述薄膜的完全熔融阀值1.3倍的激光光束照射所述膜，所述能量密度被选择来完全熔融所述膜；且其中在开始固化时，存在在所述半导体膜的顶部表面形成表面界面的保护层；其中在所述膜的照射和完全熔融后，在所述顶部界面和所述底部界面两者处发生异相成核，且其中在冷却后，所述异相成核在所述膜的底部表面处形成低缺陷硅晶粒。在某些实施方案中，激光光束的脉冲持续时间大于80ns、200ns、400ns。在某些实施方案中，半导体薄膜包括厚度在约100nm与约300nm之间的硅膜。在某些实施方案中，基板可为玻璃或石英。在某些实施方案中，晶粒可为小型等轴晶粒。在某些实施方案中，激光光束的能量密度是局部完全熔融阀值的1.4倍。在某些实施方案中，通过在照射之前在薄膜的顶部表面上沉积薄层而形成保护层。在某些实施方案中，保护层可为厚度小于50nm的氧化层。在某些实施方案中，保护层通过在氧化环境中照射薄膜而形成。在某些实施方案中，氧化环境可为空气。在某些实施方案中，氧化环境可仅为氧气。在某些实施方案中，基板可为被绝缘膜覆盖且经过图案化的金属膜，且其中能量密度大出薄膜的完全熔融阀值1.3倍。一方面，本公开涉及一种根据上述方法所制成的底部栅极TFT，其中经过图案化的金属膜可为底部栅极并且绝缘膜可为栅极电介质。
非周期性***和方法具备高产量ELA和选择性区结晶的能力。这种方法对于有源矩阵有机发光二极管（“AMOLED”）TV和超清晰度液晶（“UD-LCD”）而言是令人期望的。对于这两种产品，非晶硅缺乏性能和稳定性，同时在所要的面板大小条件下（例如Gen8，多达2.2×2.5m2），当前的低性能低温多晶硅（“LTPS”）技术不被视作具成本竞争力。
附图说明
参考附图将更容易了解下文描述，其中：
图1A示出可以用ELA获得的随机微结构；
图1B描绘常规ELA单次扫描；
图2A-2C描绘根据本公开的实施方案的激光脉冲的示例性能量分布；
图2D描绘单发的被照射的等离子增强型化学气相沉积（PECVD）非晶硅膜；
图3A描绘根据本公开的实施方案的非周期性脉冲ELA***；
图3B描绘根据本公开的实施方案的在非周期性脉冲ELA***中使用的样本；
图4示出根据本公开的实施方案的光束脉冲的示例性分布；
图5A描绘根据本公开的实施方案的非周期性脉冲ELA过程；
图5B是根据本公开的实施方案的图5A的区590的分解图；
图6描绘根据本公开的实施方案的非周期性脉冲ELA过程；
图7描绘根据本公开的实施方案的如图5A所述的第一次非周期性脉冲扫描，并且还包括在膜的反方向上的第二次扫描；
图8A描绘根据本公开的实施方案的在一次照射后膜的晶体结构；
图8B是根据本公开的实施方案的图9A的晶体结构的图解；
图8C描绘根据本公开的实施方案以较高能量密度一次照射后但是仍处于PMC状况的膜表面的原子力显微镜（“AFM”）扫描；
图8D是根据本公开的实施方案的图8C的晶体结构的图解；
图8E显示根据本公开的实施方案的横向结晶后由未熔融的晶种形成的圆区；
图9描绘根据本公开的实施方案的薄膜的界面响应功能；
图10A描绘根据本公开的实施方案的具有300nm氧化层的玻璃基板上的150nm的非晶硅在真空中的FTR和BTR；
图10B与图10A相似，不同之处在于图10B描绘根据本公开的实施方案在真空中的结果；
图11A描绘根据本公开的实施方案具有300nm氧化物表面层的200nm的非晶硅膜在空气中在1.32CMT和在真空中在1.4CMT下以纳秒为单位的时间（x轴）对标准化反射率值（y轴）的曲线图；
图11B是在空气环境中所获得的微结构的图像；
图11C是在真空环境中所获得的微结构的图像。
具体实施方式
本公开涉及用于组合部分熔融结晶和完全熔融结晶技术使用非周期性脉冲激光技术来形成均匀多晶膜的***和方法。在某些实施方案中，非周期性脉冲ELA用来从缺乏现成微晶的非晶沉积后硅膜（例如通过低压力化学气相沉积（LPCVD）、等离子增强型化学气相沉积（PECVD）、溅射或电子束蒸发所获得的膜）中产生细粒状且均匀的结晶膜。在某些实施方案中，泛光照射方法可用来产生细粒状且均匀的结晶膜或用来产生用于非周期性脉冲照射方法的前躯体膜。泛光照射方法可为双发的部分熔融过程，其中以两个步骤将缺乏任何现成微晶的非晶硅膜（例如，PECVD膜）转变成细粒状的均匀结晶膜，所述结晶膜具有平均横向尺寸超过膜厚度的晶粒，即，小型柱状晶粒。泛光照射方法还可为延长持续时间单发型部分熔融过程，其中将缺乏任何现成微晶的非晶硅膜（例如，PECVD膜）转变成细粒状的均匀结晶膜，所述结晶膜具有平均横向尺寸小于膜厚度的晶粒。泛光照射方法还可为完全熔融过程，其中将在膜的顶部和底部两者处具有氧化界面的任何种类的非晶硅膜转变成低缺陷的小型等轴晶粒硅膜。
描述使用激光的位置控制依序触发的非周期性脉冲ELA方法和工具。可使用多个激光实施***以在结晶过程中生成不同的非周期性激光脉冲，例如，区别在于每个激光脉冲引起单独的部分熔融和固化循环并且非周期性在于脉冲之间的间隔不同。在单次扫描中或在多次扫描中，按协调的脉冲顺序使用多个激光来照射膜的选择区并且使其结晶。为了从在ELA中观察到导致具有例如较紧凑的晶粒大小分布且更均匀的多晶膜的多次照射的累积效应中受益，可期望多次扫描以在所关注的区中实现更多次的熔融和固化循环。
非周期性脉冲
在图2A-2C中描绘激光脉冲的示例性顺序。y轴表示能量密度并且x轴表示时间。图2A描绘可用于常规ELA过程的激光的周期性脉冲速率。周期性激光重复速率引起在时域中等距隔开的激光脉冲图案。图2B表示本文公开的非周期性脉冲的实施例，其中在和第一脉冲106紧密相关的时间上发射第二脉冲105。然后，在不同于第一脉冲106与第二脉冲105之间的间隔的时间间隔处发射第三脉冲107。图2C示出激光脉冲的脉冲速率和激光功率（能量密度）不同的实施方案。因此，被照射的膜经历非周期性脉冲速率和可变的照射能量。由于第一脉冲106与第二脉冲105之间相对短的时间，所以被第一脉冲106和第二脉冲105所照射的区经历增大的重叠。
第一脉冲106与第二脉冲105之间的时间延迟可小于第一脉冲106与第三脉冲107之间的时间间隔的一半。在某些实施方案中，第一脉冲106与第二脉冲105之间的时间间隔小于第一脉冲106与第三脉冲107之间的时间间隔的十分之一或小于二十分之一或小于百分之一。第一脉冲106与第二脉冲105之间的时间延迟可为约3微秒到约1毫秒，约5微秒到约500微秒，和约10微秒到约100微秒。
因此，图2B和图2C呈现采用两个紧密隔开的激光脉冲或两个激光脉冲的“串”的非周期性脉冲图案；然而，可采用对应于3个到5个或更多个激光或激光腔的更大量且紧密隔开的激光（例如，3-5个或更多个）。在这些实施方案中，在使用来自不同激光的更大量且紧密隔开的激光，例如，来自两个不同激光能量源或相同激光能量源的两个不同的激光载体的激光光束时，目标区被照射相对应的更多次。例如，来自n个激光源的n个脉冲可以紧密隔开以形成n个激光脉冲串且单个区在单次扫描中将经历n次照射。光束的宽度可能与常规ELA过程中的宽度相似。
脉冲串中的两个连续脉冲的能量密度无需相同。例如，如果膜因第一脉冲而仍是热的，那么第二脉冲的能量密度可低于第一脉冲。同样地，较高的能量密度可以用来补偿第一脉冲的光学性质的变化（对于UV光，非晶硅吸收比结晶硅稍好）。对第二脉冲的能量密度的正确选择可因此考虑到效应和可能的其它因素两者，使得膜将经历相同程度的熔融。在此，融化程度应当理解为独立于熔融详情的熔融测量，其可根据前躯体状态（非晶的或结晶的）、异相性（例如，均匀有缺陷的或具有被较大和较干净晶粒围绕的有缺陷核心）和表面形态（平滑的或粗糙的，例如具有与光波长相似的周期性）的而明显改变。因此，当第二脉冲期间熔融范围等效于第一脉冲期间的熔融范围时，实现相同程度的熔融（例如，膜的约80%）。在旨在从导致更均匀的多晶膜的累积效应中受益的多次扫描过程中，期望多数脉冲会引起相同程度的熔融使得所述过程更有效。
因此，如图2C所示，第一激光脉冲和第二激光脉冲可具有不同的能量密度。具体地说，图2C描绘能量密度小于第二脉冲的第一激光脉冲。然而，在某些实施方案中，第二激光脉冲的能量密度小于第一激光脉冲。此外，在多次扫描的过程中，在不同扫描中，第一脉冲的能量密度与第二脉冲的能量密度之间的偏差可以不同或不存在。例如，在第一次扫描中，第一脉冲的能量密度与第二脉冲的能量密度之间的偏差可以被选择来补偿光学性质的变化，而在第二次扫描中，所述偏差可以被选择来补偿温度。在某些实施方案中，即使两个脉冲可能具有不同的能量密度，但是第二较低的能量脉冲可能因膜中来自第一脉冲的残热而在膜中造成与第一较高能量脉冲相同量的熔融。
在一个实施方案中，本***通过使用来自多个激光源的协调触发脉冲（原本还可能使用具有多个激光腔（例如，管）的单个激光源）以产生在时域中紧密隔开的一系列脉冲而生成非周期性激光脉冲。多个激光源可以并入单个激光***中。激光***是计算机控制的***，其使用计算机控制技术以按预定方式照射基板（例如，计算机控制激光的发射和台的移动），并且使用一个或多个激光腔来产生一个或多个激光光束。每个激光光束对应于一个激光源。每个激光光束可从独立的激光或激光腔（其为一个激光***内含有的多个激光腔的部分）中产生。
如2008年4月29日发布的标题为“Systems and Methods for Processing ThinFilms”的美国专利7,364,952中所讨论，先前已经公开了具有多个激光腔（例如，管）的工具，所述工具用来（1）通过同时触发并且随后组合多个脉冲而增大脉冲能量，和（2）通过各个管的延迟触发并且随后组合所述管而增大脉冲持续时间。换句话说，脉冲被组合来提供经过修改的单个熔融和固化循环。非周期性脉冲ELA的不同之处在于其在单独的熔融/固化循环中使用各种激光的脉冲。然而，脉冲在时域中足够近使得当台按高速行进时所述脉冲显示明显的重叠。
此外，非周期性脉冲ELA方法和工具还可用来执行膜的选择性区结晶以仅使那些将形成为电子装置的膜的区结晶。非周期性脉冲ELA方法和工具提供在膜的第一区中引起晶体生长的选择性区结晶，接着提供由激光的重复速率确定的破裂，并且然后提供在膜的第二区中引起晶体生长的两个或更多个激光的第二脉冲的大幅重叠。激光脉冲之间的定时在被照射区中引起下文详细讨论的非周期性激光脉冲顺序和大幅重叠。这些方法和***可用于高产量的ELA过程。
在选择性区结晶中，膜在制成电子装置的位置处结晶（在此未讨论的后续过程中）。然而，无需所有电子装置都是相同均匀的或甚至相同传导性的材料。例如，从结晶均匀性方面来说，小型TFT在要求上可能比大型TFT或甚至更大的电容器要高得多。并且，用于电流驱动的TFT可能需要比用于切换的TFT更好的均匀性。因此，可能需要用大量激光脉冲使要结晶的特定区的总面积的仅一小部分使其结晶以获得高结晶均匀性和传导性的区，同时可以用较少的脉冲或甚至单个脉冲处理剩余部分。选择性区结晶非周期性脉冲ELA提供用于仅扫描膜的选择区从而减少处理时间的框架。
非周期性脉冲ELA
非周期性ELA***包括一个或多个以下特征部：多个激光或激光管；和用于延迟触发后续脉冲以使脉冲处于短连续的构件。所述***还可包括激光的位置控制触发，使得激光光束脉冲照射基板上的特定位置。在时间上紧密隔开的两个脉冲的定时应当使得允许膜的被照射部分在脉冲之间固化，同时位置控制确保将被照射区正确定位在基板上，例如以生成一列像素TFT或电路。还期望激光光束脉冲具有平顶光束分布，所述平顶光束分布具有足以使一连串脉冲与选择区重叠的光束宽度平顶。
可基于各种考虑，例如产量、激光功率、面板大小、显示器大小、***设计和工具维护来选择激光源的数目。更大量的激光通常将引起较高的结晶速率，而且将需要更大量的光学元件，这可能引起更复杂和昂贵的***设计。并且，由于服务（例如管更换）的更频繁需要，所以更大量的激光可能引起工具的增大的停机时间。激光数目的示例性值可为两个或四个或更多个激光，每个激光具有约600W或更大的功率以处理可能大于2m2并且可能跟5m2或7.5m2一样大的玻璃面板，以制成直径跟30、40或50英寸一样大或更大的显示器。
与常规ELA和/或UGS工具相比，非周期性脉冲ELA工具可提供以下优点：
1.到预选区的有效功率输送：凭借位置控制，像素TFT/电路中间的区不会不必要地结晶。这导致较高效的结晶速率。
2.光束边缘相关的假象的消除：光束边缘不会在像素TFT/电路区上撞击使得其中的多个结晶区都经历完全相同顺序的脉冲。
3.脉冲顺序的最优化：按来自多个激光源的脉冲的顺序并且在众多扫描期间照射多个区，并且如此一来可最优化所述顺序（例如，脉冲能量、脉冲持续时间、脉冲预热）。
4.通过实施扫描之间的垂直位移而减轻长轴上的光束不均匀性。（还可以通过多次扫描内或中间的有效平行位移，即，通过使光束的横向放置相对于关注区移位而减轻短轴上的光束不均匀性）。
在非周期性脉冲ELA中通常需要多次扫描以获得令人满意的材料均匀性。非周期性脉冲ELA的SAC操作通常引起产量速率高于常规ELA。此外，非周期性脉冲ELA获得合意的均匀晶体结构所要的脉冲数目可以小于常规ELA所要的脉冲数目。在常规ELA中，光束边缘与所关注区重叠引起被照射区的晶体结构沿着扫描方向的变化。例如在Im和Kim,Phase transformation mechanisms involved in excimer laser crystallization of amorphous silicon films,Appl.Phys.Lett.63,(14),October 4,1993中讨论晶体结构的变化，其中讨论根据部分熔融的低压力化学气相沉积（“LPCVD”）膜中的能量密度的变化；据信LPCVD非晶硅膜含有会触发结晶的小型微晶，导致膜的晶粒大小随着能量密度而增大。在等离子增强型化学气相沉积（“PECVD”）膜中，熔融和固化过程因缺乏这些微晶而变得更加复杂。因此，结晶先于通过成核过程的晶体形成。当成核密度低时，这可能引起如例如图2D所示的单发（即，一个激光光束）照射的PECVD非晶硅膜的边缘处可见的盘形晶体结构。图2D显示单发PECVD非晶硅膜的边缘区120。这个边缘区120具有非晶硅部分122和结晶硅部分124两者。然而，非晶硅与结晶硅之间的过渡区126不是锐边缘，而是包括结晶材料和非晶材料的混合物的异相区。因此，在第一次照射后膜的不均匀性受晶粒大小变化和或盘形晶体结构的存在影响。这些不均匀性可能不容易在后续辐射中被移除。在常规ELA中，甚至在跟10个脉冲一样多或更多个脉冲后，第一脉冲光束边缘的能量密度梯度的效应仍可见。因此，需要大数目的脉冲以抹去第一脉冲光束边缘的历史记录。
如本文所公开，使用非周期性脉冲ELA的SAC可能需要较少的脉冲来实现相同均匀的结晶膜。如下文更详细讨论，跨线光束的短轴的能量分布含有逐渐改变能量密度的前边缘和后边缘，以及具有相对恒定能量的中心平坦区。如本文所使用，术语线光束指代光束宽度实质上小于光束长度的光束，即，所述光束具有大的纵横比。在常规ELA中，光束边缘是材料不均匀性的重要来源。在非周期性脉冲ELA中，光束边缘定位在关注区之外使得所述关注区被第一脉冲的平顶部分照射。此外，光束的能量密度可被最优化来生成用于累积过程的最均匀的起始材料，以便减少到达期望水平的材料均匀性所要的脉冲数目。
用于执行非周期性脉冲ELA的***
图3A描绘非周期性脉冲ELA***。所述***包括例如在308nm（XeCl）或248nm或351nm下操作的多个激光脉冲源110、110’。一系列反射镜206、208、212将激光光束引向支持y方向扫描的样本台180。所述光束被定形成具有例如约360nm或约470nm或约720nm的长度，或适于在一次、两次或更多次扫描中处理玻璃面板的任何长度的线光束。所述***还可以包括：缝隙140，其可以用来控制激光光束的空间分布；和能量密度测量仪表216，其用来读取缝隙140的反射。选用快门228可用来在样本不存在或不期望照射时阻断光束。样本170可以定位在台180上以供处理。此外，均质器可以用来提供更均匀的平顶光束分布。可以使用衰减器。通过直接控制激光而控制光束能量。台180可为线性转移台，并且可具有进行侧向转移的能力。所述***可视需要包括用来生成延长型持续时间脉冲的脉冲延长器213和反射镜214。
优选由计算布置控制样本转移台180以实行样本170在平面y方向上，且视需要在x方向和z方向上的转移。以此方式，计算布置控制样本170相对于照射光束脉冲的相对位置。计算布置还控制照射光束脉冲的重复和能量密度。所属领域技术人员应当了解，替代光束源110、110’（例如，脉冲准分子激光），可由短能量脉冲的另一已知源生成照射光束脉冲，所述已知源适于以本文所述的方式至少部分地熔融（并且可能贯穿其整个厚度完全熔融）样本170的半导体（例如，硅）薄膜的选择区。这些已知源可为脉冲固态激光、连续的斩波激光、脉冲电子光束脉冲离子光束等。通常，由光束源110、110’所生成的辐射光束脉冲提供400mJ/cm2到1J/cm2或1.5或更大范围中的样本水平的光束强度、10纳秒到300纳秒范围中的脉冲持续时间（FWHM），和10Hz到300Hz到600Hz或1.2kHz或更大范围中的脉冲重复速率。
图3A的示例性***可以用来按下文更详细描述的方式执行样本170的半导体薄膜的处理。光罩/缝隙可被本公开的示例性***用来界定所得被遮盖的光束脉冲的分布，并且当半导体薄膜的多个部分的边缘区和相邻部分被这种被遮盖的光束脉冲照射并且然后结晶时减少这些部分的不均匀性。
例如，用于非周期性脉冲ELA过程的线光束的宽度可约100微米或更小到300微米或约400微米到600微米或更大的微米。选择ELA光束的通量以不引发膜的完全熔融。因此，ELA光束应当使通量降低达通量值的约5%到30%或更大使得引发给定膜中的完全熔融。引发完全熔融的通量值取决于膜厚度和脉冲持续时间。此外，ELA光束可具有约300Hz到约600Hz的相对低的重复速率。所公开的高功率激光每脉冲提供足够的能量以跨被照射区的长度提供充足的能量密度，使得所述脉冲可以在所述区内熔融膜。
ELA线光束可以从相对低频率的激光源中生成，例如在购自JSW（TheJapanese Steel Works,Ltd.,位于Gate City Ohsaki-West Tower,11-1,Osaki1-chome,Shinagawa-ku,Tokyo,Japan）的特定***中所使用的激光源。例如购自TCZ的高频激光并不非常适于非周期性脉冲ELA过程，因为由脉冲重复速率和TFT或电路的间距指示的所要扫描速度变得非常高。
如图3B示出，样本170的半导体薄膜175可直接位于例如玻璃基板172上，并且可设置在一个或多个中间层177上，所述中间层177在半导体薄膜175与玻璃基板172之间。半导体薄膜175的厚度可在
Figure BDA00001747488200151
与
Figure BDA00001747488200152
（1微米）之间，只要可至少部分或完全贯穿其厚度熔融半导体薄膜175的至少特定必要区。
根据本公开的示例性实施方案，半导体薄膜175可由都优选具有低水平杂质的硅（例如，非晶硅薄膜）、锗、硅锗（SiGe）等组成。还可使其它元素或半导体材料用于半导体薄膜175。恰好位于半导体薄膜175下面的中间层177可由二氧化硅（SiO2）、氮化硅（Si3N4）和/或氧化物、氮化物或其它材料的混合物组成。
在图4中示出光束脉冲200的示例性分布，其还可通过在图3A中所示的***的光学装置成形且/或由光罩产生。在这个示例性实施方案中，光束脉冲200的能量密度具有能量密度低于完全熔融阀值（即，在其下使膜完全熔融的光束脉冲的能量密度）的分布220。具体地说，这个分布220包括顶部部分205、前边缘部分210和后边缘部分215。这个实施方案的顶部部分205延长达宽度C，在宽度C内能量密度近似恒定。宽度C可在100微米与1mm之间。前边缘部分210可延伸达距离D1（例如，在50微米与100微米之间），并且后边缘部分215可以延长达距离D2（例如，也在50μm与100μm之间）。前边缘部分210具有长度为D1P的部分（其从当能量密度近似恒定时的点延长到结晶阀值（即，在其下使膜结晶的光束脉冲的能量密度）的较低点）。相似地，后边缘部分215具有长度为D2P的部分，其从结晶阀值的点延长到当能量密度近似恒定时的较高点。顶部部分205通常称作光束的“平顶”部分。
***还可包括用来实现薄膜的多个部分的同时扫描的多个投影透镜。在标题为“System and Method for Processing Thin Films”的美国专利7,364,952中公开了一种用于允许同时扫描薄膜的多个部分的***。虽然已经描述使用双激光源的方法和***，但是还可以使用附加激光。
非周期性激光脉冲图案优选通过相同重复速率的多个激光的偏差发射而获得。如上文所讨论，可由计算机***控制激光以产生在图2B-2C中所描绘的脉冲能量分布。如上文所讨论，虽然在所公开的实施方案中描绘两个激光管，但是两个以上激光管可以用于非周期性脉冲ELA。例如，每个发射单独激光脉冲的三个、四个、五个或更多个激光管可以用来在每次扫描期间将多达三次、四次、五次或更多次照射提供到膜的每个部分上。
膜170可为非晶或多晶半导体膜，例如硅膜。所述膜可为连续膜或不连续膜。例如，如果所述膜为不连续膜，那么其可为经过光刻图案化的膜或经过选择性沉积的膜。如果所述膜为经过选择性沉积的膜，那么其可经由化学气相沉积、溅射或溶剂处理的薄膜，例如硅基墨水的喷墨印刷。
非周期性脉冲ELA方法
图5A描绘非周期性脉冲ELA过程。图5A显示已经被两组两个激光脉冲照射的膜的示例性图解，其中第一两个激光脉冲在时间上很接近但之后稍有延迟（在这期间，基板继续在如由箭头980所指示的y方向上移动），并且第二两个激光脉冲也在时间上很接近。所述过程包括至少四个照射步骤，其中两个照射步骤（步骤1和3）对应于来自主要激光的脉冲，且两个照射步骤（步骤2和4）对应于来自次要激光的脉冲。
图5A示出样本170的薄膜175相对于通过图3A的***的光学装置定形且/或由光罩图案化的线型光束164的脉冲的依序转移。图5B是图5A中的区590的分解图。在样本170上设置的半导体薄膜175的照射的这个示例性图解中，样本170在相对于线型光束164的方向的负y方向（箭头980）上转移。当样本170以此方式转移到使得线型光束164指向薄膜175的第一行510的位置时，光束源110被计算布置启动，使得来自主要激光源110的第一线型光束脉冲410照射半导体薄膜175的第一行510处的一个或多个部分511-519并且使其至少部分熔融。图5所示的第一线型脉冲410的分布和长度实质上对应于图4所示的脉冲200的分布和长度。优选的是第一脉冲410的平顶部分205的宽度C足够宽以照射区910中的多个部分511-519的整个横截面并且使其部分熔融。这些部分可被指派来将特定结构（例如，TFT）放置在其中，使得所述结构可用来界定像素。部分熔融的再固化部分可能会具有小型的晶粒区，但是在其中包括相对均匀的材料。熔融部分511-519再固化并且结晶使得所述部分在其中具有均匀的晶粒生长。
其次，来自次要激光源110’的第二线光束脉冲410’照射薄膜175以引发薄膜175的部分熔融。第二线光束脉冲410’的平顶部分照射薄膜175的第二区920以使多个部分511-519的整个横截面部分熔融。如图5所示，区910与区920具有明显的重叠并且形成第一结晶区960。在所公开的非周期性脉冲ELA过程中，第一区与第二区之间的重叠可大于70%，大于85%，大于90%，大于95%或大于99%。
在使用如上所述的线型脉冲410和410’照射第一行510并且使其部分熔融后，样本170（经由计算布置的控制）在负y方向上转移，使得光束164撞击在样本170上所设置的半导体薄膜175的第二行520上。至于第一行510且在到达第二行520时，主要激光源110被计算布置启动以从主要激光中生成第三线型脉冲420，所述主要激光按大体上与上述关于第一行510的照射相同的方式照射第二行520的区940中的一个或多个部分521-529并且使其至少部分或完全熔融。然后，来自次要激光源110’的第四线光束脉冲420’照射薄膜175以引发包括多个部分521-529的薄膜175的部分熔融。第四线光束脉冲420的平顶部分照射薄膜175的第四区950。如图5所示，第三区940与第四区950具有明显的重叠以形成第二结晶区970。在所公开的非周期性脉冲ELA过程中，第一区与第二区之间的重叠可大于70%，大于85%，大于90%，大于95%或大于99%。
样本170的这种转移（使得线型光束164的撞击从半导体薄膜175的第一行510移动到第二行520）被执行达距离D。距离D还可称作像素行周期性或像素间距，因为样本170经过距离D的转移被执行用于其它列的样本170。
可连续执行（例如，不停止）样本170相对于其被光束164撞击的转移。计算布置可控制激光110、110’以基于预定频率生成对应脉冲410、410’、420、420’。以此方式，可界定样本170相对于线型脉冲410、410’、420、420’撞击半导体薄膜175的连续转移速度V，使得薄膜175的各自行510、520被所述脉冲准确地照射。例如，样本170的转移的这个速度V可界定为如下：V=Dxflaser，其中flaser是每个激光的频率。因此，如果距离D是200μm并且flaser是300Hz，那么速度V可近似为6cm/sec，其可为恒定的速度。
虽然样本170并不一定相对于其被光束164撞击而连续转移，但是可基于由转移台180所提供的位置信号而控制主要激光源110和次要激光源110’的启动。这个信号可以指示样本170相对于其被线型光束164撞击的位置的位置。基于与这个信号相关的数据，计算布置可将激光源110、110’的启动和转移引向样本170以实现半导体薄膜170的特定部分（例如，行）的有效照射。因此，可使用线型光束164实现半导体薄膜175的至少多个部分的位置控制照射。
所有四次照射都使区部分熔融并且然后所述熔融区快速固化以形成结晶区。第一区910与第二区920重叠的薄膜175的区形成第一结晶区960。第三区940与第四区950重叠的薄膜175的区形成第二结晶区970。
第一激光脉冲和第二激光脉冲的膜速度和重复速率（频率）确定所述膜上的后续结晶区的位置。在一个或多个实施方案中，第一结晶区960与第二结晶区970也可重叠，在这种情况下，随着在y方向上扫描膜，可使整个膜表面结晶。
如图5A所示，第一结晶区960与第二结晶区970并不重叠。因此，非周期性脉冲顺序可用来仅使特定关注区（例如，诸如显示器或传感器阵列的有源矩阵装置中的像素TFT或电路511-519和TFT或电路521-529）选择性结晶。在这个SAC实施方案中，第一结晶区960与第二结晶区970没有重叠。由于缺乏重叠，所以固定样本的台可按较高速度移动以增大第一结晶区960与第二结晶区970之间的间隔以匹配矩阵型电子装置的周期性。台速度的这种增大可引起总处理产量的明显增大。例如，在显示器的像素阵列中，电子装置的密度相当低，例如像素间距为数百μm或更大，例如大于1mm或更大，产量的明显增大可通过仅使这些区结晶而实现。因此，对于给定的激光脉冲速率，可按较快速度移动台以完成膜上的选择区的完全结晶。在本申请的实施例部分中引用SAC非周期性脉冲ELA***的产量的示例性值。因此，非周期性脉冲SAC的产量改进实现了大型面板，例如，例如大型电视制造所要的Gen8面板（～2.2.20×2.50m2）有更具竞争力的产量。
图6描绘与图5A所示的扫描相似的扫描，但不同之处第一线光束脉冲1000和第三线光束脉冲1010的能量密度低于第二线光束脉冲1020和第四线光束脉冲1030。这个图对应于图7C所描绘的能量密度。能量密度可在完全熔融阀值的约20%到约70%的范围中。通常，在非周期性脉冲ELA中，第一熔融和固化循环可被最优化来提供最均匀的晶体结构，以便有助于ELA中引起具有低缺陷密度的足够均匀性的材料的累积过程。例如，第一脉冲的能量密度可以高于完全熔融阀值。这个较高的能量密度可例如容易通过同时发射第一两个脉冲以仅引起单个熔融和固化循环（即，不是不同的循环）来实现。同样地，可在小延迟下触发第一两个脉冲以形成具有较长脉冲持续时间的组合脉冲，其可甚至更有助于部分熔融的材料的均匀性，特别当原材料是经过PECVD沉积的非晶硅膜时。
图7描绘如图5A所述的第一次非周期性脉冲扫描，并且还包括在膜1100的反方向上的第二次扫描。在图7的第一次扫描中，随着所述扫描在第一方向1120上进行，五个区1110、1112、1114、1116和1118被照射。如关于图5A所讨论，五个区1110、1112、1114、1116和1118每个对应于被第一线光束脉冲1122照射的区和被第二线光束脉冲1124照射的区。每次照射引起被照射区的部分熔融和后续结晶。被第一线光束脉冲1122照射的区与被第二线光束脉冲1124照射的区所形成的重叠区对应第一区1110。在膜的所有五个区在第一次扫描中被照射后，所述膜在正x方向上移位并且在与第一次扫描相反的方向（箭头1130的方向上）上发生第二次扫描。在标题为“Systems and Methods forCrystallization of Thin Films”的WO 2010/056990中公开了一种多次扫描常规ELA技术。在某些实施方案中，在扫描前膜不会在x方向上移位或在第一次扫描与第二次扫描之间膜可在负x方向上移位。如图7所示，第二次扫描引起照射区1132、1134和1136等。这种多路扫描可提供较高品质的晶体膜。所述膜可被扫描一次、两次、三次、四次、五次或更多次。
因此，非周期性脉冲ELA***可支持执行多次扫描以到达期望数量的脉冲，例如可在五次扫描的过程中使用四激光管***以到达每单位膜面积总共有20个脉冲。本技术允许准确控制膜的每个部分的脉冲能量顺序。例如，在非周期性脉冲ELA中，在第一次扫描期间每个脉冲串中的第一脉冲的通量可能低于后续扫描。在某些实施方案中，撞击表面的最后几个脉冲的能量密度可能较低以便引发表面熔融以减少经过ELA处理的膜的表面粗糙度。此外，像素TFT或电路或其任何部件的每个部分可以具有完全相同的脉冲能量密度顺序，因为可完全避免光束边缘对所述部分的照射。光束边缘避免撞击关注区意味着累积过程可以更快地会聚到具有期望的均匀性的材料，并且如此一来，与常规ELA过程相比，可减少用于这种材料的总脉冲数目。因此，本方法的优点是双倍的：由于选择性区结晶而使平均脉冲数目减少，和由于在第一脉冲后材料的初始不均匀性减少（由于避免被光束边缘照射）而使关注区中的脉冲数目减少。
与先前所讨论的ELA方法相比，非周期性脉冲选择性区结晶ELA中的光束宽度通常可能较小；仅需要所述光束宽度跟要结晶区的宽度一样宽。因此，剩余能量是可用的，其可用来增大光束长度。较长的光束长度可使用较大尺寸的投影透镜来实现。并且，光束可分成单独的光学路径以便在光束脉冲的扫描期间使膜中的多个区同时结晶。扫描时增大经过处理的区的长度可减少使膜完全结晶所要的总扫描次数。
此外，选择性区结晶非周期性脉冲ELA可用来精确对准光束的平顶部分使得关注区不被光束的后边缘照射。理想情况下，关注区的第一次照射应当用光束的平顶部分或至少是用实足相似的能量密度高于膜的结晶阀值的线光束的一部分。以此方式，通过使膜选择性结晶使得光束边缘不会照射所述膜上的关注区，在所述膜内生成所要的微结构和均匀性所要的扫描次数可减少。
在某些实施方案中，光学装置可用来将光束分成每个指向像素TFT或像素电路的其它列（或至少，要在其中制造像素TFT或电路的多个位置）的两个或更多个线光束。以此方式，可使用分成两个线光束的光束实现使每单位面积的脉冲数目加倍，使得需要甚至更少次扫描就能实现完全结晶。众多平行的线光束可以用来在像素TFT/电路的相邻的列上撞击或可以用来在不相邻的列上撞击。众多线光束可以使用***光束并且将所述光束引向单独的光学轨道上的已知方式来生成。***的光束还可以再结合以共同行进通过光学路径的部分，例如通过投影透镜或所述再结合甚至紧接在***后。***的光束可以彼此平行地行进和/或在相对于彼此成稍有偏差的角度下行进。在维持光束长度的同时使光束***会引起光束的宽度近似为1/m，其中m是线光束的数目。
非周期性脉冲ELA方法的特定参数取决于光束宽度，所述光束宽度反过来取决于要结晶的区的宽度。例如，有源矩阵装置的大小可以建议为特定像素尺寸。像素尺寸可引起利用非周期性ELA处理能力的新像素布局。例如，具有660μm像素间距的55英寸显示器可能需要跟300μm一样宽的结晶区。像素尺寸的进一步收缩（例如对于超高清晰度的显示器）和朝向更适于非周期性ELA结晶方案的布局的设计的最优化可将这个区的尺寸减少到例如150μm以下。最优化还可以包括针对两个相邻列中的像素具有不同的布局：可将相邻的列中的TFT/电路放置为彼此接近使得在单次照射内所述TFT/电路可重叠，在所述单次照射后行进到下个要照射区的距离可能甚至更大。
除像素TFT外，还可能期望在显示器周边有TFT，例如以制成列驱动器和行驱动器。行驱动器可能需要具有较高的性能以处理视频信号。在某些实施方案中，SAC提供足够面积的结晶材料以将所要的驱动器整合在显示器周边。在其它实施方案中，非周期性脉冲ELA可接着单独的结晶步骤以使显示器周边更完全地结晶。这可使用相同激光和光学路径通过在这些区中执行常规扫描的ELA来完成。或者，这可使用在窄线光束中所成形的固态激光以执行依序的横向固化（“SLS”）或ELA而完成。或者，2D投影辐射工具用来执行例如双发SLS（即，如在2008年10月31日申请的标题为“Systems andMethods forUniform Sequential Lateral Solidification of Thin Films Using High FrequencyLasers”的美国专利申请12/063,814中所示，每单位面积有两个激光脉冲）或点式SLS（即，使用具有如在2010年1月12日发布的标题为“Systems and Methodsfor Creating Crystallographic-Orientation Controlled Poly-Silicon Films”的美国专利7,645,337中所示的点式图案的光罩的SLS）。可将这整合到相同工具中以从精密台中获益。如本文所使用，x发的过程指代照射膜的每个目标区x次。
如上所述，选择性区结晶涉及仅使例如矩阵型电子装置或电路中的关注区结晶。因此，需要结晶区的位置相对于矩阵型电子装置或电路中的节点的位置而对准。因此，为了实施SAC，应当实施样本对准技术。样本对准的步骤可以根据各种技术而实施。在一项技术中，样本对准可以使用结晶***来完成，所述结晶***还具有以使得可在用于制成电子装置的其它处理步骤中再现样本位置的方式定位所述样本的能力。一种共同方式是何时面板具备在结晶前检测到的基准点或对准标记和结晶过程对准到哪。通常在光刻程序中使用样本对准的这些方法以制成次微米准确度覆盖这些装置的各种特征的薄膜晶体管。SAC中的样本对准无需跟光刻法中一样准确。例如，结晶区可在每侧上都大出关注区达若干微米或10微米或更大的微米。
在另一技术中，通过在制造电子装置之前检测结晶区的位置而建立样本对准。可以通过检测要放置电子装置的区而实现所述位置。所述区可被检测到，因为非晶到结晶的变化可能被显微镜视作光学性质变化的结果。
用于样本对准的***可包括用于检测基准点并且将样本对准到相关于所述基准点的已知位置的自动***。例如，所述***可包括用于控制移动并且对可检测膜上的基准点的光学检测器作出响应的计算布置。所述光学检测器可为例如CCD照相机。
PECVD非晶硅膜的均匀的部分熔融结晶
如上文所讨论，部分熔融结晶技术是其中一次或多次照射用来使硅膜结晶的这些技术，其中至少最后一个脉冲不引发所述膜的完全熔融。在某些实施方案中，部分熔融的泛光照射方法可用来产生细粒状的均匀结晶膜或用来产生用于非周期性脉冲照射方法的前躯体膜。部分熔融的泛光照射方法可为双发的部分熔融过程，其中在两个步骤中将缺乏任何现成微晶的非晶硅膜（例如，PECVD膜）转变成细粒状的均匀结晶膜，所述结晶膜具有平均横向尺寸超过膜厚度的晶粒。部分熔融的泛光照射方法还可为延长持续时间的单发型部分熔融过程，其中将缺乏任何现成微晶的非晶硅膜（例如，PECVD膜）转变成细粒状的均匀结晶膜，所述结晶膜具有平均横向尺寸小于膜厚度的晶粒。
教授James Im的工作已经显示可在单发照射过程中在接近完全熔融阀值的能量密度下，以发生“近似完全熔融”的方式（Im等,APL 63,1993,p 1969）发生超级横向生长（“SLG”），其引起具有低的晶粒内缺陷密度的晶粒的横向生长。这种材料可以用来生成具有100cm2/Vs以上的移动性的TFT。然而，这种材料的TFT均匀性是差的，因为晶粒大小对以下项非常敏感：（1）脉冲能量密度，（2）前躯体膜中的异相性，和（3）使用完全非晶的膜时的晶体成核过程的随机特性。然而，这种SLG状况的多次照射可引起更均匀大小的晶粒。这可通过形成与照射光的波长相当的膜的周期性表面粗糙度来完成，引起自稳定过程。这种方法已经商业化为ELA，最常见的是使用线光束。如上文所讨论，ELA过程是累积的过程，其中最初不均匀的多晶膜因近似完全熔融状况的多次照射而会聚为更均匀的状况。然而，如果初始的多晶状态是均匀的，那么ELA过程可更有效。
如上文所讨论，可使用UGS***或非周期性脉冲ELA***获得更均匀的多晶膜，其中关注区不会被光束边缘照射。然而，由于前躯体膜中的异相性并且在完全非晶的膜的情况下晶体成核过程的随机特性，甚至最初被光束的平顶部分照射的区可能遭受不均匀性。本公开涉及用于执行部分熔融结晶以生成均匀的初始结晶的多晶膜的方法和***，所述膜可有助于增大上述ELA过程（常规脉冲和非周期性脉冲两者）的效率。在其它实施方案中，所获得具有增强型均匀性的PMC材料自身可用于生成薄膜电子装置而不另作ELA处理。这可对较低性能的薄膜装置（例如，小于100cm2/Vs或跟10cm2/Vs一样低）已足够但膜的均匀性仍为关键所在的情况有益。
先前描述部分熔融结晶（即，能量密度低于近似完全熔融阀值的结晶）用于使用在Im和Kim,Phase transformation mechanisms involved in excimer laser crystallization of amorphous silicon films,Appl.Phys.Lett.63,(14),October 4,1993中的LPCVD所沉积的非晶硅膜。这个研究指示LPCVD硅膜并非完全非晶并且在膜中存在播种结晶的小型微晶。由于高密度的微晶，所以微晶之间的横向间隔非常小并且主要在垂直于膜的平面的方向上发生晶体生长。非常小的晶粒使这种材料对制成均匀的TFT具吸引力。LPCVD膜的这种单发结晶是称作用泛光照射工具执行的UGS方法之一，所述泛光照射工具还支持激光脉冲的级同步辐射（参见使用二维投影***的标题为“Process and system for lasercrystallization processing of film regions on a substrate to minimize edge areas,anda structure of such film regions”的美国专利申请公布2006-0030164 A1，和使用线型ELA***的标题为“Processes and systems for laser crystallization processingof film regions on a substrate utilizing a line-type beam,and structures of such filmregions”的美国专利申请公布2007-0010104 A1号）。潜在地，这可为用于制成具有非常高的产量的LTPS装置的方法。这些装置当前被认为是认定非晶硅处于不足的性能水平（与n信道的UGS TFT的多达30或甚至50cm2/Vs相比，n信道的非晶硅TFT近似1cm2/Vs）的UD-LCD TV产品（例如，近似2000×4000像素，480Hz和80”）。
以这种部分熔融的能量密度状况一般决不会实现具有非常小的柱状晶粒的PMC微结构。研究已经显示在细粒状的均匀LTPS TFT的制造中无法再生地使用如目前所理解的部分熔融结晶。例如，Mariucci等（Thin Solid Films 427(2003)91-95）显示可以获得极为异相且部分极有缺陷的材料（通过横向生长被较大并且较干净的晶粒围绕的有缺陷核心）。
图8A描绘在一次照射后处于低端的PMC状况的膜表面的AFM扫描。其显示被大型突出物围绕的盘形结构，所述大型突出物指示由于固化后硅膨胀造成的横向生长和对应横向的质量流。图8B是图8A中的晶体结构的图解。图8B中的晶体结构具有有缺陷的核心800。这种结构是播种横向结晶并且引起盘形结构的低密度的成核事件的结果。初始的生长条件为远离平衡。如此一来，晶体是有高度缺陷的。随着生长前部在彼此上移动，足够的能量被释放并且导致膜的明显再热。所述再热可引起较低缺陷密度的横向生长。
图8C描绘在按较高的能量密度的一次照射后但仍处于PMC状况的膜表面的AFM扫描。图8D是图8C中的晶体结构的图解。在此，从较高能量密度辐射中引入的其它热引起在相变的初始阶段中形成的有缺陷的核心区的再熔融。有缺陷的核心区的熔融阀值低于低缺陷密度外环且如此一来将优选地熔融。这些能量密度下的再生长将从所述外环中播种并且向内进行。由于硅在固化后膨胀，所以这种播种在中心处产生小型突出物。在图8C中的AFM扫描中可见这些突出物。有缺陷的核心区的再熔融可能引起更均匀的膜。图8D是按足够用于膜的近似完全熔融的能量密度所获得的晶体结构的图解。图8E显示当横向结晶时由未熔融的晶种形成的圆区。
有缺陷的核心区的次要熔融可能受激光脉冲的暂时分布影响。例如，可购自Coherent,Inc(Santa Clara,CA)的准分子激光易于具有显示强度峰值的暂时分布。第一峰值可能导致膜的初始的***结晶，同时第二峰值可能引起在初始阶段期间形成的有缺陷的核心区的选择性再熔融。已知激光的暂时分布是可随时间（特别随***体的老化）变化。最终，随着时间流逝，可能出现第三次强度峰值。因此，虽然在核心再熔融后材料可能更均匀，但是在来自激光工具的许多脉冲作用下其不容易再生。其它激光可能仅具有单个强度峰值并且相同脉冲内的再熔融的详情可能会不同。
一种改进这种微结构的再生性的方式是照射膜两次。第一脉冲可被最优化来获得有缺陷的核心材料，同时第二脉冲可被最优化来再熔融并且因此对核心区去杂质。这可以使用两次扫描或一步式照射程序而完成，其中在台步进到下一位置前两个脉冲照射在每个位置处。
本公开涉及用于按更有效的方式（即，单次扫描）提供这种两部分照射的部分熔融结晶过程的***。非周期性脉冲ELA***可用来生成两部分过程的第一个激光脉冲以获得具有大型晶粒但是跨膜具有差均匀性的中间微结构，同时第二脉冲用来对所述中间微结构去杂质以生成最后均匀的膜。本方法因此教示延迟触发第二脉冲（和可能是第一脉冲或第二脉冲的通量控制）以实现再熔融核心区的最优化的能量密度窗。之前已经建议延迟触发，不过被建议来模拟脉冲持续时间延长而没有由反射镜造成的光学损耗。由于脉冲是接近的并且可能重叠，所以这意味着当第二脉冲到达时膜未完全冷却或甚至可能未完全固化，从而引起能量密度的更有效使用。此外，第一脉冲和第二脉冲的能量密度可相同或可不同。然而，由于在第二脉冲到达前膜可能未完全冷却，所以如与第一脉冲相比，所述膜可能经历与第二脉冲不同的程度的熔融。
起始膜通常是镀SiO2的玻璃、石英或被氧化的硅晶圆上的约40nm到100nm厚或甚至多达200nm厚的硅膜。较薄的膜通常是优选的，因为其减少沉积时间并且其降低到达期望水平的熔融所需的能量密度。脉冲的脉冲持续时间可约30ns的FWHM或例如多达300ns以上的FWHM或更大。通常，在使硅膜熔融中较短的脉冲更有效，因为较少热流失到下面的基板并且可以实现较高的产量。膜可在整个部分熔融的能量密度范围内被照射。
在另一实施方案中，当使用（如使用PECVD所获得的）缺乏微晶的膜时，避免盘形区在一起。可通过增大成核密度而避免所述盘形区。较高的成核密度可导致引起较少的横向生长和较少的横向质量流的更垂直的结晶过程。较高的成核密度可通过移位到较长的脉冲持续时间而实现，因为在长的脉冲时间的情况下，非晶硅熔融前部移动更慢。如在图9（其描述固液界面相对于其温度的速度）中所示的界面响应功能（“IRF”）中可见，这意味着相对于结晶硅熔融温度Tx m，其温度更过冷。图9中的IRF显示x轴上的温度和y轴上的晶体前部的速度。固化区是曲线图的正y区并且熔融区是曲线图的负y区。虚线对应于非晶硅，同时实线对应于结晶硅。
因此，对于具有慢速熔融特征的长脉冲900，成核快速地且在如由非晶硅IRF曲线上的点905指示的深度过冷条件下开始。从经典成核理论上说，已知深度过冷引起较高的成核速率。因此，大量的核是在短时间内且在膜开始再热前形成，这是因为随着这些核开始生长（称作复辉的现象）造成的核聚变的热的释放。这种高密度的成核实质上消除了区中的横向生长，因为将在垂直方向上发生所述成核生长。实质的横向生长可生成均质性较小的结构和不均匀的膜表面。因此，通过使用单位时间内将较少能量传递到膜上的长持续时间的脉冲，可获得与和（某些）LPCVD膜一起获得的膜相似的膜，其中高密度的微晶是现成的。
另一方面，运用短脉冲910，熔融前部快速移动并且较少过冷。条件示意地对应于IRF上的915。虽然过冷小于运用长脉冲照射膜的过冷，但是即使按较低速率仍足以发生成核。因此，较少的核是在发生引起膜到再成核停止的温度的再加热的明显复辉前的短时间间隔中形成。由于较低密度的成核，所以这些类型的膜将经历更多横向生长并且将引起异相的晶体生长。
规则的准分子激光脉冲可足够短以实现短脉冲情形，虽然使用8倍脉冲延长器（来生成近似300ns的FWHM脉冲），但是可生成足够长的脉冲以移入长脉冲情形中。或者，可以使用每个按短顺序发射以引发单个熔融和固化循环的多个激光管生成长型脉冲。
因此，均质的结晶膜可通过凭借使用具有慢速熔融特征的长脉冲的单个脉冲的部分熔融过程而获得。这种膜可用作用于常规或非周期性脉冲ELA过程的前躯体膜。
完全熔融结晶
另一方面，完全熔融状况的照射用来生成细粒状的均匀结晶膜或产生将有助于后续的累积ELA过程的最初结晶的多晶膜。完全熔融结晶（CMC）是其中单发照射用来使硅膜完全熔融并且然后通过成核使所述膜结晶的技术（参见标题为“Process and system for laser crystallization processing of film regions ona substrate to provide substantial uniformity,and a structure of such film regions”的U.S.S.N.10/525,288）。CMC是称作用泛光照射工具执行的UGS方法之一，所述泛光照射工具还支持激光脉冲的级同步的辐射（参见使用2D投影***的标题为“Process and system for laser crystallization processing of film regions on asubstrate to minimize edge areas,and a structure of such film regions”的U.S.S.N.10/525,297，和使用线光束ELA***的标题为“Processes and systems for lasercrystallization processing of film regions on a substrate utilizing a line-type beam,and structures of such film regions”的U.S.S.N.11/373,772）。
目前所公开的CMC方法致力于造成薄膜中的异相成核以形成低缺陷的小型等轴晶粒硅膜。***使用高能量密度的脉冲，例如大出膜的完全熔融阀值1.3到1.4倍。处理是在环境空气或任何含氧大气中执行。过程可以使用具有厚度小于约50nm的氧化表面层或保护层的膜来执行。所述***组合SiO2玻璃、石英晶圆上的相对薄的硅膜（在100nm到300nm的范围中）而使用相对长的脉冲持续时间，近似80ns到约500ns（例如，200ns到400ns）。通过选择所述过程的参数来引发特定期望的异相成核情形（而非在现有技术中所教示的均质成核情形），可在膜与氧化表面层之间的界面和在膜与基板之间的界面两者处实现成核。由于以上参数，可形成低缺陷密度的晶体。
所公开的CMC方法可用于制成具有非常高产量的低性能LTPS装置。这些装置当前被认为是认定非晶硅处于不足的性能水平（与n信道的UGS TFT的多达30或甚至50cm2/Vs相比，n信道的非晶硅TFT近似1cm2/Vs）的UD-LCD TV产品（例如，近似2000x4000像素，480Hz，80英寸）。
已知完全熔融引起取决于辐射条件和样本配置的各种成核引发的微结构。过程的描述可见在S.Hazair等“Nucleation-Initiated Solidification of Thin SiFilms”Mater.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.979(2007)。许多这些微结构的特征在于将引起差装置均匀性的大程度异相性（可变的晶粒大小、有高度缺陷的区）。例如，Hazair论文的主题是形成花状晶粒（flg-Si），其中有缺陷的核心区被低缺陷密度的“花瓣”形晶粒环围绕。
然而，具体地说，一种微结构似乎是这种情况的一个例外并且首先在S.R.Stiffler,M.O.Thompson和P.S.Peercy,Phys.Rev.Lett.60,2519(1988)中描述所述微结构。这种微结构由贯穿膜厚度分布并且具有非常低的晶粒间缺陷密度的均匀小型晶粒组成。期望这种微结构引起良好的装置均匀性和可能的合理装置性能水平。甚至底部栅极TFT也存在这种情况，因为不像制备细粒状硅的许多其它方式（包括沉积技术），底部处/附近的晶体具有低缺陷密度和较大的大小。然而，形成这种微结构之后仍有关于机构且因此关于可再生地达成此所要的条件的问题。
Stiffler将小型等轴晶粒硅（seg-Si）描述为均质成核，即，贯穿如与仅在界面处相对的大部分液体的固体的成核的结果。Stiffler基于其对瞬态反射率（“TR”）数据和瞬态传导（“TC”）数据的结论显示膜的正面反射率和传导同时下降。这在指示贯穿大部分膜的成核时有争议。二十年来，这已经是用来说明大部分膜内的晶粒的存在（即，不接壤表面或底部界面）的公认模型。近来，基于TR研究，已经发现Stiffler的模型并不准确。
而当前的TR研究反而呈现一个模型，其中假设seg-Si是有缺陷的核心结构的异相成核（即，在界面处）然后体积复辉、再熔融和再固化的结果。因此，这情形的初始阶段等效于导致flg-Si的情形的初始阶段，其中差别在于有缺陷的核心区在低密度缺陷的晶粒中再熔融和再固化以形成seg-Si。
对于Stiffler的数据，微结构的特征描述是基于俯视图平面SEM TEM和AFM图像。然而，这不足以说明TR数据中的所有特征。具体地说，Stiffler的模型无法说明在正面TR（“FTR”）的下降前发生背面TR（“BTR”）的下降，这可从在真空大气中完成且在激光照射前移除自然表面SiO2层的实验中观察到。
目前，基于仰视图平面以及横截面TEM微结构特征描述，已确定这种TR下降会引起微结构，所述微结构在看似向上生长的底部区附近具有在膜的顶部处变大的较小晶粒。另一方面，BTR和FTR两者的几乎同时下降是形成例如首先被Stiffler观察到的seg-Si微结构的必要（但不充分）条件（并且还期望对制成均匀的TFT来说是最优的）。
通常，异相成核应当理解为仅发生在膜的底部界面处。正面TR的下降对应于在膜的顶部界面处（即，在表面处/附近）开始成核的。然后，在膜的两面上同时开始成核（有正面TR和背面TR两者处的TR信号的同时下降为证）引起释放回膜中的潜热的量粗略地加倍，且因此引起有缺陷的核心区的有效得多/广泛的再熔融/再固化。表面处/附近的成核需要界面的存在。这种界面可例如具有（自然）氧化物。这种氧化膜可以在照射之前就存在或可以在辐射期间在氧化存在时形成。取决于大气，可能发生可导致形成用于成核的适当界面的其它表面反应。此外，发现在没有这种顶部层（例如，通过移除自然氧化物）并且没有在辐射期间（例如，通过在真空下辐射）形成这种顶部层的能力的情况下，确实不会发生表面成核并且不会形成如由Stiffler观察到的seg-Si。最后，在相对低的能量密度下照射的某些样本中，观察到同时的TR信号下降，但未观察到Stiffler的seg-Si。目前据信这可能是经由顶部界面处的成核所形成的固体的完全再熔融的结果。此外，比100nm更厚的膜也可以满足同时的TR下降，然而，所述膜体积中的潜热的量似乎不足以引起有缺陷的核心区的更有效/广泛的再熔融/再固化。
图10A和图10B描绘新近TR研究的结果。图10A描绘在真空中没有表面氧化层下，玻璃基板上的150nm的非晶硅的FTR和BTR。曲线图1400中的底部线是膜所经历的照射。上方的线是针对不同CMT值的反射率值。图10A的x轴是以纳秒为单位的时间，y轴是反射率的标准化值。图10B与图10A相似，不同之处在于图10B描绘在空气中的结果。图10B显示在FTR的下降前在能量密度为1.38CMT下BTR信号下降（定位在曲线图底部且在激光信号上方的一系列信号），其中FTR信号似乎开始同时下降到BTR。因此，即使不在真空情形下，也需要较高的能量以获得seg-Si微结构。如图10A和图10B所示，由于固体与液体之间的反射率差很大，所以可区别从固体到液体的转变的开始，并且反之亦然可区别TR数据。可推测异相成核考虑到FTR数据和BTR数据两者和所得微结构（图11B所示）。图11A描绘200nm的非晶硅膜在空气中，1.32CMT 1500下和在真空中，1.4CMT 1510下以纳秒为单位的时间（x轴）对标准化反射率值（y轴）的曲线图。图11B是在空气环境中获得的微结构的图像。图11C是在真空环境中获得的微结构的图像。如两个图中可见，图11B显示贯穿膜厚度1520的较大晶体。图11C在膜表面附近显示良好晶体品质，但是在随基板1540的界面附近现实差、小的晶体。因此，可见在空气中（其中可在表面发生反应以形成用于表面以及底部界面的异相成核的氧化层）而非在真空中（其中仅在底部界面可发生异相成核）获得真正的3D seg-Si。
本方法特别关注底部栅极TFT的制造，因为不像制备细粒状Si的许多其它方式（包括沉积技术），底部处/附近的晶体具有低缺陷密度和较大的大小。因此，典型的底部栅极LTPS TFT遭受低的移动性并且还可能遭受高的泄露电流。底部栅极TFT的制造需要形成经过图案化的金属膜（栅极），所述金属膜在硅膜下面并且通过绝缘层（栅极电介质）而与所述硅膜分开。在激光照射期间，这种金属膜将充当散热体并且将引起局部完全熔融阀值（CMT）能量密度的转变。发现如果考虑到CMT的这种局部转变，那么用于实现seg-Si形成的条件保持相同。例如，对于通过100nm厚的氧化膜与硅膜分开的100nm厚的金属，完全熔融阀值的转变通常可高达15%到20%。因此，seg-Si形成的一个条件是按比局部CMT大出1.3到1.4倍的能量密度照射。必须注意，能量密度不够高会造成通过凝结或消融而破坏不具有散热体的周围膜。例如，对于在100nm金属栅极顶部上的100nm厚氧化物的顶部上的100nm厚膜，所述膜被照射的次数可为局部完全熔融阀值的1.4倍，或为周围膜的完全熔融阀值（其低于所述膜的破坏阀值）的近似1.61倍与1.68倍之间。
Stiffler所使用的实验条件与本方法的条件稍有区别。Stiffler使用较短的激光脉冲（30ns对所公开的近似80ns）并且还使用导热性更好的基板：SOI（硅基板上250nm薄SiO2上的硅膜）或蓝宝石上硅。通常，均质成核需要非常快速的淬火。目前所公开的方法的条件包括玻璃基板和较长的脉冲，引起较慢的淬火，并且因此引起均质成核的减小的可能性和异相成核的增大的可能性。Stiffler所使用的氧化物厚度不足以避免快速的冷却。因此，玻璃基板的冷却比Stiffler的配置要慢得多。因此，本方法实施有用的实践条件，其中可以凭借对正确理解发生之事而获得Stiffler材料。
根据本公开的实施方案所生成的样本包括镀SiO2的玻璃、石英（或还有被氧化的硅晶圆）上的100nm到300nm的硅膜。基于准分子激光的***（308nm）用来在各种脉冲持续时间内（30~250纳秒的FWHM）并且按多个能量密度照射膜。就地分析是使用正面和背面的瞬态反射率测量而执行。被照射材料的特征描述是使用TEM而传导。并且参见Yikang“Vacuum Experiment Update:Microstructure analysis”(September 2,2009)。
实施例
对于大直径的TV，像素间距可能是660μm。运用600Hz的激光，扫描速度可能因此为~40cm/s。对于假设60%光学效率的~640mJ/cm2的脉冲，这个条件可使用形成为100μm×75cm光束的0.8J脉冲而实现。然后，使用4管激光，需要五次重叠扫描以实现完全结晶。对于2.2×2.5m2的面板，结晶时间于是为三次平行扫描×(250cm/40cm/s)×5次重叠的扫描=93.75s。采取五秒的加速/减速时间，平行扫描之间的时间为10秒，并且装载时间与卸载时间之间的时间为60秒。总过程时间于是为~95+5×5+2×10+60=200s。更保守地说，可假设五分钟的过程时间。于是，产量等于60/5×24×30=-8.5k面板/月。
常规20发（即，每单位膜面积有20个激光脉冲）的ELA过程将需要同时触发四个激光管以获得400μm×75cm的光束。对于20发而言，扫描速度将因此为1.2cm/s并且结晶时间将为3×(250/1.2)=625s。忽略加速/减速时间的总过程时间于是为625+2×10+60=705s。更保守地说，可假设12.5分钟的过程时间，且产量于是为~3.4k面板/月。
虽然已经显示并且描述本发明的实施例，但是所属领域技术人员将容易明白可以在没有背离本发明的范畴的情况下作出各种变化和修改。通过实施例，应当了解可通过保持激光光束静止并且使膜相对于激光源移动，以及通过其中所述膜静止为且所述光束正在移动的实施方案来实现使薄膜在选择方向上前进。

Claims (49)

1.一种处理薄膜的方法，其包括：
在使薄膜在第一选择方向上前进的同时，
用第一激光脉冲和第二激光脉冲照射所述薄膜的第一区，每个激光脉冲提供成形光束并且具有足以使所述薄膜部分熔融的通量并且所述第一区再固化和结晶以形成第一结晶区；和
用第三激光脉冲和第四激光脉冲照射所述薄膜的第二区，每个脉冲提供成形光束并且具有足以使所述薄膜部分熔融的通量并且所述第二区再固化和结晶以形成第二结晶区，
其中所述第一激光脉冲与所述第二激光脉冲之间的时间间隔小于所述第一激光脉冲与所述第三激光脉冲之间的时间间隔的一半。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一激光脉冲与所述第二激光脉冲之间的所述时间间隔长于用于所述薄膜的单个熔融和固化循环的时间间隔。
3.根据权利要求1所述的方法，其中每个所述第一激光脉冲和所述第二激光脉冲具有相同的能量密度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中每个所述第一激光脉冲和所述第二激光脉冲具有不同的能量密度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中每个所述第一激光脉冲和所述第二激光脉冲实现所述薄膜的相同程度的熔融。
6.根据权利要求1所述的方法，其中每个所述第一激光脉冲和所述第二激光脉冲实现所述薄膜的不同程度的熔融。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述薄膜包括缺乏现成微晶的非晶硅膜。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一激光脉冲具有足以使所述非晶硅膜熔融并且产生具有有缺陷的核心区的晶体结构的能量密度。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第二激光脉冲具有足以使所述有缺陷的核心区再熔融以产生均匀细粒状结晶膜的能量密度。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述薄膜包括非晶硅膜。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述薄膜使用低压力化学气相沉积、等离子增强型化学气相沉积、溅射和电子光束蒸发之一而沉积。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述薄膜包括经过处理的硅膜。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述经过处理的硅膜是随后已经根据以下方法处理且缺乏现成微晶的非晶硅膜，所述方法包括：
在使所述非晶硅膜在第二选择方向上前进的同时，用具有足以使所述非晶硅膜部分熔融的通量的延长型激光脉冲照射所述非晶硅膜。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述延长型激光脉冲是通过依序重叠来自众多激光源的激光脉冲而生成，其中脉冲之间的延迟足够短以引发单个熔融和固化循环。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述非晶硅膜是经由等离子增强型化学气相沉积而获得。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述延长型激光脉冲的脉冲长度大于300ns的全宽半最大值。
17.根据权利要求12所述的方法，其中所述经过处理的硅膜是根据以下方法处理的硅膜：
在使所述硅膜在第二选择方向上前进的同时，用具有足以使所述硅膜完全熔融的通量的激光脉冲照射所述硅膜。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述激光脉冲是通过重叠来自多个激光源的激光脉冲而生成。
19.根据权利要求1所述的方法，其包括：
在使所述薄膜在第二选择方向上前进的同时，
用第五激光脉冲和第六激光脉冲照射所述薄膜的第三区，每个激光脉冲提供成形光束并且具有足以使所述薄膜部分熔融的通量并且所述第三区再固化和结晶以形成第三结晶区；和
用第七激光脉冲和第八激光脉冲照射所述薄膜的第四区，每个脉冲提供成形光束并且具有足以使所述薄膜部分熔融的通量并且所述第四区再固化和结晶以形成第四结晶区，
其中所述第五激光脉冲与所述第六激光脉冲之间的时间间隔小于所述第五激光脉冲与所述第七激光脉冲之间的时间间隔的一半。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第二选择方向与所述第一选择方向相反，且所述第三区与所述第二区重叠并且所述第四区与所述第一区重叠。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述第二选择方向与所述第一选择方向相同，且其中所述第三区与所述第一区重叠并且所述第四区与所述第二区重叠。
22.根据权利要求19所述的方法，其包括在使所述薄膜在所述第二选择方向上前进之前，使所述薄膜在垂直于所述第一选择方向的方向上移位。
23.根据权利要求1所述的方法，其中每个激光脉冲包括顶部部分具有均匀能量密度的线光束。
24.根据权利要求1所述的方法，其中每个激光脉冲包括泛光照射脉冲。
25.一种薄膜，其根据权利要求1所述的方法而予以处理。
26.一种包括根据权利要求1所述的方法处理的薄膜的装置，其中所述装置包括放置在所述薄膜的多个结晶区内的多个电子电路。
27.根据权利要求26所述的装置，其中所述装置包括显示装置。
28.一种用于使用非周期性激光脉冲处理薄膜的***，其包括：
主要激光源和次要激光源，其用于生成激光脉冲；
工作表面，其用于将薄膜固定在基板上；
台，其用于使所述薄膜相对于所述光束脉冲移动且从而在所述薄膜的表面上生成所述激光光束脉冲的传播方向；和
计算机，其具有用于级同步激光脉冲的处理指令，以提供装载到可移动台中的薄膜的第一区使其被来自所述主要源的第一激光脉冲照射，所述薄膜的第二区被来自所述次要源的第二激光脉冲照射，并且所述薄膜的第三区被来自所述主要源的第三激光脉冲照射，
其中处理指令被提供来使所述膜在所述传播方向上相对于所述光束脉冲移动以照射所述第一和第二区以及所述第三区，
其中所述第一区的中心与所述第二区的中心之间的距离小于所述第一区的所述中心与所述第三区的中心之间的距离的一半，且
其中所述第一、第二、第三激光脉冲具有足以使所述薄膜部分熔融的通量。
29.根据权利要求28所述的***，其中所述台按恒定速度移动。
30.一种将缺乏现成微晶的非晶硅膜转换细粒状膜的方法，所述方法包括：
在使所述非晶硅膜在第一选择方向上前进的同时，用具有足以使所述非晶硅膜部分熔融的通量的延长型激光脉冲照射所述非晶硅膜，
其中所述细粒状膜包括平均横向尺寸小于所述膜厚度的晶粒。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述延长型激光脉冲的脉冲长度大于300ns的全宽半最大值并且是泛光照射脉冲。
32.根据权利要求30所述的方法，其中所述延长型激光脉冲通过延迟重叠来自多个激光源的激光脉冲而生成，其中脉冲之间的所述延迟足够短以引发单个熔融和固化循环。
33.根据权利要求30所述的方法，其中所述非晶硅膜是经由等离子增强型化学气相沉积而获得。
34.一种用于处理薄膜的方法，其包括：
在基板上提供半导体薄膜，所述薄膜具有：底部界面，其位于与所述基板相邻的底部表面处；和顶部表面，其与所述底部表面相对；和
用能量密度大出所述薄膜的完全熔融阀值1.3倍的激光光束照射所述膜，所述能量密度被选择来完全熔融所述膜；
其中在开始固化时，存在在所述半导体膜的所述顶部表面形成表面界面的保护层；
其中在照射且完全熔融所述膜后，在所述顶部界面和所述底部界面两者处发生异相成核，且
其中在冷却后，所述异相成核在所述膜的所述底部表面形成低缺陷硅晶粒。
35.根据权利要求34所述的方法，其中所述激光光束的脉冲持续时间大于80ns。
36.根据权利要求34所述的方法，其中所述激光光束的脉冲持续时间大于200ns。
37.根据权利要求34所述的方法，其中所述激光光束的脉冲持续时间大于400ns。
38.根据权利要求34所述的方法，其中所述半导体薄膜包括厚度在约100nm与约300nm之间的硅膜。
39.根据权利要求34所述的方法，其中所述基板包括玻璃。
40.根据权利要求34所述的方法，其中所述基板包括石英。
41.根据权利要求34所述的方法，其中所述晶粒包括小型等轴晶粒。
42.根据权利要求34所述的方法，其中所述激光光束的所述能量密度是所述局部完全熔融阀值的1.4倍。
43.根据权利要求34所述的方法，其中通过在照射之前在所述薄膜的所述顶部表面上沉积薄层形成所述保护层。
44.根据权利要求43所述的方法，其中所述保护层包括厚度小于50nm的氧化层。
45.根据权利要求34所述的方法，其中通过在氧化环境中照射所述薄膜形成所述保护层。
46.根据权利要求45所述的方法，其中所述氧化环境包括空气。
47.根据权利要求45所述的方法，其中所述氧化环境仅包括氧气。
48.根据权利要求34所述的方法，其中所述基板包括被绝缘膜覆盖且经过图案化的金属膜，且其中所述能量密度大出所述薄膜的所述完全熔融阀值1.3倍。
49.一种根据权利要求48所述的方法而制成的底部栅极TFT，其中所述经过图案化的金属膜包括底部栅极并且所述绝缘膜包括栅极电介质。
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